RS485与ModbusRTU

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前言

大家好！我是付工。

每次听到别人说RS485通信协议，就很想去纠正他。

今天跟大家聊聊关于RS485的那些事。

接口标准

首先明确一点，RS485不是通信协议，而是一种接口标准，它还有2个兄弟：RS232和RS422。

RS是Recommend Standard的缩写，对于串口通信，目前工业领域主要使用RS232和RS485，RS422使用较少。RS485因为抗干扰、传输距离远、支持多节点等优点使用更为广泛。

下面是RS232、RS422及RS485的对比图。

接线方法

RS485可以一对多，因此针对多台RS485设备，我们应该如何接线？

首先，在电缆选择上，推荐使用屏蔽双绞线，型号为RVSP2*0.5（二芯屏蔽双绞线，每芯由16 股的0.2mm的导线组成），线材特性阻抗为120Ω。

其次，正确的接线方法是手拉手菊花链式接法，如果通信距离较远（比如超过100米），应该在网络的起始端和末尾端各并接一个120Ω的电阻，以减少信号在两端的反射。

挂接设备

一条RS485总线上可以挂载多少个RS485设备，这个问题会经常被问到。

具体的数量由RS485转换器的负载能力决定，正常来说，RS485芯片的负载能力有三个级别，这三个级别依次可以挂载32台、128台和256台。

通常，我们使用的RS485转换器负载能力是32台，而且也不建议在一条RS485总线上挂载太多，挂载越多，出现问题处理越麻烦。

如果设备确实很多，可以通过扩展RS485总线的数量来分担负载压力，比如100台RS485设备，分4个RS485总线，每个总线挂载25台。

传输距离

从理论的角度来说，RS485在无中继的情况下，通信距离是1200米，但是这个是在理想情况下，理想情况是指通信电缆优质、波特率9600bps、只有一个RS485设备并且允许偶尔通信中断。

实际情况，伴随着负载设备增多、通信电缆不达标、RS485转换器品质等外界因素影响，通信距离都会有所降低。

正常来说，超过100米，就要考虑增加终端电阻，超过1000米，就要考虑增加RS485总线中继器。

通信协议

ModbusRTU与RS485是什么关系？

准确来说，两者应该是不同层级的关系，ModbusRTU是应用层一种通信协议，RS485是物理层的一种接口标准。

我们常说的ModbusRTU通信，通常是指基于RS485，但是ModbusRTU协议也可以基于RS232/RS422，甚至可以基于以太网TCP/UDP。

同时，RS485也不是ModbusRTU的专属，任何协议都可以基于RS485传输，至于能不能实现一主多从，要看协议层面有没有设计设备地址。

一主多从的实现有两个条件，第一是物理层支持，第二是应用层支持，两者缺一不可。比如，我们物理层使用RS232，即使应用层使用ModbusRTU协议，也无法实现一主多从。

通信速度

很多人提到Modbus协议，第一反应就是慢，这个是长期以来，口口相传的结果。究竟是否如此，我们来具体分析一下。

通信速度主要受到两个因素的影响：数据量大小和硬件层的速度。数据量大小指的是需要传输的数据多少，而硬件层的速度则跟通信设备和网络基础息息相关，这两者共同决定了通信速度的快慢。

举个例子，大家都经常取快递，整个耗时时间，跟快递数量多少、距离有多远以及我们使用的交通工具都是有关的。

首先，Modbus是一种通信协议，是没有速度的说法的。如果真的要论速度，Modbus报文帧简单紧凑，表达同样一个意思，在不考虑安全性的前提下，Modbus可以用更少的报文来表达，而其他协议，可能报文要更复杂，数据量也更大。

其次，硬件层的速度，这个与波特率及通信距离都有关系，因此如果真的说慢，你只能说串口通信慢，但不能说Modbus慢。

下面这张图，是使用ModbusTCP与各种PLC及板卡通信结果，实测结果，没有好坏贬低。

很多人一味地追求快，但是对于上位机来说，根本不需要太快，人眼能识别的动画是25帧/秒，即40ms，超过这个频率，你眼睛都识别不过来。

一主多从

另外一种情况，可能很多人是因为一主多从轮询，认为ModbusRTU通信速度慢。

Modbus协议在报文层设计了设备地址，这样就可以配合RS485实现一主多从，一主多从可以简化布线、易于管理、节点成本。

因此，在通信要求不高的情况，使用一主多从是一个非常好的方案，一主多从轮询机制必然会带来通信效率的降低。

既然选择了这种方案，就需要接受它的缺点，如果接受不了这个缺点，就不要选择它。

总之，我认为存在即合理，一个优秀的工程师，应该学会在正确的场景下选择正确的方案，最终达到自己的目的。

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