5. Использование протокола MODBUS TCP

Протокол Modbus — самый распространенный промышленный протокол для M2M-взаимодействия. Является стандартом де-факто и поддерживается почти всеми производителями промышленного оборудования.

5.1. Обзор протокола

5.1.1. Физический уровень

Протокол MODBUS TCP работает на физическом уровне с использованием стека протоколов TCP/IP. Это означает, что он использует стандартный Ethernet-кабель для подключения к сети и использует протокол TCP/IP для передачи данных.

MODBUS TCP работает по принципу клиент-серверной архитектуры, где клиентское устройство (например, компьютер или контроллер) и серверное устройство (например, датчик или привод) общаются друг с другом посредством определенных сообщений, отправляемых через сеть.

5.1.2. Логический уровень

Протокол MODBUS TCP работает на логическом уровне с использованием клиент-серверной модели передачи данных. Это означает, что клиентское устройство (например, компьютер или контроллер) отправляет запрос на серверное устройство (например, датчик или привод), который затем обрабатывает запрос и отправляет ответ обратно клиенту.

На логическом уровне, протокол MODBUS TCP использует различные функции для чтения и записи данных. Каждая функция имеет свой уникальный код, который определяет тип операции, которую необходимо выполнить. Например, функция чтения регистров имеет код 03, а функция записи регистров имеет код 06.

Логический уровень

5.1.3. Формат пакета

Формат пакета

Все устройства Modbus взаимодействуют, следуя модели master-slave. Запросы может инициировать только master-устройство, slave-устройства могут только отвечать на запросы, и не могут самостоятельно начинать передачу данных. В зависимости от реализации протокола, заголовки пакета различаются. Вот основные составляющие пакета, которые важно знать:

  1. ADU (Application Data Unit) — пакет Modbus целиком, со всеми заголовками, PDU, контрольной суммой, адресом и маркерами. Отличается, в зависимости от реализации протокола.

  2. PDU (protocol data unit) — основная часть пакета, одинаковая для всех реализаций протокола. Содержит сам payload.

5.2. Вывод данных с датчиков Agrolab GH по протоколу MODBUS TCP

5.2.1. Программное обеспечение для вывода данных

Для вывода данных с датчиков, установленных в умной Agrolab GH, на локальный сервер и управления подвижными элементами Agrolab GH, используется установленное на персональном компьютере программное обеспечение Node-RED, предоставляющее удобный интерфейс для построения логических связей между данными, получаемыми от датчиков в реальном времени, и Agrolab GH

Установка библиотеки ModbusServerWiFi

Библиотеку ModbusServerWiFi можно найти и загрузить из Arduino IDE, используя менеджер библиотек. Это делается через меню «Инструменты» -> «Управление библиотеками».

Создание Modbus сервера на ESP32

Этот код предоставляет основу для создания Modbus сервера на ESP32:

#include <ModbusServerWiFi.h>
#include <WiFi.h>

// Параметры Wi-Fi
const char* ssid = "Ваш_SSID";
const char* password = "Ваш_пароль";

// Создаем экземпляр сервера Modbus
ModbusServerWiFi modbusServer;

void setup() {
// Инициализация Wi-Fi
WiFi.begin(ssid, password);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.println("Подключение к Wi-Fi...");
}
Serial.println("Подключено к Wi-Fi");

// Настройка Modbus сервера
modbusServer.begin(502); // Порт Modbus (стандартный - 502)

// Добавление регистров Modbus
// Здесь можно добавить свои регистры
// Например:
// modbusServer.addHoldingRegister(0, 0); // Добавление регистра хранения

Serial.println("Modbus сервер запущен");
}

void loop() {
// Обработка запросов Modbus
modbusServer.poll();

// Добавьте свой код здесь для обработки данных или событий
}

  1. Код начинается с подключения ESP32 к Wi-Fi с использованием заданных SSID и пароля. Это позволяет устройству быть доступным в вашей локальной сети.

  2. Инициализация Modbus сервера: Затем создается экземпляр Modbus сервера с указанием порта (стандартный порт Modbus - 502).

  3. Добавление регистров Modbus: Вы можете добавить регистры Modbus (регистры хранения, входные регистры, катушки и дискретные входы) с помощью методов addHoldingRegister, addInputRegister, addCoil и addDiscreteInput. Эти регистры используются для хранения и передачи данных между устройствами через протокол Modbus.

  4. Обработка запросов Modbus: В основном цикле loop, метод poll() вызывается для обработки входящих запросов Modbus от других устройств.

  5. Добавление своего кода: Вы можете добавить свой собственный код в основной цикл loop для обработки данных или событий на устройстве. Например, вы можете считывать данные с датчиков.