当RS485隔离遇见FreeModbus，你碰到问题了吗

摘要： 基于RS485物理接口的Modbus总线在工业控制中广泛应用。Freemodbus是一个免费的实用的协议栈，孔丙火（微信公众号：孔丙火）用它实现了一个从站。串口收发信号和RS485芯片的收发使能信号采用光耦进行了隔离，在测试过程发现了偶尔出现TimeOut的问题，经过查找及分析，发现是光耦信号延时导致的，给出了解决方案，并对问题进行了详细分析。

关键词：RS485 隔离 Freemodbus 光耦 时序

1.问题来源

工业应用中，在进行RS485电路设计的时候，为了确保电气安全和抗干扰性，经常会做信号隔离，光耦隔离是常用的一种形式。Modbus协议是现场总线协议中比较常见的一种，其设计和使用简单，运行可靠，在可编程控制器、仪器仪表、传感器中使用广泛，其中，基于RS485物理接口的Modbus总线使用最多。Modbus是主从式的通信结构，一个系统中仅有一个主站，其他为从站。Freemodbus是一个免费的协议栈，仅支持从站。Freemodbus有专门的机构在维护，比较成熟，相对于自己编写的协议代码，运行更稳定，是开发者在研发时的常用选项。

近来，孔丙火（微信公众号：孔丙火）在设计一个基于Modbus-RTU接口的信号采集站，作为从站，把采集到的信号传输给PLC等主站设备。单片机采用STM32F103C8T6，RS485芯片：SP485EEN，接收和发送的隔离采用光耦PC410，485收发使能信号的隔离采用光耦EL357NB。RS485部分的原理图如图1所示。

图1

程序设计中，采用Freemodbus协议栈实现Modbus-RTU协议，串口速率为115200bps，数据位8位，停止位1位，无校验。

在使用Modbus主站软件（Modbus Poll）进行调试的过程中，孔丙火（微信公众号：孔丙火）发现通信过程中会出现TimeOut的错误，有以下几个特点：

a）并不是每一帧都会出错，但会不定时地出现；

b）主站询从站的频率越高，出错的几率越低，主站每30ms询一帧数据的时候基本不出错，但每500ms或1000ms询一次的时候，就会比较明显地出错。

2.查找过程

由于硬件电路是之前使用过的，刚开始并没有考虑是电路的问题。首先是从软件开始查找的。由于能够正常的回复数据，只是偶尔出错，因此软件的整体流程应该是通的，只是某个代码的细节有问题，孔丙火（微信公众号：孔丙火）把代码整个重新捋了一遍，也没有发现明显的问题。

后来，开始逐步排查，先把RS485部分的电路短接掉，用USB-TTL转换器直接连接单片机的串口收发管脚，进行收发数据的测试，结果一切都正常，无论主站的询问数据周期是多少，都不会出错。于是开始怀疑跟485相关的代码。