Modbus 協議與 ESP-Modbus-DTU 工業物聯網方案介紹

1. Modbus 協議概述

Modbus 協議最初由 Modicon 公司（現為施耐德電氣公司的一個品牌）開發出來，是全球第一個真正用于工業現場的總線協議，現在， Modbus 已經是工業控制領域全球最流行的協議，

由于 Modbus 協議是完全公開透明的，所需的軟硬體又非常簡單，這就使它很快成為了一種通用的工業標準，許多工業設備，包括 PLC，DCS，HMI、智能儀器儀表等都在使用 Modbus 協議作為他們之間的通訊標準，基于 Modbus 協議，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網路，進行集中監控，

1.1 協議特點

（1）標準開放，使用免費，用戶可以放心地使用 Modbus 協議，不需要交納許可證費，也不會侵犯知識產權，
（2）安全可靠，設備種類豐富，目前支持 Modbus 的廠家超過 600 家，支持 Modbus 的產品超過 700 種，
（3）兼容性好，組網靈活快捷，支持傳統的 RS232、RS422、RS485 串行介面設備以及各種網路設備，
（4）需要的軟硬體資源小，適合嵌入式設備集成開發，
（5）幀格式簡單、緊湊，通俗易懂，用戶使用容易，廠商開發簡單，

1.2 協議組成

Modbus 協議位于 OSI 模型的第七層-應用層，底層通信鏈路可以是以太網、WiFi、串行鏈路等，
常用 Modbus 協議的分類與區別：

名稱	特點
Modbus RTU	RS485/RS232/RS422 串口通信，主從結構，一主多從，
Modbus ASCII	RS485/RS232/RS422 串口通信，主從結構，一主多從，
Modbus TCP/UDP	以太網/WiFi 通信，主從結構，多主多從，

2. 樂鑫 ESP-IDF 中對 Modbus 協議的支持

2.1 當前支持的功能

ESP-IDF 支持 Modbus 串行/TCP 從機和主協議堆疊，并提供 Modbus 控制器的介面 API（controller interface API）與用戶應用程式進行資料互動，
目前 ESP-IDF 已經支持的 Modbus 協議相關的功能有：
（1）支持 Modbus 協議所有通用功能碼，
（2）支持 RS485 串行鏈路組網通信，
（3）支持傳統基于 port 發送/接收資料的互動方式，以及基于 Data dictionary 的資料互動方式，
（4）提供標準的 example 示例以及測驗程式，
（5）不同版本的 ESP-IDF 對 Modbus 協議主機功能、從機功能的支持如下：

ESP-IDF 版本	主機功能	從機功能
release v3.2~v3.3	不支持	Modbus RTU、Modbus ASCII
release v4.0~v4.2	Modbus RTU、Modbus ASCII	Modbus RTU、Modbus ASCII
master	Modbus RTU、Modbus ASCII、Modbus TCP	Modbus RTU、Modbus ASCII、Modbus TCP

2.2 下一步擬推出的功能

ESP-IDF 下一步擬推出的 Modbus 協議相關的功能有：
（1）支持 Modbus UDP 主機、從機功能，
（2）支持 Modbus RTU Over TCP 功能，
（3）支持 RS232/RS422 串行鏈路組網通信，
（4）支持 Modbus 多埠功能，（目前，同一時間支持創建一個主機和一個從機應用程式），
（5）支持動態創建更新 Data dictionary 功能，

3. 樂鑫 ESP-Modbus-DTU 工業物聯網解決方案

樂鑫基于標準的 Modbus 協議開發了簡單易用的 ESP Modbus DTU(Data Transfer Unit) 方案，此方案支持二次開發，可快速應用于各類支持 Modbus 協議的產品，關于韌體和 SDK 的獲取，請向 sales@espressif.com 免費申請，

ESP-Modbus-DTU 是以無線資料傳輸技術取代工業控制有線電纜一種解決方案，其基于 Modbus 通信協議，實作了串口資料與 IP 資料之間的互轉，提高了 Modbus 網路架構組網的便捷性和靈活性，

3.1 應用背景

典型的 Modbus 組網結構如下：

Modbus 協議底層通信鏈路可以是以太網、WiFi、串行鏈路等，在 Modbus 網路中，由 RS422/RS232/RS485 串行鏈路組成的串行主機、從機可以通信，作業在 WiFi/Etherent 網路鏈路的網路主機、從機之間可以通信，但是串行網路與 WiFi/Etherent 網路中的 Modbus 設備之間無法通信，造成 Modbus 異構網路的組網受到限制，此外，一些串行設備無接入網路的功能，造成工業現場布線的復雜困難，也增加了 Modbus 網路的組網復雜度，在這種情況下，ESP-Modbus-DTU 應運而生，該模塊可以為串行設備賦予接入 WiFi/Etherent 網路的功能，或提供 Modbus 串行網路與 Modbus WiFi/Etherent 網路資料互動的網關轉發功能，

3.2 主要功能介紹

Web 網頁配置功能，用戶可以通過訪問網頁配置 ESP-Modbus-DTU 模塊的作業模式和作業引數，
TCP Server 轉 RS485 透傳、TCP client 轉 RS485 透傳，RS485 串行鏈路與 WiFi/Ethernet 網路鏈路資料雙向轉發，
Modbus TCP 轉 RTU，Modbus TCP 轉 ASCII，Modbus 網關功能，實作 Modbus WiFi/Ethernet 網路鏈路與串行鏈路快速組網，
支持 TCP KeepAlive、DHCP、SNTP 等，更多的功能（ Modbus 主站輪詢功能、對接主流云平臺
、資料加密等）還在不斷迭代中，可咨詢商務：

4. 樂鑫 ESP-Modbus-DTU 典型應用場景

ESP-Modbus-DTU 可廣泛使用于智慧工業、智能農場、智能家居等應用場景，以下給出了 ESP-Modbus-DTU 不同作業模式的典型應用，

4.1 透傳模式典型應用

ESP-Modbus-DTU 的資料透傳功能，可實作串行資料與 WiFi IP 資料的雙向轉換，該模式下的典型應用有：

用戶使用透傳模式下的 ESP-Modbus-DTU 模塊，可通過無線網路遠程操作串行鏈路的 Modbus RTU/Modbus ASCII 從機，
用戶可通過使用兩個透傳模式下的 ESP-Modbus-DTU 模塊，使兩個串行設備通過WiFi網路進行通信：

4.2 網關功能典型應用

ESP-Modbus-DTU 支持 Modbus TCP 轉 RTU、Modbus TCP 轉 ASCII，用戶可以通過 ESP-Modbus-DTU 模塊，將 Modbus RTU 設備、Modbus ASCII 設備接入Modbus TCP 網路，實作WiFi、以太網、串行鏈路的無縫銜接，典型的應用場景：