在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域，串口通信一直是数据交换的重要方式。最初，RS232接口被广泛采用，但由于工业现场环境复杂，存在电磁干扰等问题，RS232接口逐渐暴露出诸多不足。为了解决这些问题，RS485接口应运而生，并迅速成为工业通信的主流选择。1979年，施耐德电气制定了Modbus协议，进一步推动了工业通信的发展。今天，我们来深入了解RS485通信和Modbus协议。

RS485通信：克服RS232的局限

RS232接口的不足

RS232接口虽然简单实用，但在工业环境中存在明显缺陷：

信号电平高：RS232的信号电平值较高，容易损坏接口电路的芯片，且与TTL电平不兼容，需要额外的转换电路。

抗干扰能力弱：RS232采用共地模式传输，容易受到电磁干扰，抗干扰性能较差。

传输距离和速率有限：RS232的传输距离较短，最多只能通信几十米，且只能实现两点之间的通信，无法支持多机联网。

RS485接口的优势

针对RS232的不足，RS485接口进行了多项改进：

低电平设计：RS485采用差分信号传输，逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6）V表示，逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。这种设计降低了信号电平，减少了芯片损坏的风险，并且与TTL电平兼容，便于与TTL电路连接。

高速传输：RS485的数据传输速率最高可达10Mbps，传输距离最远可达1200米。在100KB/s以下的传输速率时，可以实现最大的通信距离。

抗干扰能力强：RS485采用平衡驱动器和差分接收器的组合，大大增强了抗共模干扰能力，适合在工业环境中使用。

支持多设备通信：RS485支持在总线上挂接多个设备，最多可达256个设备，极大地提高了通信网络的灵活性和扩展性。

Modbus协议：工业通信的通用语言

Modbus协议由施耐德电气于1979年为可编程逻辑控制器（PLC）通信而开发，现已成为工业领域通信协议的业界标准。Modbus协议是一种应用层报文传输协议，支持RS232、RS485和TCP/IP等多种电气接口和传输介质。

Modbus协议的特点

开放性：Modbus协议是公开发布的，无版权要求，易于部署和维护。

主从通信模式：Modbus采用主从通信模式，一个主设备可以与多个从设备通信。主设备发起请求，从设备响应请求。

多种传输模式：Modbus支持ASCII、RTU和TCP三种传输模式，适用于不同的应用场景。

数据模型：Modbus协议定义了线圈、离散量输入、保持寄存器和输入寄存器四种数据类型，支持读取和写入操作。

Modbus协议的应用

Modbus协议广泛应用于工业自动化、电力通讯、智能仪表等领域。它允许不同厂商生产的控制设备连接成工业网络，进行集中监控。例如，在数据采集与监视控制系统（SCADA）中，Modbus协议常用于连接监控计算机和远程终端控制系统（RTU）。

RS485通信与Modbus协议的结合

在实际应用中，RS485通信和Modbus协议常常结合使用。RS485提供了物理层的通信能力，而Modbus协议则定义了数据传输的格式和规则。这种结合使得工业设备能够在复杂的环境中实现高效、可靠的通信。

实际应用案例

工业自动化：RS485和Modbus协议在工厂自动化中广泛应用。可编程逻辑控制器（PLC）通过RS485总线与传感器、执行器等设备通信，实现生产过程的自动化控制。

电力通讯：在电力系统中，RS485和Modbus协议用于监控设备状态，实现远程数据采集和控制。

智能仪表：智能仪表通过RS485接口和Modbus协议与监控系统通信，实现数据的实时传输和远程监控。

注意事项

共模干扰：在RS485通信中，需要注意共模干扰问题。RS485收发器的共模电压范围为-7～+12V，超出此范围会影响通信的稳定性。

信号地连接：在连接RS485通信链路时，建议连接信号地，以避免电磁干扰和信号传输错误。