ArduinoとESP32は、インダストリアルIoTで最も人気のあるオープンソースハードウェアプラットフォームであり、豊富なペリフェラルインタフェース、強力なWiFi/BLE機能、および非常に低コストを備えたModbusデータ収集、プロトコル変換、およびエッジコンピューティングに広く使用されています。この記事では、Arduino/ESP32エコシステムにおける3つの主要なModbusライブラリ(e Modbus、ModbusMaster、Arduino公式Modbusライブラリ)のインストール設定、APIの使用、TCP/RTU通信実装、データ型処理、サーバーサイド開発、完全なプロジェクトの実践について詳しく説明し、開発者が組込みModbus通信開発をすばやく習得できるようにします。
Arduino/ESP32 Modbusの概要
1.1 なぜか。用ESP32做Modbus
- デュアルコアプロセッサXtensa LX6デュアルコア240MHz、Modbus通信を実行する1コア、ビジネスロジックを実行する1コア、ノンブロッキング
- WiFi/BLEネイティブ:内置WiFi和蓝牙,可直接做Modbus TCPサーバー·サーバー或MQTTゲートウェイ
- リッチシリアルポート3ウェイハードウェアシリアルポート(UART0/1/2)、複数のRS 485バスに接続できます。
- 超低消費電力:深度休眠モード仅10μA,适合电池供电的野外采集节点
- 超大型メモリ520KBのSRAM + 4MBのフラッシュ、大量のデバイスデータをキャッシュ
- 非常に低コスト:ESP32模组仅15-25元,批量成本更低
- 生態学的成熟度Arduino IDE、PlatformIO、ESP-IDF、複数の開発環境
1.2 3つの主要銀行の比較
| 库名 | 适用プラットフォーム | 协议 | モード | サーバー側。 | 特徴は |
|---|---|---|---|---|---|
| eModbus | ESP32专用 | TCP/RTU | 非同期(コールバック) | サポートする。 | 最も強力なノンブロッキング、マルチリクエストキュー |
| ModbusMasterの | すべてのArduino | RTUは | 同期(ブロック) | サポートなし。 | 最简单,API直观,适合初学者 |
| Arduino ESP 32_Modbus | ESP 32 | TCP/RTU | 同期化 | サポート | ESP-IDFの下部組織 |
| Modbus-Master Slaveシングル | すべてのArduino | RTUは | 同步 | サポートする。 | 主と主従、軽量 |
e Modbusライブラリの詳細(ESP32推奨)
eModbus是ESP32プラットフォーム最强大的Modbus库,采用异步コールバックスキーマ,サポートTCP和RTU的クライアント側は与サーバー側。,内部维护リクエスト队列,完全非阻塞,是工业级项目的首选。
2.1インストールする。
// 方法1:Arduino库管理器検索 "eModbus" インストール
// 方法2:PlatformIO
// platformio.ini:
// lib_deps =
// eModbus/eModbus @ ^1.6.0
// 依赖库(TCPモード需要)
// - AsyncTCP(ESP32)
// - Ethernet.h兼容库(有线网络时)
// 包含头文件
#include "ModbusClientTCP.h" // TCPクライアント側は
#include "ModbusClientRTU.h" // RTUクライアント側は
#include "ModbusServerTCP.h" // TCPサーバー側。
#include "ModbusServerRTU.h" // RTUサーバー側。
2.2 Modbus TCPクライアントの完全な例
#include <WiFi.h>
#include "ModbusClientTCP.h"
// WiFi設定
const char* ssid = "your_wifi_ssid";
const char* password = "your_wifi_password";
// Modbus TCPサーバー·サーバーアドレス
const char* modbusServer = "192.168.1.100";
const uint16_t modbusPort = 502;
// 作成TCPクライアント側は实例
ModbusClientTCP MBclient;
// リクエスト令牌(用于区分不同リクエスト,可自定义)
const uint32_t TOKEN_READ_HOLDING = 0x0001;
const uint32_t TOKEN_READ_COILS = 0x0002;
const uint32_t TOKEN_WRITE_REG = 0x0003;
// ====== データレスポンス回调函数 ======
// 当Modbusサーバー·サーバー普通の反応时调用
void handleData(ModbusMessage response, uint32_t token) {
Serial.printf("收到レスポンス - サーバー·サーバーID:%d, 機能コード:%d, 令牌:%08X, データ長さ:%dバイトn",
response.getServerID(), response.getFunctionCode(), token, response.size());
// 解析レジスタを保持する。読み取りレスポンス(機能コード03)
if (response.getFunctionCode() == READ_HOLD_REGISTER) {
// 応答データ格式:[Bytesの数, データハイバイト, データ低バイト数, ...]
// 第0byteはBytesの数,从第1バイト开始是レジスタのデータ
uint8_t byteCount = response[0];
uint8_t regCount = byteCount / 2;
Serial.printf("読み取り到%dレジスタを保持する。:n", regCount);
for (uint8_t i = 0; i < regCount; i++) {
// すべてのレジスタ。占2バイト,ビッグエンディアン序
uint16_t value = (response[1 + i * 2] << 8) | response[2 + i * 2];
Serial.printf(" レジスタ%d:%d (0x%04X)n", i, value, value);
}
}
// 解析コイル読み取りレスポンス(機能コード01)
else if (response.getFunctionCode() == READ_COIL) {
uint8_t byteCount = response[0];
Serial.printf("読み取り到コイルの状態:n");
for (uint8_t byteIdx = 0; byteIdx < byteCount; byteIdx++) {
uint8_t coilByte = response[1 + byteIdx];
for (uint8_t bit = 0; bit < 8; bit++) {
uint16_t coilNum = byteIdx * 8 + bit;
bool state = (coilByte >> bit) & 0x01;
Serial.printf(" コイル%d:%sn", coilNum, state ? "ON" : "OFF");
}
}
}
// 写入成功レスポンス
else if (response.getFunctionCode() == WRITE_SINGLE_REGISTER) {
uint16_t addr = (response[0] << 8) | response[1];
uint16_t value = (response[2] << 8) | response[3];
Serial.printf("写入成功 - アドレス:%d, 值:%dn", addr, value);
}
}
// ====== エラーレスポンス回调函数 ======
void handleError(Error error, uint32_t token) {
ModbusError me(error);
Serial.printf("Modbusエラー - 令牌:%08X, エラー·コード:%02X, 説明:%sn",
token, (uint8_t)error, (const char*)me);
}
void setup() {
Serial.begin(115200);
delay(100);
// 连接WiFi
Serial.print("连接WiFi");
WiFi.begin(ssid, password);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
delay(500);
Serial.print(".");
}
Serial.printf("nWiFi接続された,IPアドレス:%sn", WiFi.localIP().toString().c_str());
// 設定Modbus TCPクライアント側は
MBclient.onDataHandler(&handleData); // 設定データ回调
MBclient.onErrorHandler(&handleError); // 設定エラー回调
MBclient.setTimeout(5000); // 設定タイムアウト5秒
MBclient.begin(); // 启动クライアント側は后台任务
Serial.println("Modbus TCPクライアント側は已启动");
}
void loop() {
static unsigned long lastRead = 0;
// 每5秒読み取り一次
if (millis() - lastRead > 5000) {
lastRead = millis();
// ====== リクエスト1:リードホールドレジスタ(機能コード03)======
// 参数:令牌, サーバー·サーバーID(Unit ID), 機能コード, 開始アドレス, 数量
Error err = MBclient.addRequest(
TOKEN_READ_HOLDING, // 自定义令牌
1, // 駅からの住所(Unit ID)
READ_HOLD_REGISTER, // 機能コード03
0, // 開始アドレス
10 // 読み取り101つのレジスタ
);
if (err != SUCCESS) {
ModbusError e(err);
Serial.printf("作成リクエスト失敗:%02X - %sn", err, (const char*)e);
}
// ====== リクエスト2:リードコイル(機能コード01)======
MBclient.addRequest(TOKEN_READ_COILS, 1, READ_COIL, 0, 8);
// ====== リクエスト3:写入单1つのレジスタ(機能コード06)======
MBclient.addRequest(TOKEN_WRITE_REG, 1, WRITE_SINGLE_REGISTER, 100, 1234);
// 注意:addRequest是异步非阻塞的,立即戻る
// レスポンス経由handleData/handleError回调処理
}
delay(100);
}
2.3 eModbus関数コード定数クイックチェック
| 関数コード定数 | 十進法 | 機能性は | addRequestパラメータ |
|---|---|---|---|
| READ_COIL | 01 | リードコイルを読む | token |
| READ_DISCR_INPUT | 02 | 離散入力の読み取り | token |
| _HOLD_ | 03 | リードホールドレジスタ | token |
| READ_INPT_REGISTER | 04 | 読み取り入力レジスタ | (token, server, FC, addr, count) |
| WRITE_COIL | 05 | シングルコイルを書く。 | token |
| WRITE_REGISTER | 06 | 単一レジスタの書き込み | token |
| WRITE_COILS | 15 | 複数のコイルを書く。 | token |
| WRITE_REGISTERS | 16 | 複数のレジスタを書く。 | token |
| READ_WRITE_REGISTERS | 23 | 複数のレジスタの読み書き | 複雑なパラメータ |
2.4 Modbus RTUクライアント側は(RS485)
#include "ModbusRTU.h"
// RTUクライアントインスタンス、DE/RE制御ピン(MAX485のDEピン)を指定
//自動送受信RS 485モジュールを使用する場合、ピンは送信されません。
#define RTS_PIN 4 // DE/RE制御ピン
ModbusClient RTU MBrtu RTS_PIN;
//コールバック関数(TCPモードと同じ)
void handleData ModbusMessage response uint32_t token {
Serial.printf "RTUレスポンス-FC %d、長さ%dn" response.getFunctionCode response.size;
if.getFunctionCode ==_HOLD_ISTER {
uint8_t regCount = response[0] / 2;
for uint8_t i = 0; i regCount; i++{
uint16_t value = response[1 + i*2]<< 8|応答[2 + i*2]。
Serial.printf "レジスタ%d %dn" i value;
}
}
}
void handleError Error error uint32_t token {
ModbusError me error modbusError me error;
Serial.printf "RTUエラー:%sn" const char* me;
}
void setup {
Serial.begin 115200;
//シリアル2を設定(ESP32のSerial2、GPIO16=RX、GPIO17=TX)
// RTUutils prepareHardwareSerialはシリアルバッファを設定します。
RTUls preparewareSerial2;
Serial 2.begin(96 00、SERIAL_8 N 1、16、17); // RX=16、TX=17
//RTUクライアントの設定
MBr.onDataleData;
MBr.onleError;
MBrtu.begin Serial2; //シリアルポートをバインド
Serial.println "Modbus RTUクライアントが起動しました";
}
void loop {
static unsigned long lastRead = 0;
if millis-lastRead 3000 {
lastRead = millis;
//スレーブアドレス1の保持レジスタ0-9を読み取る
MBr.addRequest 0x0001 1_HOLD_ISTER 0 10;
//スレーブアドレス1のレジスタ100に書き込む
MBr.addRequest 0x0002 1_ISTER 100 5678;
}
delay(100);
}
// ======
// ESP32 GPIO17 TX2--MAX485DI
// ESP32 IO16(RX2)---485RO
//ESP32 GPIO4(RTS)--MAX 485DEおよびRE(ショート接続)
// MAX 485A--RS485バスA
// MAX 485B--RS485バスB
//バスの両端に120Ω終端抵抗を接続
2.5複数のレジスタを書き込む(関数コード16)
// 複数のレジスタを書く。需要先构建ModbusMessage
ModbusMessage request;
request.add((uint8_t)1); // 駅からの住所
request.add((uint8_t)WRITE_REGISTERS); // 機能コード16 (0x10)
request.add((uint16_t)100); // 開始アドレス
request.add((uint16_t)5); // レジスタの数
// 追加データ值(每个uint16_t占2バイト,ビッグエンディアン序自动処理)
request.add((uint16_t)100);
request.add((uint16_t)200);
request.add((uint16_t)300);
request.add((uint16_t)400);
request.add((uint16_t)500);
// リクエストの送信
Error err = MBclient.addRequest(0x0010, request);
if (err != SUCCESS) {
Serial.printf("リクエスト失敗:%02Xn", err);
}
// 複数のコイルを書く。(機能コード15)
ModbusMessage coilReq;
coilReq.add((uint8_t)1);
coilReq.add((uint8_t)WRITE_COILS); // 機能コード15 (0x0F)
coilReq.add((uint16_t)0); // 開始アドレス
coilReq.add((uint16_t)8); // コイルの数
coilReq.add((uint8_t)1); // Bytesの数
coilReq.add((uint8_t)0xAA); // コイルの状態:10101010
MBclient.addRequest(0x0011, coilReq);
ModbusMasterライブラリの詳細(最も簡単な入門)
ModbusMaster(4-20ma)是Arduino生态中最经典的Modbus RTUマスター库,API简单直观,同步阻塞モード,适合初学者和简单项目。サポートすべてのArduinoプラットフォーム(Uno、Mega、ESP32、STM32等)。
3.1インストールと基本的な使用
// Arduino库管理器検索 "ModbusMaster" インストール
// 或 PlatformIO: lib_deps = ModbusMaster
#include <ModbusMaster.h>
// 作成ModbusMaster实例(可作成多个实例对应不同スレーブ)
ModbusMaster node;
void setup() {
Serial.begin(115200);
// 初期化:指定駅からの住所和シリアルポート
// 参数1:駅からの住所(1-247)
// 参数2:用于通讯的Serial对象
node.begin(1, Serial2); // スレーブ1,使用Serial2
// 設定シリアルパラメータ(必须与スレーブ一致)
Serial2.begin(9600, SERIAL_8N1);
// 可选:設定タイムアウト(毫秒)
node.setTimeout(1000);
}
void loop() {
// ====== リードホールドレジスタ(機能コード03)======
// 参数:開始アドレス, 数量
// 戻る:ステータス码(0=成功)
uint8_t result = node.readHoldingRegisters(0, 10);
if (result == node.ku8MBSuccess) {
Serial.println("読み取り成功:");
// 从レスポンスバッファ取得データ
for (uint8_t i = 0; i < 10; i++) {
uint16_t value = node.getResponseBuffer(i);
Serial.printf(" レジスタ%d:%dn", i, value);
}
} else {
Serial.printf("読み取り失敗,エラー·コード:%02Xn", result);
}
// ====== 写入单1つのレジスタ(機能コード06)======
result = node.writeSingleRegister(100, 1234);
if (result == node.ku8MBSuccess) {
Serial.println("写入レジスタ成功");
}
// ====== 写入单1つのコイル(機能コード05)======
// 注意:コイル値用0xFF00表示ON,0x0000表示OFF
result = node.writeSingleCoil(0, 0xFF00); // コイル0置ON
result = node.writeSingleCoil(1, 0x0000); // コイル1置OFF
delay(2000);
}
3.2関数コードの完全な例
#include <ModbusMaster.h>
ModbusMaster node;
void setup() {
Serial.begin(115200);
Serial2.begin(9600, SERIAL_8N1);
node.begin(1, Serial2);
}
void loop() {
uint8_t result;
// ====== 機能コード01:リードコイルを読む ======
result = node.readCoils(0, 8);
if (result == node.ku8MBSuccess) {
// コイルの状態パッキング在レジスタバッファ中
// 每个uint16_t包含16个コイルの状態
uint16_t coilStates = node.getResponseBuffer(0);
for (int i = 0; i < 8; i++) {
Serial.printf("コイル%d:%sn", i, (coilStates >> i) & 1 ? "ON" : "OFF");
}
}
// ====== 機能コード02:離散入力の読み取り ======
result = node.readDiscreteInputs(0, 8);
if (result == node.ku8MBSuccess) {
uint16_t inputStates = node.getResponseBuffer(0);
Serial.printf("ショップ型入力:%04Xn", inputStates);
}
// ====== 機能コード03:リードホールドレジスタ ======
result = node.readHoldingRegisters(0, 10);
if (result == node.ku8MBSuccess) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Serial.printf("レジスタを保持する。%d:%dn", i, node.getResponseBuffer(i));
}
}
// ====== 機能コード04:読み取り入力レジスタ ======
result = node.readInputRegisters(0, 4);
if (result == node.ku8MBSuccess) {
for (int i = 0; i < 4; i++) {
Serial.printf("入力レジスタ。%d:%dn", i, node.getResponseBuffer(i));
}
}
// ====== 機能コード05:シングルコイルを書く。 ======
node.writeSingleCoil(0, 0xFF00); // ON
node.writeSingleCoil(0, 0x0000); // OFF
// ====== 機能コード06:単一レジスタの書き込み ======
node.writeSingleRegister(50, 999);
// ====== 機能コード15:複数のコイルを書く。 ======
// 先送信バッファの設定
node.setTransmitBuffer(0, 0x00FF); // 前8个コイルの状態
result = node.writeMultipleCoils(0, 8); // 開始アドレス, 数量
// ====== 機能コード16:複数のレジスタを書く。 ======
node.setTransmitBuffer(0, 100);
node.setTransmitBuffer(1, 200);
node.setTransmitBuffer(2, 300);
result = node.writeMultipleRegisters(100, 3); // 開始アドレス, 数量
delay(3000);
}
3.3 ModbusMasterエラーコード
| エラー·コード | 定数の名前 | 意味の意味 |
|---|---|---|
| 0x00 | ku 8 MBサクセス | 成功した |
| 0 x 0 1 | ku 8MBILLEGALFunction | 違法な機能コード |
| 0 x 0 2 | ku8MBIlllegalDataAddress | 違法なデータアドレス |
| 0x03 | ku8MBIllegalDataValue | 不正なデータ値 |
| 0 x 0 4 | ku8MBSlaveDeviceFailure | スレーブ機器の障害 |
| 0 x E 0 | ku8MBInvalidSlaveID | 無効なスレーブID |
| 0xE1 | ku8MBInvalid | 無効な機能コード |
| 0 x E 2 | ku8MBonseTimedOut | レスポンス·タイムアウト |
| 0 x E 3 | ku8MBInvalidCRC | CRCチェックエラー |
IV.データ型の処理
Modbusレジスタ是16位的,但工业デバイス经常使用32ビット浮動小数点数、32ビット整数等データ型。以下提供完全的转换工具函数。
// ========= 32ビット浮動小数点解析(ABCDビッグエンディアン、最も一般的)======
float parseFloatABCD uint16_t regHigh uint16_t regLow {
uint32_t raw = uint32_t regHigh<< 16| regLow;
浮動小数点値
memcpy value raw sizeof float;
リターンの価値;
}
//======== 32ビット浮動小数点数解析(CDABワード交換順序)=======
float parseFloatCDAB uint16_t reg0 uint16_t reg1 {
// reg0は下位16ビット、reg1は上位16ビットです。
uint32_t raw = uint32_t reg1<< 16| reg 0;
浮動小数点値
memcpy value raw sizeof float;
リターンの価値;
}
// ========== 32ビット符号付き整数(ビッグエンディアン)=======
int32_t parseInt32ABCD uint16_t regHigh uint16_t regLow {
return int32_t uint32_t regHigh<< 16| regLow;
}
// =========== 32ビット符号なし整数(ビッグエンディアン)======
uint32_t parseUint32ABCD uint16_t regHigh uint16_t regLow {
return uint32_t regHigh<< 16| regLow;
}
//====== 16ビット符号付き整数 ======
int16_t parseInt16 uint16_t reg {
return int16_t;
}
// ======
float parseScaled uint16_t reg float scale {
reg * scaleを返す。
}
// ====== 使用例ModbusMaster ======
void readTemperature {
uint8_t result = node.readHoldingRegisters 100 2; // 温度は2つのレジスタを使用します。
if == n.ku8MBSuess {
uint16_t reg0 = node.getResponseBuffer 0;
uint16_t reg1 = node.getResponseBuffer 1;
float temp = parseFloatABCD reg0 reg1;
Serial.printf "温度%. 2f °Cn" temp;
}
}
// ========== 使用例(eModbusコールバック内)=====
void handleData ModbusMessage response uint32_t token {
if.getFunctionCode ==_HOLD_ISTER {
// 温度はレジスタ100-101(応答の0-1番目のレジスタ)にあります
uint16_t reg0 =[1]<< 8|応答[2];
uint16_t reg1 =[3]<< 8| [4]への応答;
float temp = parseFloatABCD reg0 reg1;
Serial.printf "温度%. 2f °Cn" temp;
}
}
Modbus TCPサーバ(スレーブ)
使用eModbus可以快速実装Modbus TCPスレーブデバイス,让ESP32模拟一个Modbusサーバー·サーバー,供其他マスター·ステーション·リーディングデータ。
#include <WiFi.h>
#include "ModbusServerTCP.h"
ModbusServerTCP MBserver;
// スレーブデータストア
#define MAX_REGISTERS 100
uint16_t holdingRegs[MAX_REGISTERS] = {0};
uint16_t inputRegs[MAX_REGISTERS] = {0};
bool coils[MAX_REGISTERS] = {false};
bool discreteInputs[MAX_REGISTERS] = {false};
// ====== 读ホールド·レジスタ·コールバック ======
ModbusMessage readHoldingRegs(ModbusMessage request) {
uint16_t addr, count;
request.get(2, addr); // 開始アドレス(从第2バイト开始)
request.get(4, count); // レジスタの数
ModbusMessage response;
response.add(request.getServerID());
response.add((uint8_t)READ_HOLD_REGISTER);
response.add((uint8_t)(count * 2)); // Bytesの数
for (uint16_t i = 0; i < count; i++) {
if (addr + i < MAX_REGISTERS) {
response.add(holdingRegs[addr + i]);
} else {
response.add((uint16_t)0);
}
}
return response;
}
// ====== 単一レジスタの書き込み回调 ======
ModbusMessage writeSingleReg(ModbusMessage request) {
uint16_t addr, value;
request.get(2, addr);
request.get(4, value);
if (addr < MAX_REGISTERS) {
holdingRegs[addr] = value;
Serial.printf("写入レジスタ%d:%dn", addr, value);
}
// レスポンス:回显アドレス和值
ModbusMessage response;
response.add(request.getServerID());
response.add((uint8_t)WRITE_SINGLE_REGISTER);
response.add(addr);
response.add(value);
return response;
}
// ====== 读コイルコールバック ======
ModbusMessage readCoils(ModbusMessage request) {
uint16_t addr, count;
request.get(2, addr);
request.get(4, count);
uint8_t byteCount = (count + 7) / 8;
ModbusMessage response;
response.add(request.getServerID());
response.add((uint8_t)READ_COIL);
response.add(byteCount);
for (uint8_t b = 0; b < byteCount; b++) {
uint8_t coilByte = 0;
for (uint8_t bit = 0; bit < 8; bit++) {
uint16_t coilNum = addr + b * 8 + bit;
if (coilNum < MAX_REGISTERS && coils[coilNum]) {
coilByte |= (1 << bit);
}
}
response.add(coilByte);
}
return response;
}
void setup() {
Serial.begin(115200);
// 初期化一些模拟データ
holdingRegs[0] = 100; // 温度の設定值
holdingRegs[1] = 250; // 湿度设定值
inputRegs[0] = 253; // 当前温度(25.3°C)
inputRegs[1] = 652; // 当前湿度(65.2%)
// 连接WiFi
WiFi.begin("your_ssid", "your_password");
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) delay(500);
Serial.printf("IPアドレス:%sn", WiFi.localIP().toString().c_str());
// 登録機能コード処理函数
MBserver.registerWorker(1, READ_HOLD_REGISTER, &readHoldingRegs);
MBserver.registerWorker(1, WRITE_SINGLE_REGISTER, &writeSingleReg);
MBserver.registerWorker(1, READ_COIL, &readCoils);
// 启动TCPサーバー側。,监听502ポート
MBserver.start(502, 2, 2000); // ポート, 最大连接数, タイムアウト
Serial.println("Modbus TCPサーバー側。已启动,ポート502");
}
void loop() {
// 模拟センサーはデータ更新
static unsigned long lastUpdate = 0;
if (millis() - lastUpdate > 1000) {
lastUpdate = millis();
inputRegs[0] = 250 + random(-5, 5); // 温度小幅波动
inputRegs[1] = 650 + random(-10, 10); // 湿度小幅波动
}
delay(100);
}
六、485ハードウェアガイド
6.1 RS 485モジュールの比較
| モジュールモジュール | チップは | 自动收发 | 絶縁 | 价格 | 適用可能なシーン |
|---|---|---|---|---|---|
| MAX 48 5モジュール | MAX 485 | 否(需GPIO控制) | いいえ、いいえ | 2-5元さん。 | 簡単な実験、短距離 |
| SP 3485モジュール | SP3485 | いいえ、いいえ | いいえ、いいえ | 3-6元さん。 | 3.3 Vシステム、低消費電力 |
| 絶縁RS 485モジュール | ADM 248 3 | 部分的サポート | はい(2500V) | 15-25元さん。 | 産業現場、強い干渉 |
| 自動送受信モジュール | MAX485+ハードウェアロジック | はい。 | 否 | 5-8元さん。 | GPIO制御なし |
6.2 配線の仕様
- バス·トポロジ:必须使用手をつないで菊花链トポロジー,禁断の星连接。分支线長さ不超过0.3米
- 終端抵抗:バスの両端に120Ω抵抗があり、中間ノードは接続されません。インピーダンスマッチングにより信号の反射を大幅に低減
- ケーブルの選択シールドツイストペアA/Bラインは一緒に接続する必要があります。
- 接地地地シールド層シングルエンド接地(通常はメイン制御側)、グランドループを避ける。
- コモン·グラウンド:デバイス間のグランド電位差が1 Vを超える場合は、絶縁モジュールまたは共通グランドを使用する必要があります。
- 距離は9600ボーレートは最大1200メートル、115200ボーレートは最大100メートルです。ボーレートを下げると距離が伸びる
- プルアップダウンダウン:A线接10kΩ上拉到VCC,B线接10kΩ下拉到GND,确保バス暇なとき电平稳定
完全なプロジェクト:ESP32 Modbusデータ収集ゲートウェイ
ESP32は、RS 485経由で複数の温度·湿度センサーやメーターデータを読み取り、WiFi経由でMQTTサーバーにアップロードし、ローカルSCADA読み取り用のModbus TCPサービスを提供します。
#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include "ModbusClientRTU.h"
#include "ModbusServerTCP.h"
// ====== 設定 ======
const char* WIFI_SSID = "your_ssid";
const char* WIFI_PASS = "your_password";
const char* MQTT_SERVER = "192.168.1.200";
const int MQTT_PORT = 1883;
const char* MQTT_TOPIC = "factory/sensor/data";
#define RTS_PIN 4
#define MODBUS_BAUD 9600
// ====== デバイス定义 ======
struct Device {
const char* name;
uint8_t slaveAddr;
uint16_t tempAddr;
uint16_t humAddr;
};
Device devices[] = {
{"车间A", 1, 0, 2},
{"车间B", 2, 0, 2},
{"仓库", 3, 0, 1},
};
const int DEVICE_COUNT = sizeof(devices) / sizeof(devices[0]);
// ====== 全局データ ======
struct SensorData {
float temperature;
float humidity;
bool valid;
};
SensorData sensorData[DEVICE_COUNT];
// ====== Modbus RTUクライアント側は ======
ModbusClientRTU MBrtu(RTS_PIN);
WiFiClient espClient;
PubSubClient mqtt(espClient);
// ====== 浮動小数点数解析 ======
float parseFloat(uint16_t high, uint16_t low) {
uint32_t raw = ((uint32_t)high << 16) | low;
float f;
memcpy(&f, &raw, 4);
return f;
}
// ====== RTUデータ回调 ======
void handleData(ModbusMessage response, uint32_t token) {
int devIdx = token & 0xFF; // 令牌低8位存デバイス索引
if (response.getFunctionCode() == READ_HOLD_REGISTER) {
uint16_t reg0 = (response[1] << 8) | response[2];
uint16_t reg1 = (response[3] << 8) | response[4];
// 判断は、温度まだ湿度(令牌高8位存タイプ:0=温度, 1=湿度)
uint8_t type = (token >> 8) & 0xFF;
if (type == 0) {
sensorData[devIdx].temperature = parseFloat(reg0, reg1);
} else {
sensorData[devIdx].humidity = reg0 * 0.1; // 16ビット整数,分辨率0.1%
}
sensorData[devIdx].valid = true;
}
}
void handleError(Error error, uint32_t token) {
int devIdx = token & 0xFF;
sensorData[devIdx].valid = false;
ModbusError me(error);
Serial.printf("デバイス%d読み取り失敗:%sn", devIdx, (const char*)me);
}
// ====== MQTT再接続 ======
void mqttReconnect() {
while (!mqtt.connected()) {
if (mqtt.connect("ESP32_Gateway")) {
Serial.println("MQTT接続された");
} else {
delay(5000);
}
}
}
// ====== 上传データ ======
void publishData() {
String json = "{";
for (int i = 0; i < DEVICE_COUNT; i++) {
if (sensorData[i].valid) {
if (i > 0) json += ",";
json += """ + String(devices[i].name) + "":{";
json += ""temp":" + String(sensorData[i].temperature, 1);
json += ","hum":" + String(sensorData[i].humidity, 1);
json += "}";
}
}
json += "}";
mqtt.publish(MQTT_TOPIC, json.c_str());
Serial.printf("上传:%sn", json.c_str());
}
void setup() {
Serial.begin(115200);
// WiFi
WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASS);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) delay(500);
Serial.printf("WiFi接続された:%sn", WiFi.localIP().toString().c_str());
// MQTT
mqtt.setServer(MQTT_SERVER, MQTT_PORT);
// Modbus RTU
RTUutils::prepareHardwareSerial(Serial2);
Serial2.begin(MODBUS_BAUD, SERIAL_8N1, 16, 17);
MBrtu.onDataHandler(&handleData);
MBrtu.onErrorHandler(&handleError);
MBrtu.begin(Serial2);
Serial.println("ゲートウェイ启动完成");
}
void loop() {
static unsigned long lastPoll = 0;
static unsigned long lastPublish = 0;
if (!mqtt.connected()) mqttReconnect();
mqtt.loop();
// 每3秒ポーリング全装備。
if (millis() - lastPoll > 3000) {
lastPoll = millis();
for (int i = 0; i < DEVICE_COUNT; i++) {
// 温度リクエスト(令牌高8位=0,低8位=デバイス索引)
MBrtu.addRequest((0 << 8) | i, devices[i].slaveAddr,
READ_HOLD_REGISTER, devices[i].tempAddr, 2);
delay(100); // RTU需要間隔
// 湿度リクエスト
MBrtu.addRequest((1 << 8) | i, devices[i].slaveAddr,
READ_HOLD_REGISTER, devices[i].humAddr, 1);
delay(100);
}
}
// 每30秒上传一次
if (millis() - lastPublish > 30000) {
lastPublish = millis();
publishData();
}
delay(100);
}
8.よくある質問とチェック
| 問題 | 考えられる原因 | 解決策は |
|---|---|---|
| RTU応答なし | A/Bライン·リバース | 交換A/B线,注意A对A、B对B |
| RTU応答なし | DE/REピン未制御 | RTS_PINが正しく配線されていることを確認するか、自動送受信モジュールを使用します。 |
| CRCエラー | ボーレートの不一致 | マスタースレーブのボーレート、データビット、停止ビット、検証ビットが完全に一致していることを確認する |
| CRCエラー | シリアルポートバッファ太小 | RTUutils prepareHardwareSerialを使用してバッファを増大させる |
| TCP接続の失敗 | ポートが占有される。 | ESP32がクライアントである場合、サーバ502ポートの開放を確認する |
| TCP接続の失敗 | ファイアウォール傍受 | サーバのファイアウォールを確認し、ポート502のインバウンドを許可します。 |
| データの乱れ | バイトオーダーエラー | ABCD/CDAB/DCBAの3つの浮動小数点解析方法を試す |
| 時折の損失。 | バス干渉 | 終端抵抗の追加、シールドラインの使用、ボーレートの低減 |
| eModbusリクエスト送信しない | キューがいっぱい。 | リクエストの頻度を減らし、addRequest間の遅延を増やす |
| ESP32再起動 | ウォッチドッグタイムアウト | ループ内の長時間のブロックを回避し、非同期コールバックを使用 |
九、パフォーマンス最適化建议
- バッチ読み取り:一次読み取り连续的多1つのレジスタ,比分多次読み取り快数倍。合理规划レジスター·アドレス表
- リクエスト間隔RTUモードでは、異なるスレーブ要求間に少なくとも50-100ms間隔を置き、バス競合を避ける。
- デュアルコア割り当てESP32はModbus通信タスクをコア0に、ビジネスロジックをコア1に、xTaskCreatePinnedToCoreを使用して設定できます。
- タイムアウトの設定eModbusデフォルトのタイムアウトは、実際のネットワーク設定によっては2-5秒長すぎる場合があります。
- データキャッシュデバイスパラメータなどの遅い変更データをキャッシュし、Modbusリクエスト頻度を低減
- ボーレートの選択短距離(100 m)は115200、長距離は9600です。盲目的に高いハードルを追求しない
- キューの深さeModbusデフォルトのキュー深度100、高周波シーンを適切に増やすことができます。
- メモリ最適化:デバイス数が多い場合はStringクラスを避け、char配列を使用してメモリフラグメントを減らす
十、学习路线与リソース
| ステージは | 学习内容 | おすすめ库 | 目标 |
|---|---|---|---|
| 入り口へ。 | Arduinoの基礎、シリアル通信、Modbusプロトコルの概念 | ModbusMasterの | 個々のセンサーを読み取る |
| ベースは | 全てのコード、485配、小数点数 | ModbusMasterの | 通常の読み取り操作を完了する。 |
| 上級 | eModbus非同期アーキテクチャ、TCP通信、マルチデバイスポーリング | eModbus | 安定した収集システムの開発 |
| 上級者。 | Modbusサーバ、MQTTゲートウェイ、OTAアップグレード、産業用展開 | eModbus + ESP-IDF | 産業用Modbusゲートウェイの開発 |
10.1推奨リソース
- eModbus公式ドキュメントemodbus.github.io/
- eModbusソースコードgithub.com/eModbus/eModbus
- ModbusMasterのドキュメント4-20ma.io/ModbusMaster/
- Modbusプロトコル仕様modbus.org/specs.php
- ESP32公式ドキュメントdocs.espressif.com/
- Arduino Modbusチュートリアルdocs.arduino.cc/tutorials/opta/getting-started-with-modbus-rtu/
ArduinoとESP32は、極めて低コストで強力なエコシステムで、産業データ収集の風景を変えています。eModbusは、ESP32プラットフォーム用の最も強力なModbusライブラリであり、非同期ノンブロッキングTCP/RTUクライアントとサーバの実装を提供し、産業グレードのプロジェクトに適しています。ModbusMasterはシンプルで直感的なAPIを備えているため、初心者に最適です。この記事で提供するツール機能と完全なゲートウェイプロジェクトは、実際の開発に直接使用でき、まずModbus SlaveシミュレータでPCでテストし、実際のデバイスに接続することを推奨します。
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eModbus/ModbusMasterライブラリの完全な例:TCP/RTUマスター/スレーブステーション、ネットワークシャットダウン、WiFi構成、直接書き込み実行可能。
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