node-red实现ModBus-RTU 通信协议（RS485信号输出）的数据交互

黎陌MLing

6053人浏览 · 2024-01-15 17:01:34

黎陌MLing · 2024-01-15 17:01:34 发布

node-red实现485型 - 温湿度变表数据转换

一、介绍
二、通讯协议
三、 node-red实现数据交互
- 3.1 node-red-node-serialport节点读取数据
- 3.2 node-red-contrib-modbus节点读取数据
四、源码

本文参考《86 壳液晶温湿度变送器使用说明书（485 型）》，介绍基于485型 - 温湿度变表，通过node-red对数据进行读写的操作。

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一、介绍

该变送器带有液晶显示，实时显示温湿度，背部免螺丝端子接线，可安装在标准86mm接线盒上。设备采用标准ModBus-RTU 通信协议，RS485信号输出，通信距离最大可达2000米（实测）。探头内置型、外延型可选，广泛适用于通讯机房、仓库楼宇以及自控等需要温湿度监测的场所。

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二、通讯协议

2.1 通讯基本参数

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2.2 数据帧格式定义

采用 ModBus-RTU 通讯规约，格式如下：

初始结构 ≥4 字节的时间
地址码 = 1 字节
功能码 = 1 字节
数据区 = N 字节
错误校验 = 16 位 CRC 码
结束结构 ≥4 字节的时间
地址码：为变送器的地址，在通讯网络中是唯一的（出厂默认 0x01）。
功能码：主机所发指令功能指示。
数据区：数据区是具体通讯数据，注意 16bits 数据高字节在前！
CRC 码：二字节的校验码。

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2.3 寄存器地址

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2.4 通讯协议示例以及解释

温度计算：
当温度低于 0 ℃ 时温度数据以补码的形式上传。
温度：FF9B H(十六进制)= -101 => 温度 = -10.1℃
湿度计算：
湿度：292 H (十六进制)= 658 => 湿度 = 65.8%RH

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三、 node-red实现数据交互

3.1 node-red-node-serialport节点读取数据

根据第二章节对设备问询帧地址的定义，模拟读取如下配置信息的设备数据：

注意：这里地址码变了，我读的是地址码（devID）为40的设备地址数据，示例中读取的是地址码（devID）为1的数据，其他的设置是一样的

项	说明	十进制	十六进制
设备地址	DevID	40	0x28
功能码	读	3	0x03
数据起始地址	address	0	0x00 0x00
数据长度	len	2	0x00 0x02
检验码	crc	2	0xC3 0xF2

CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验）是一种数据校验方式，主要用于判断数据传输过程中数据是否发生改变、传输是否出错，并在传输时保证数据完整性。上位机须按照MODBUS协议的命令格式发送数据（包括计算的CRC值），从机才能正确辨识数据。若无CRC值，从机将返回含有错误号的应答包，不会得到正确结果。标准的做法，发送前计算CRC值并一起发送，接收后也计算CRC值并与接收的校验码对比是否相等，以辨别数据是否准确。CRC校验码的计算，参考链接：modbus rtu协议的CRC（循环冗余校验）在线计算

计算CRC为：F2 C3 ，高位在左，低位在右，交换得到数据为：0xC3, 0xF2

通过node-red进行读取操作如下：

编辑命令：
msg.payload = Buffer.from([0x28, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x02, 0xC3, 0xF2]);
向串口发送问询帧命令
设备返回数据，格式如下：
收到应答帧如下：

msg.payload = [0x28,0x03,0x04,0x01,0x3d,0x00,0xb8,0xd2,0xb3]

根据如下应答帧格式：

这里返回的数据为：
湿度值：0x01 0x3d -> 013dH -> 转换为10进制：11616+316+131 = 317
温度值：0x00,0xb8 -> 00b8H -> 转换为10进制：0+0+11×16+8×1 = 184

根据2.4节说明书中定义的温湿度计算方法，进行转换计算如下：

当温度低于 0 ℃ 时温度数据以补码的形式上传，即温度是带符号的，需要进行处理

if(msg.payload != undefined && msg.payload != null
     && msg.payload != "" && msg.payload.length > 6){
    msg.humi = Signed16ToInt16Be(msg.payload[3]*16*16 + msg.payload[4]) * 0.1;
    msg.temp = Signed16ToInt16Be(msg.payload[5]*16*16 + msg.payload[6]) * 0.1;
}
return msg;
/** 有符号整数补码转换转成16位有符号整数：
 * 如-80的补码为65456，读取出来是65456，需要通过该函数转换成-80
 */
function Signed16ToInt16Be(num){
    //32767是16位带符号证书能表示的最大正数，当数值从32767再增加1时，就会上溢变成负数。
    //即mod通信中所有的负数都是用补码形式存储（如‘-80’实际读\写出来是‘65456’）
    //需要检测是否发生了从正数到负数的转换，即是否发生了上溢或下溢,如果有，进行转换
    return num >= 32768 ? num - 65536 : num;
}

温湿度都需要进行分辨率处理，即最终数据为：值*0.1
最终得到：
- 湿度值：0x01 0x3d -> 013dH -> 转换为10进制：11616+316+131 = 317 * 0.1 = 31.7%RH
- 温度值：0x00,0xb8 -> 00b8H -> 转换为10进制：0+0+11×16+8×1 = 184 = 18.4 ℃

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3.2 node-red-contrib-modbus节点读取数据

通过node-red-contrib-modbus的RS485的串口进行数据操作，寄存器地址如下：

nodered读取代码示例如下：

其中转换函数如下：

if(msg.payload != undefined && msg.payload != null
     && msg.payload != "" && msg.payload.length > 1){
    msg.humi = msg.payload[0] * 0.1;//湿度
    msg.temp = msg.payload[1] * 0.1;//温度
    msg.data = msg.topic + " : 温度->" + msg.temp + "℃ 湿度->" + msg.humi +" %RH";
}
return msg;

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四、源码

[
    {
        "id": "22d7aa8312dc9a77",
        "type": "debug",
        "z": "146fc0e173b359f7",
        "name": "debug 5",
        "active": true,
        "tosidebar": true,
        "console": false,
        "tostatus": false,
        "complete": "true",
        "targetType": "full",
        "statusVal": "",
        "statusType": "auto",
        "x": 920,
        "y": 220,
        "wires": []
    },
    {
        "id": "3bc4f2ae3df03b84",
        "type": "modbus-flex-sequencer",
        "z": "146fc0e173b359f7",
        "name": "RS485-S3-th1",
        "sequences": [
            {
                "name": "th-1",
                "unitid": "1",
                "fc": "FC3",
                "address": "0",
                "quantity": "2"
            }
        ],
        "server": "e5a968ffcde8210c",
        "showStatusActivities": false,
        "showErrors": false,
        "showWarnings": false,
        "logIOActivities": false,
        "useIOFile": false,
        "ioFile": "",
        "useIOForPayload": false,
        "emptyMsgOnFail": true,
        "keepMsgProperties": false,
        "delayOnStart": false,
        "startDelayTime": "",
        "x": 640,
        "y": 220,
        "wires": [
            [
                "99774077dc9657ef"
            ],
            []
        ]
    },
    {
        "id": "84426b1fee609fb1",
        "type": "inject",
        "z": "146fc0e173b359f7",
        "name": "",
        "props": [
            {
                "p": "payload"
            },
            {
                "p": "topic",
                "vt": "str"
            }
        ],
        "repeat": "",
        "crontab": "",
        "once": false,
        "onceDelay": 0.1,
        "topic": "",
        "payload": "",
        "payloadType": "date",
        "x": 490,
        "y": 220,
        "wires": [
            [
                "3bc4f2ae3df03b84"
            ]
        ]
    },
    {
        "id": "99774077dc9657ef",
        "type": "function",
        "z": "146fc0e173b359f7",
        "name": "转换",
        "func": "if(msg.payload != undefined && msg.payload != null\n     && msg.payload != \"\" && msg.payload.length > 1){\n    msg.humi = msg.payload[0] * 0.1;\n    msg.temp = msg.payload[1] * 0.1;\n    msg.data = msg.topic + \" : 温度->\" + msg.temp + \"℃ 湿度->\" + msg.humi +\" %RH\";\n}\nreturn msg;\n",
        "outputs": 1,
        "timeout": 0,
        "noerr": 0,
        "initialize": "",
        "finalize": "",
        "libs": [],
        "x": 790,
        "y": 220,
        "wires": [
            [
                "22d7aa8312dc9a77"
            ]
        ]
    },
    {
        "id": "7dd37b33034d6543",
        "type": "inject",
        "z": "146fc0e173b359f7",
        "name": "",
        "props": [
            {
                "p": "payload"
            },
            {
                "p": "topic",
                "vt": "str"
            }
        ],
        "repeat": "",
        "crontab": "",
        "once": false,
        "onceDelay": 0.1,
        "topic": "",
        "payload": "",
        "payloadType": "date",
        "x": 470,
        "y": 320,
        "wires": [
            [
                "6425031d131e352d"
            ]
        ]
    },
    {
        "id": "6425031d131e352d",
        "type": "function",
        "z": "146fc0e173b359f7",
        "name": "指令-40",
        "func": "msg.topic = \"40\";\nmsg.payload = Buffer.from([0x28, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x02, 0xC3, 0xF2]);\nreturn msg;",
        "outputs": 1,
        "timeout": 0,
        "noerr": 0,
        "initialize": "",
        "finalize": "",
        "libs": [],
        "x": 600,
        "y": 320,
        "wires": [
            [
                "ed90905d2e9f93dc"
            ]
        ]
    },
    {
        "id": "ed90905d2e9f93dc",
        "type": "serial request",
        "z": "146fc0e173b359f7",
        "name": "",
        "serial": "40511a18915f475f",
        "x": 740,
        "y": 320,
        "wires": [
            [
                "fcf760e9049ad139"
            ]
        ]
    },
    {
        "id": "fcf760e9049ad139",
        "type": "function",
        "z": "146fc0e173b359f7",
        "name": "转换",
        "func": "if(msg.payload != undefined && msg.payload != null\n     && msg.payload != \"\" && msg.payload.length > 6){\n    msg.humi = Signed16ToInt16Be(msg.payload[3]*16*16 + msg.payload[4]) * 0.1;\n    msg.temp = Signed16ToInt16Be(msg.payload[5]*16*16 + msg.payload[6]) * 0.1;\n    msg.data = msg.topic + \" : 温度->\" + msg.temp + \"℃ 湿度->\" + msg.humi +\" %RH\";\n}\nreturn msg;\nfunction Signed16ToInt16Be(num){\n    //32767是16位带符号证书能表示的最大正数，当数值从32767再增加1时，就会上溢变成负数。\n    //即mod通信中所有的负数都是用补码形式存储（如‘-80’实际读\\写出来是‘65456’）\n    //需要检测是否发生了从正数到负数的转换，即是否发生了上溢或下溢,如果有，进行转换\n    return num >= 32768 ? num - 65536 : num;\n}",
        "outputs": 1,
        "timeout": 0,
        "noerr": 0,
        "initialize": "",
        "finalize": "",
        "libs": [],
        "x": 890,
        "y": 320,
        "wires": [
            [
                "8c0ad5c1417504c8"
            ]
        ]
    },
    {
        "id": "8c0ad5c1417504c8",
        "type": "debug",
        "z": "146fc0e173b359f7",
        "name": "debug 9",
        "active": true,
        "tosidebar": true,
        "console": false,
        "tostatus": false,
        "complete": "true",
        "targetType": "full",
        "statusVal": "",
        "statusType": "auto",
        "x": 1020,
        "y": 320,
        "wires": []
    },
    {
        "id": "e5a968ffcde8210c",
        "type": "modbus-client",
        "name": "",
        "clienttype": "serial",
        "bufferCommands": true,
        "stateLogEnabled": false,
        "queueLogEnabled": false,
        "failureLogEnabled": true,
        "tcpHost": "127.0.0.1",
        "tcpPort": "502",
        "tcpType": "DEFAULT",
        "serialPort": "/dev/ttyS3",
        "serialType": "RTU-BUFFERD",
        "serialBaudrate": "9600",
        "serialDatabits": "8",
        "serialStopbits": "1",
        "serialParity": "none",
        "serialConnectionDelay": "300",
        "serialAsciiResponseStartDelimiter": "",
        "unit_id": "",
        "commandDelay": "1",
        "clientTimeout": "2000",
        "reconnectOnTimeout": false,
        "reconnectTimeout": "2000",
        "parallelUnitIdsAllowed": true
    },
    {
        "id": "40511a18915f475f",
        "type": "serial-port",
        "serialport": "/dev/ttyS4",
        "serialbaud": "9600",
        "databits": "8",
        "parity": "none",
        "stopbits": "1",
        "waitfor": "",
        "dtr": "none",
        "rts": "none",
        "cts": "none",
        "dsr": "none",
        "newline": "300",
        "bin": "bin",
        "out": "time",
        "addchar": "",
        "responsetimeout": "1000"
    }
]

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