Modbus RTU智能无线传感器网关协议说明书 – Register Mapping表与通信帧format – ModbusProducts

一、产品概述

本产品是一款支持标准 Modbus RTU 协议的智能无线传感器网关设备，具备多节点传感器Data Acquisition、Communication parameters配置和设备管理Function。通过 RS485 接口与上位机（PLC、触摸屏、SCADAsystem等）通信，支持完整的register读写Operation，可广泛应用于Automation、Environmental Monitoring、Agriculture、畜牧养殖、楼宇安防等领域。

该网关作为无线传感器网络的核心枢纽，能够同时管理多达 64 个无线传感器节点，将各传感器的data统一转换为标准的 Modbus RTU 协议format，方便上位机system集成。

二、核心Function体系总览（从协议推算）

基于本协议Document的register定义、Operation案例及data结构，可完整推算出产品的以下Function模块：

三、支持的传感器Type详解

根据协议中 Index register的低 8 位（传感器Typefield）Coding定义，网关支持以下 7 种传感器Type，并可扩展More：

3.1 传感器TypeCoding总表

3.2 各传感器data format详细说明

① 温湿度传感器（Type=01H）

② 耳标传感器 — 畜牧养殖专用（Type=02H）

专为牛羊猪等牲畜设计的无线耳标式传感器，是本产品的一大特色Function：

③ 烟雾/烟感传感器（Type=03H）

④ 雷达人体existence传感器（Type=04H）& 红外 PIR 传感器（Type=05H）

两种传感器均用于人体existence检测，但技术原理不同：

⑤ 无线遥控器（Type=06H）& 通用 1527 Coding设备（Type=00H）

四、Communication parameters与帧format规范

4.1 基础Communication parameters

4.2 Baud rate配置对照表（0004H register）

4.3 支持的function code

五、完整Register Mapping表

5.1 system控制register区（0001H ~ 000FH）

5.2 传感器dataregister区（0010H 起）

每个传感器占用 6 个连续register（12 bytes），最多支持 64 个传感器：

六、工作模式详解

6.1 双data上报模式

网关支持两种data上报模式，通过 0005H registerSwitch：

模式 0：主动上报模式（默认）

• 无线传感器检测到data变化后，自动将data上传至网关
• 网关收到后立即更新内部register缓存
• 上位机可通过 0x03 function code随时轮询读取最新data
• Advantages:实时性好，传感器端主动推送，data更新及时
• 适用Scene：需要real-time monitoring的Scene（如temperature超限告警、人员闯入检测等）

模式 1：查询上报模式

• 无线传感器仅在收到网关查询命令时才返回data
• 上位机发起读取Request → 网关向传感器查询 → 返回data
• Advantages:省电，传感器大部分time处于休眠状态
• 适用Scene：电池供电传感器、低功耗优先的Scene（如农业远程监测）

6.2 绑定配对流程

新增无线传感器到网关前，必须先Complete绑定配对Operation。支持两种触发方式：

方式一：软件指令绑定（通过 Modbus 写入 0006H）

1. 上位机向 0006H register写入numerical value 1：send 01 06 00 06 00 01 A8 0B
2. 网关进入绑定模式，指示灯开始闪烁
3. 让目标无线传感器send一次data（或触发其发射信号）
4. 网关receive并识别传感器信号，自动分配一个空闲存储槽，记录传感器address
5. 绑定成功：指示灯停止闪烁，网关返回Response 01 06 00 06 00 01 A8 0B（成功代码 1）
6. 若 20 秒内未收到任何传感器信号，返回超时Response 01 06 00 06 00 02 E8 0A（超时代码 2），退出绑定模式

方式二：硬件按键绑定

1. 长按网关面板上的配对按键 5 秒
2. 进入绑定模式（与软件指令效果完全相同）
3. 后续步骤与方式一相同

七、完整Operation案例（10 个实例含逐byteParse）

以下提供覆盖AllFunction的完整Operation示例，包含hexadecimalRequest/Response帧及逐fieldParse。

7.1 systemregisterOperation（6 例）

案例 1：读取设备固件版本号（读取 0001H）

案例 2：读取当前在线传感器节点数（读取 0002H）

案例 3：修改设备 RS485 slave address（写入 0003H → 新address = 2）

案例 4：修改串口Baud rate为 19200（写入 0004H → 值 = 1）

案例 5：Switch为查询上报模式（写入 0005H → 值 = 1）

案例 6：启动传感器绑定配对（写入 0006H → 值 = 1）

7.2 传感器dataregisterOperation（4 例）

案例 7：手动添加传感器 1 到system（写入address 0x12345678）

当已知传感器设备的 32 位address时，可直接通过register写入将其添加到system：

案例 8：读取传感器 1 的Alldata（6 个register = 12 bytes）

案例 9：Delete传感器 1（清零addressregister）

Delete传感器的方法是将对应的addressregisterAll清零：

案例 10：直接写入传感器 1 的temperature和湿度data

八、异常处理与Error码

8.1 Modbus Exception Responseformat

当从站检测到非法Operation时，返回Exception Response：

• 正常function code最高位变为 1（如 0x03 → 0x83，0x06 → 0x86，0x10 → 0x90）
• 后面跟随 1 byte的Exception Code

8.2 绑定Function返回码（0006H register）

8.3 Fault Diagnosis速查表

九、Precautions与最佳实践

9.1 关键Precautions

1. 帧间隔time：RTU 模式下，相邻两帧之间必须保持至少 3.5 个字符time的静默间隔。不同Baud rate下的最短帧间隔：
   • 9600 bps：约 3.6 ms
   • 115200 bps：约 0.3 ms
2. 大端endianness：使用function code 0x10 写多个register时，data必须按大端模式（Big-Endian）组织，高byte在前，低byte在后。
3. 广播Operation无Response：向广播address 0xFF send command时，所有从站执行Operation但不会返回Response帧。
4. 传感器Add rule：添加传感器时，addressregister（Addr_H + Addr_L）必须写入非零值；写入全零等同于Delete该节点。
5. Operation间隔：传感器data更新后，需等待至少 100ms再进行下一次registerOperation。
6. Clear绑定的风险：写入 0007H register会一次性Clear所有已绑定的传感器data，Operation前请Confirm无需保留现有配置，Clear后需逐一重新绑定。

9.2 推荐Operation流程

1. 首次上电：读取 0001H Confirm固件版本，读取 0002H Confirm初始状态
2. 配置Communication parameters：根据需要修改 0003H（address）、0004H（Baud rate）、0005H（上报模式）
3. 绑定传感器：通过 0006H 或物理按键逐一添加传感器
4. 验证绑定：读取 0002H Confirm节点数，读取对应传感器data areaConfirmdata正常
5. 日常运维：定期读取传感器 Battery field监控电量，及时更换低电量传感器电池

十、CRC16 算法实现

本协议采用 MODBUS 标准 CRC16校验算法，多项式为 0xA001（即 0x8005 的位反转形式）。以下是完整的 C 语言参考实现：

#include <stdint.h>

/**
 * MODBUS CRC16 计算
 * @param data  待计算的data缓冲区指针
 * @param len   dataLength（byte）
 * @return      16 位 CRC verification值（低byte在前）
 *
 * 多项式：0xA001（MODBUS 标准）
 * 初始值：0xFFFF
 */
uint16_t calc_crc(uint8_t *data, uint16_t len)
{
    uint16_t crc = 0xFFFF;          // 初始值
    for (uint16_t i = 0; i < len; i++)
    {
        crc ^= data[i];              // 与当前byte异或
        for (uint8_t j = 0; j < 8; j++)  // 逐位处理
        {
            if (crc & 0x0001)       // 最低位为 1
            {
                crc >>= 1;           // 右移一位
                crc ^= 0xA001;       // 与多项式异或
            }
            else
            {
                crc >>= 1;           // 仅右移
            }
        }
    }
    return crc;
}

/* 使用示例：
 * uint8_t frame[] = {0x01, 0x03, 0x00, 0x01, 0x00, 0x01};
 * uint16_t crc = calc_crc(frame, 6);
 * 结果：crc = 0xCAD5（低byte 0xD5 在前，高byte 0xCA 在后）
 */

十一、Download Materials与Technical Support

• 本Document版本：V1.3（2025-10-03 更新）
• 协议遵循标准：Modbus 工业标准协议规范
• 具体register定义以设备实际固件为准
• 如需Technical Support，请联系制造商获取最新Register Mapping表及协议Document

版本迭代历史

十二、典型应用Scene

Scene一：Agriculture — 大棚环境监控system

在温室大棚内部署温湿度传感器（Type=01H），通过本网关将data汇聚后经 Modbus RTU 上传至 PLC 或触摸屏控制system。可联动通风机、喷淋system、遮阳帘等设备，实现恒温恒湿自动调节。支持最多 64 个传感器点，满足大型连栋温室的多点位监测需求。

Scene二：智慧畜牧 — 牲畜健康管理

为每头牛/羊佩戴无线耳标传感器（Type=02H），网关集中收集牲畜体温和活动量data。当某头牲畜体温超过设定阈值时自动告警（疾病预警），或活动量异常变化时判断发情/健康状况。64 节点容量足以覆盖中小型养殖场的牲畜管理需求。

Scene三：消防安全 — 仓库/机房烟火监测

部署烟雾传感器（Type=03H），实时监测仓库、机房等重点区域的烟雾浓度。当浓度超过阈值时，通过 Modbus 上位机触发声光报警器、排风system或通知消防联动平台。配合温湿度传感器还可实现综合环境安全监测。

Scene四：智能建筑 — 人体existence感知与照明联动

在办公室、会议室、卫生间安装雷达传感器（Type=04H）或红外 PIR 传感器（Type=05H），实现精准的人员existence检测。雷达方案可探测微动（甚至呼吸），实现真正的”人在即亮“智能照明控制，大幅节约能源。传感器data通过网关接入Building Automationsystem（BAS）或 KNX/Modbus 总线。

Scene五：安防报警 — 入侵检测与无线遥控

结合红外传感器（Type=05H）实现周界入侵检测，搭配无线遥控器（Type=06H）用于布防/撤防Operation。通用 1527 设备（Type=00H）可兼容门磁、玻璃破碎、水浸等各类无线探测器，构建完整的无线安防system，所有data统一通过 Modbus RTU 接入报警主机或 SCADA 平台。