Modbus-RTU-Analog-Input-8CH 使用教程

说明

硬件说明

  • 每个通道都可以单独配置量程,输入量程可灵活选择更方便用户使用。
    AIN+为正端输入,AIN-为负端输入,模块支持差分输入和单端输入,单独输入时AIN-接地。


特别注意:当输入源为不同电源时,要接地线共地,否则采集到的数据会不准确。

  • 打开设备外壳可以发现在靠近设备端子处有跳线,分别对应AI1~AI8八个通道,需要根据测量信号选择跳线模式,否则测量数据不准确。
    • 测量电压信号时,对应通道的跳线断开;
    • 测量电流信号时,对应通道的跳线闭合;


  • Modbus RTU Analog Input 8CH 默认为电流模式,跳线闭合;Modbus RTU Analog Input 8CH (B)默认为电压模式,跳线断开。

版本对比

  • 目前模拟输入系列有两个版本,分别默认为电流输入和电压输入。



版本Modbus RTU Analog Input 8CHModbus RTU Analog Input 8CH (B)
默认模式8路电流模式,0~20mA8路电压模式,0~10V
量程0~5V/1~5V
0~20mA/4~20mA
0~10V/2~10V
0~20mA/4~20mA
分辨率12-bit12-bit
电流采样电阻249Ω499Ω
运放比例32.4/49.910/32.4
通道8-AI8-AI
  • 每个版本有0~4五种量程模式,
模式Modbus RTU Analog Input 8CHModbus RTU Analog Input 8CH (B)
00~5V电压模式0~10V电压模式
11~5V电压模式2~10V电压模式
20~20mA电流模式0~20mA电流模式
34~20mA电流模式4~20mA电流模式
44096量程码模式4096量程码模式
  • 量程码为AD采集到的数据,需要经过线性转换才能得到电压或者电流数据,换算公式如下。
    • 电压=量程码*3300/4095/运放比例
    • 电流=电压/采样电阻

硬件连接

  • 将USB TO 485和目标板通过杜邦线,将A-->A和B-->B相连,如下图所示:


软件测试

SSCOM串口调试助手

  • 下载SSCOM 串口调试助手并在电脑上打开,打开对应的端口号,设置波特率为9600,选择hex发送和接收。
    发送如下指令,正常就会返回八路模拟输入数据。
01 04 00 00 00 08 F1 CC


  • 如果需要发送其他命令则选择HEX发送,加检验选择ModbusCRC16校验,输入命令的前六个字节点击发送则会自动添加CRC校验码。
    例如发送如下指令,可以设置通道1为4-20mA电流输入模式。
01 06 10 00 00 03


  • 更多详细的控制指令请查看请查看开发协议。

Modbus Poll软件

  • 串口软件不方便观察数据,可以选择Modbus Poll软件读取数据。下载并安装Modbus Poll软件。
  • 打开软件,选择setup->Read/Write Definition,Slave ID选择实际设备地址,Function选择04功能码,Quantity改为8通道。点击OK确认。


  • 选择Connection->Connect...,选择对应的串口,波特率为9600,八位无校验模式。点击OK连接。


  • 连接正常后则可以显示1-8通道模拟输入数据。


  • Modbus RTU Analog Input 8CH (A)默认显示的是电流,单位uA;Modbus RTU Analog Input 8CH (B)默认显示的是电压,单位mV。
  • 选择File-New新建一个窗口,选择setup->Read/Write Definition,Slave ID选择实际设备地址,Function选择16功能码,Address Mode选择Hex,Address改为1000,Quantity改为8通道。点击OK确认。


  • 新建窗口2可以设置各种通道的量程模式,例如将1通道模式设置为2,即0~20mA电流模式。窗口1通道1也将显示为电流。

注意:改变电流电压模式需要更改内部跳线,否则测量数据会不准确。

程序测试

注意:RS485不可以直接接到树莓派的串口否则可能烧毁设备,需要加485电平转换,树莓派建议搭配RS485 CAN HAT模块使用,NUCLEO-F103RB和Arduino建议搭配RS485 CAN Shield模块使用

树莓派

打开树莓派终端,输入以下指令进入配置界面

sudo raspi-config
选择Interfacing Options -> Serial,关闭shell访问,打开硬件串口


然后重启树莓派:

sudo reboot

打开/boot/config.txt文件,找到如下配置语句使能串口,如果没有,可添加在文件最后面。

enable_uart=1

对于树莓派3B用户,串口用于蓝牙,需要注释掉:

#dtoverlay=pi3-miniuart-bt

然后重启树莓派:

sudo reboot

将RS485 CAN HAT模块插到树莓派,把ModBus RTU Relay模块和RS485 CAN HAT模块的A与B对应连接
如果使用的是其他的485设备,确定连线A-A,B-B即可
运行如下命令运行程序

sudo apt-get install unzip
sudo apt-get install python3-pip
pip install modbus_tk
wget https://www.waveshare.net/w/upload/1/14/Modbus_RTU_Analog_Input_Code.zip
unzip Modbus_RTU_Analog_Input_Code.zip
cd Modbus_RTU_Analog_Input_Code/Python3
sudo python3 modbus.py

STM32

注意:STM32的例程是基于NUCLEO-F103RB和RS485 CAN Shield模块。

1.下载示例程序,Modbus_RTU_Analog_Input_Code\STM32\MDK-ARM路径找到STM32的工程文件Modbus.uvprojx,双击打开STM32工程文件,注意使用前先确保电脑已经安装好keil5软件

2.通过 stm32下载调试器连接 stm32 到电脑。编译下载程序到开发板即可。

3.将RS485 CAN Shield模块装在stm32上,RS485 CAN Shield模块上的485_A通过导线与Modbus RTU Analog Input 8CH上的RS485_A相连,RS485 CAN Shield模块上的485_B通过导线与Modbus RTU Analog Input 8CH上的RS485_B相连。然后对Modbus RTU Analog Input 8CH和stm32依次上电。

4.程序正常运行后,可通过串口助手观察,设备打印输出采集结果

Arduino

注意:Arduino例程是基于UNO PLUS和RS485 CAN Shield模块。

1.下载示例程序,Modbus_RTU_Analog_Input_Code\Arduino\Modbus_RTU_Analog_Input路径找到Arduino的工程文件Modbus_RTU_Analog_Input.ino,双击打开Arduino工程文件,注意使用前先确保电脑已经安装好Arduino IDE 软件。

2.通过 USB 线连接 Arduino 到电脑,在Arduino IDE软件的Tools->Board项选择Arduino的设备型号,Tools->Port选择Arduino连接到电脑的COM口。
3.看到右下角连接到电脑的提示后,点击编译、烧录程序,烧录完成之后

4.将RS485 CAN Shield模块装在Arduino上,RS485 CAN Shield模块上的485_A通过导线与Modbus RTU Analog Input 8CH上的RS485_A相连,RS485 CAN Shield模块上的485_B通过导线与Modbus RTU Analog Input 8CH上的RS485_B相连。然后对Modbus RTU Analog Input 8CH和Arduino 依次上电。

5.程序正常运行后,可通过串口助手观察,设备打印输出采集结果

开发协议 V2

功能码介绍

功能码备注
03读取保持寄存器
04读取输入寄存器
06写单个保持寄存器
10写多个保持寄存器

寄存器地址介绍

地址(HEX)地址存储内容寄存器取值权限Modbus 功能码
3x0000
……
3x0007
道通1~通道8输入数据读取数值为无符号十六进制0x04
4x1000
……
4x1007
道通1~通道8数据类型0x0000~0x0004五种量程范围读/写0x03,0x06,0x10
4x2000串口参数高八位为校验方式:0x00~0x02
低八位为波特率方式:0x00~0x07
读/写0x03,0x06
4x4000设备地址直接存储 Modbus 地址
设备地址:0x0001-0x00FF
读/写0x03,0x06
4x8000软件版本转为十进制然后小数点左移两位即表示软件版本
0x0064 = 100 = V1.00
0x03

操作指令介绍

读取模拟输入指令

发送码:01 04 00 00 00 08 F1 CC

字段含义备注
01设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
0404指令读取输入寄存器
00 00寄存器起始地址0x0000 - 0x0007对应1~8输入通道
00 08寄存器数量读取寄存器数量,不能超过最大通道数量
F1 CCCRC16前6字节数据的CRC16校验和

返回码: 01 04 10 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 55 2C

字段含义备注
01设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
0404指令读取输入寄存器
10字节数量数据长度
00 00
……
00 00
寄存器数据表示0 - 7 通道采集模拟量的数值
无符号十六位标识一个通道,高位在前,低位在后
数据范围根据输出数据类型确定
55 2CCRC16前6字节数据的CRC16校验和

示例:[1号地址设备]

读取1-8通道 : 01 04 00 00 00 08 F1 CC
读取  1通道 : 01 04 00 00 00 01 31 CA
读取  2通道 : 01 04 00 01 00 01 60 0A
读取3-5通道 : 01 04 00 02 00 03 11 CB

读取通道数据类型指令

发送码:01 03 10 00 00 08 40 CC

字段含义备注
01设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
0303指令读取保持寄存器
10 00寄存器起始地址0x1000 - 0x1007对应1~8输入通道
00 08寄存器数量读取寄存器数量,不能超过最大通道数量
40 CCCRC16前 6 字节数据的 CRC16 校验和

返回码:01 03 10 00 02 00 02 00 02 00 02 00 02 00 02 00 02 00 02 09 C3

字段含义备注
01设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
0303指令读保持寄存器
10字节数返回状态信息的所有字节数。
00 02
……
00 02
数据类型表示0 - 7 通道数据类型,0x0000~0x0004表示五种量程范围
0x0000:量程0~5V,输出范围0~5000 或 量程0~10V,输出范围0~10000,单位mV;
0x0001:量程1~5V,输出范围1000~5000 或 量程2~10V,输出范围2000~10000,单位mV;
0x0002:量程0~20mA,输出范围0~20000,单位uA;
0x0003:量程4~20mA,输出范围4000~20000,单位uA;
0x0004:直接输出数值码,输出范围0~4096,需要经过线性转换才能得到实际测量电压和电流;
09 C3CRC16前 6 字节数据的 CRC16 校验和

示例:[1号地址设备]

读取1-8通道数据类型 : 01 03 10 00 00 08 40 CC
读取  1通道数据类型 : 01 03 10 00 00 01 80 CA
读取  2通道数据类型 : 01 03 10 01 00 01 D1 0A
读取3-5通道数据类型 : 01 03 10 02 00 03 A0 CB

设置单通道数据类型指令

发送码:01 06 10 00 00 03 CD 0B

字段含义备注
01设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
0606指令写单个寄存器指令
10 00寄存器起始地址0x1000 - 0x1007对应1~8输入通道输出数据类型
00 03通道数据类型通道数据类型,0x0000~0x0004表示五种量程范围
0x0000:量程0~5V,输出范围0~5000 或 量程0~10V,输出范围0~10000,单位mV;
0x0001:量程1~5V,输出范围1000~5000 或 量程2~10V,输出范围2000~10000,单位mV;
0x0002:量程0~20mA,输出范围0~20000,单位uA;
0x0003:量程4~20mA,输出范围4000~20000,单位uA;
0x0004:直接输出数值码,输出范围0~4096,需要经过线性转换才能得到实际测量电压和电流;
CD 0BCRC16前6字节数据的CRC16校验和

返回码: 01 06 10 00 00 03 CD 0B

字段含义备注
01设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
0606指令写单个寄存器指令
10 00通道数据类型地址0x1000 - 0x1007对应1~8输入通道数据类型
00 03通道数据类型通道数据类型,0x0000~0x0004表示五种量程范围>
CD 0BCRC16前6字节数据的CRC16校验和

示例:[1号地址设备]

设置  1通道数据类型为0~20mA : 01 06 10 00 00 02 0C CB
读取  2通道数据类型为4~20mA : 01 06 10 01 00 03 9C CB

设置多通道数据类型指令

发送码:01 10 10 00 00 08 10 00 03 00 03 00 03 00 03 00 03 00 03 00 03 00 03 91 2B

字段含义备注
01设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
10写多寄存器指令
10 00寄存器起始地址0x1000 - 0x1007对应1~8输入通道数据类型
00 08寄存器数量设置寄存器数量,不能超过最大通道数量
10字节数量设置输出字节数
00 03
……
00 03
指令对应0 - 7 通道数据类型,0x0000~0x0004表示五种量程范围
0x0000:量程0~5V,输出范围0~5000 或 量程0~10V,输出范围0~10000,单位mV;
0x0001:量程1~5V,输出范围1000~5000 或 量程2~10V,输出范围2000~10000,单位mV;
0x0002:量程0~20mA,输出范围0~20000,单位uA;
0x0003:量程4~20mA,输出范围4000~20000,单位uA;
0x0004:直接输出数值码,输出范围0~4096,需要经过线性转换才能得到实际测量电压和电流;
91 2BCRC16前6字节数据的CRC16校验和

返回码: 01 10 10 00 00 08 C5 0F

字段含义备注
01设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
10写多寄存器指令
10 00寄存器起始地址0x1000 - 0x1007对应1~8输入通道数据类型
00 08寄存器数量设置寄存器数量,不能超过最大通道数量
C5 0FCRC16前6字节数据的CRC16校验和

示例:[1号地址设备]

读取1-8通道数据类型为4~20mA : 01 10 10 00 00 08 10 00 03 00 03 00 03 00 03 00 03 00 03 00 03 00 03 91 2B
读取3-5通道数据类型为 1 ~ 5V : 01 10 10 02 00 03 06 00 01 00 01 00 01 BE 4A

设置波特率指令

发送码:00 06 20 00 00 05 43 D8

字段含义备注
00设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
0606指令设置波特率,设备地址
20 00指令寄存器0x2000为设置波特率,0x4000为设置设备地址
00校验方式0x00为无校验,0x01为偶检验,0x02为奇校验
05波特率数值波特率数值对应
0x00 : 4800
0x01 : 9600
0x02 : 19200
0x03 : 38400
0x04 : 57600
0x05 : 115200
0x06 : 128000
0x07 : 256000
43 D8CRC16前 6 字节数据的 CRC16 校验和

返回码:00 06 20 00 00 05 43 D8

字段含义备注
00设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
0606指令设置波特率,设备地址
20 00指令寄存器0x2000为设置波特率,0x4000为设置设备地址
00校验方式0x00为无校验,0x01为奇检验,0x02为偶校验
05波特率波特率数值对应
0x00 : 4800
0x01 : 9600
0x02 : 19200
0x03 : 38400
0x04 : 57600
0x05 : 115200
0x06 : 128000
0x07 : 256000
43 D8CRC16前 6 字节数据的 CRC16 校验和

示例:[1号地址设备]

设置波特率  4800 :00 06 20 00 00 00 83 DB
设置波特率  9600 :00 06 20 00 00 01 42 1B
设置波特率115200 :00 06 20 00 00 05 43 D8

设置设备地址指令

发送码:00 06 40 00 00 01 5C 1B

字段含义备注
00设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
0606指令设置波特率,设备地址
40 00指令寄存器0x2000为设置波特率,0x4000为设置设备地址
00 01设备地址设置的设备地址,0x0001-0x00FF
5C 1BCRC16前 6 字节数据的 CRC16 校验和

返回码:00 06 40 00 00 01 5C 1B

字段含义备注
00设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
0606指令设置波特率,设备地址
40 00指令寄存器0x2000为设置波特率,0x4000为设置设备地址
00 01设备地址设置的设备地址,0x0001-0x00FF
5C 1BCRC16前 6 字节数据的 CRC16 校验和

示例[1号地址设备]:

设置设备地址为0x01 :00 06 40 00 00 01 5C 1B
设置设备地址为0x02 :00 06 40 00 00 02 1C 1A
设置设备地址为0x03 :00 06 40 00 00 03 DD DA

读取设备地址指令

发送码:00 03 40 00 00 01 90 1B

字段含义备注
00设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
0303指令读取设备地址指令
40 00指令寄存器0x4000为读取设备地址,0x8000为读取软件版本
00 01字节数固定0x0001
90 1BCRC16前 6 字节数据的 CRC16 校验和

返回码:01 03 02 00 01 79 84

字段含义备注
01设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
0303指令读取软件版本,读取设备地址指令
02字节数返回字节数
00 01设备地址设置的设备地址,0x0001-0x00FF
79 84CRC16前 6 字节数据的 CRC16 校验和

示例:[2号地址设备]

发送 : 00 03 40 00 00 01 90 1B
返回 : 02 03 02 00 02 7D 85     //地址0x02

读取软件版本指令

发送码:00 03 80 00 00 01 AC 1B

字段含义备注
00设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
0303指令读取软件版本,读取设备地址指令
80 00指令寄存器0x4000为读取设备地址,0x8000为读取软件版本
00 01字节数固定0x0001
AC 1BCRC16前 6 字节数据的 CRC16 校验和

返回码:01 03 02 00 64 B9 AF

字段含义备注
01设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
0303指令读取软件版本,读取设备地址指令
02字节数返回字节数
00 64软件版本转为十进制然后小数点左移两位即表示软件版本
0x0064 = 100 = V1.00
B9 AFCRC16前 6 字节数据的 CRC16 校验和

示例:

发送:00 03 80 00 00 01 AC 1B
返回:01 03 02 00 64 B9 AF       //0x0064 = 100 =V1.00

异常功能码

当接收到的指令出错或者异常设备将会返回异常响应,异常响应格式如下。

返回码:01 85 03 02 91

字段含义备注
01设备地址0x00表示广播地址;0x01-0xFF表示设备地址
85异常功能吗异常功能码 = 请求功能码 + 0x80
03字节数异常码
02 91CRC16前 6 字节数据的 CRC16 校验和

异常码是一个单字节值,用于指示错误的类型。Modbus协议定义的几个常用异常码:

异常码名称描述
0x01非法功能请求的功能码不支持
0x02非法数据地址请求的数据地址错误
0x03非法数据值请求的数据值或操作无法执行
0x04服务器故障服务器设备故障
0x05应答已接收到请求并正在处理
0x06设备繁忙设备当前正忙无法执行请求的操作

FAQ

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