Air780EHV 是一款集成 4G+音频+丰富工业接口的物联网模组，特别适合需要语音交互、多屏显示和工业总线（RS485/CAN/以太网）的复杂应用场景485总线接口本质上是UART总线接口的一种应用，需要搭配485收发器芯片实现。

今天来介绍其“搭档”—— Modbus协议在LuatOS开发中的应用

一、485总线接口与UART的关系

485总线接口本质上是UART总线接口的一种应用，需要搭配485收发器芯片实现。

最新参考设计文件详见资料中心。

下图为典型的参考设计：

二、电平匹配问题

在UART与485收发器芯片的搭配中，最常见需要注意的一个问题是电平匹配。

• 由于上一章节参考设计中Air780EHV和SP3485都是3.3V的IO电平，所以不再需要分立元器件电平转换电路或电平转换芯片。

• 当双方电平不一致时，则需要分立元器件电平转换电路或电平转换芯片。

常见的分立元器件电平转换电路如下：

三、485总线接口的TVS防护

工业现场环境复杂，485总线经常面临静电、浪涌等威胁，因此接口保护必不可少。

485接口用TVS，常用的型号有SM712系列，如果防护等级要求较高，也可以选择如下推荐的型号。

• ESD等级防护：适用于一般静电防护场景。推荐型号：应能微ASM712

• TVS等级防护：具备2KV 1.2/50uS浪涌能力。推荐型号：应能微SMBJ7.0CAW

• TSS等级防护：具备4KV 10/700uS浪涌能力。推荐型号：应能微P0080SA

四、Modbus通信协议

与485总线接口强相关的通信协议是Modbus。此前我们发布过一版LuatOS的modbus核心库，但使用难度较高。为此，我们特别设计了exmodbus扩展库——在核心库的基础上封装了更简洁易用的API，大大降低了开发难度，让开发者可以快速集成Modbus通信。

exmodbus最新API文档详见资料中心

核心示例持续更新中，敬请关注！

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PROJECT = "RTU_MASTER"

VERSION = "001.000.000"

-- 在日志中打印项目名和项目版本号

log.info("main", PROJECT, VERSION)

local exmodbus = require("exmodbus")

-- 使用 Air8000 开发板测试打开这两个

gpio.setup(16, 1) -- RS485 芯片供电引脚

local rs485_dir_gpio = 17 -- RS485 方向引脚

-- 使用 Air780EPM 开发板测试打开这三个；

-- gpio.setup(1, 1) -- Air780EPM RS485 芯片供电引脚

-- gpio.setup(23, 1) -- Air780EPM vref 脚拉高

-- local rs485_dir_gpio = 24 -- Air780EPM RS485 方向引脚（V1.2 是 25，V1.3 是 24）

-- 创建 RTU 主站配置参数；

-- 说明：创建 RTU 主站时只需要配置如下参数即可；

local create_config = {

-- 串口配置参数；

mode = exmodbus.RTU_MASTER, -- 通信模式

uart_id = 1, -- UART 端口号

baud_rate = 115200, -- 波特率

data_bits = 8, -- 数据位

stop_bits = 1, -- 停止位

parity_bits = uart.None, -- 校验位

byte_order = uart.LSB, -- 字节顺序

rs485_dir_gpio = rs485_dir_gpio, -- RS485 方向引脚

rs485_dir_rx_level = 0, -- RS485 接收方向电平

}

-- 初始化从站 1 数据结构

-- 用于记录从站 1 保持寄存器 0-1 的值；

local slave1_data = {}

-- 配置读取从站 1 保持寄存器 0-1 的值；

local read_config = {

raw_request = string.char(

0x01, -- 从站地址

0x03, -- 功能码：读取保持寄存器

0x00, 0x00, -- 寄存器起始地址

0x00, 0x02, -- 寄存器数量

0xC4, 0x0B -- CRC16校验码

),

timeout = 1000 -- 超时时间 1000 ms

}

-- 创建 RTU 主站实例

local rtu_master = exmodbus.create(create_config)

-- 判断主站是否创建成功并记录日志

if not rtu_master then

log.info("exmodbus_test", "rtu_master 创建失败")

else

log.info("exmodbus_test", "rtu_master 创建成功")

end

-- 读取从站 1 保持寄存器数据的函数

local function read_slave1_holding_registers()

log.info("exmodbus_test", "开始读取从站 1 保持寄存器 0-1 的值")

-- 执行读取操作

local read_result = rtu_master:read(read_config)

-- 根据返回状态处理结果

if read_result.status == exmodbus.STATUS_SUCCESS then

local resp = read_result.raw_response

-- 特别说明：

-- 接下来的判断是针对 modbus RTU 标准响应格式的应答原始帧来解析的

-- 在实际项目中，应根据自己项目中的实际应答原始帧格式进行解析

-- 如果实际格式与此处演示的格式不一致，需要修改接下来的解析代码

-- 1. 检查总长度：必须为 9 字节（1 地址 + 1 功能码 + 1 字节数 + 4 数据 + 2 CRC）

if #resp ~= 9 then

log.info("exmodbus_test", "响应长度错误，期望 9 字节，实际:", #resp)

return

end

-- 2. 检查从站地址

if string.byte(resp, 1) ~= 0x01 then

log.info("exmodbus_test", "从站地址不匹配，收到:", string.byte(resp, 1))

return

end

-- 3. 检查功能码

local func_code = string.byte(resp, 2)

if func_code == 0x83 then

local exc_code = string.byte(resp, 3)

log.info("exmodbus_test", "从站返回异常响应，异常码:", exc_code)

return

elseif func_code ~= 0x03 then

log.info("exmodbus_test", "功能码错误，收到:", func_code)

return

end

-- 4. 检查字节数字段（应为 4）

local byte_count = string.byte(resp, 3)

if byte_count ~= 4 then

log.info("exmodbus_test", "字节数字段错误，期望 4，实际:", byte_count)

return

end

-- 5. 校验CRC

-- 计算前 7 字节的 CRC

local crc_calculated = crypto.crc16_modbus(resp:sub(1, 7))

-- 提取接收到的 CRC

local crc_received = string.unpack("<I2", resp, 8)

-- 比较 CRC

if crc_calculated ~= crc_received then

log.info("exmodbus_test", "CRC 校验错误，计算值:", crc_calculated, "，接收值:", crc_received)

return

end

-- 6. 解析寄存器数据（从第 4 字节开始，大端序）

local data1 = string.unpack(">I2", resp, 4) -- 寄存器 0，偏移 4

local data2 = string.unpack(">I2", resp, 6) -- 寄存器 1，偏移 6

-- 7. 记录数据

slave1_data[0] = data1

slave1_data[1] = data2

-- 8. 记录日志

log.info("exmodbus_test", "成功读取到从站 1 保持寄存器 0-1 的值，寄存器 0 数值为", slave1_data[0], "，寄存器 1 数值为", slave1_data[1])

elseif read_result.status == exmodbus.STATUS_TIMEOUT then

log.info("exmodbus_test", "未收到从站 1 的响应（超时）")

end

end

-- 定时任务函数：每 2 秒调用一次读取函数

local function task()

while true do

if rtu_master then

-- 每 2 秒调用一次读取函数

read_slave1_holding_registers()

else

log.info("exmodbus_test", "rtu_master 未创建，无法执行 read_slave1_holding_registers()")

end

sys.wait(2000)

end

end

-- 初始化任务

sys.taskInit(task)

-- 用户代码已结束---------------------------------------------

-- 结尾总是这一句

sys.run()

-- sys.run()之后后面不要加任何语句!!!!!

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