協(xié)議，簡單來講，是通信雙方共同遵循的規(guī)范。在單片機之間以及單片機與上位機通信時，需要規(guī)定不同內(nèi)容規(guī)范，雙方都遵守這個規(guī)范，才能實現(xiàn)有效通信。通信協(xié)議種類繁多，以適應(yīng)不同設(shè)備和通信要求，像常見的WlC、SPI、UART串口通信協(xié)議等。Modbus作為一種串行通信協(xié)議，在工業(yè)自動化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。它有多種變體，包括Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus TCP等，下面將詳細(xì)分析它們之間的區(qū)別。

傳輸介質(zhì)

Modbus RTU

Modbus RTU通常借助RS - 232、RS - 485或光纖等作為傳輸介質(zhì)。RS - 232傳輸距離相對較短，一般在幾十米范圍內(nèi)；RS - 485傳輸距離稍長，可達(dá)幾公里；光纖傳輸距離則更遠(yuǎn)，但成本相對較高。整體而言，Modbus RTU傳輸距離有限，適用于短距離的設(shè)備通信場景。

Modbus ASCII

Modbus ASCII與Modbus RTU類似，同樣采用串行通信方式。其傳輸距離也較短，和Modbus RTU在傳輸距離方面的表現(xiàn)相近，主要應(yīng)用于對傳輸距離要求不高的工業(yè)場景。

Modbus TCP

Modbus TCP基于TCP/IP協(xié)議棧，使用以太網(wǎng)物理層作為通信媒介。以太網(wǎng)具有廣泛的覆蓋范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的通信，傳輸距離遠(yuǎn)超Modbus RTU和Modbus ASCII，適用于大規(guī)模、遠(yuǎn)距離的設(shè)備通信需求。

數(shù)據(jù)傳輸速度與效率對比

Modbus RTU和Modbus ASCII

這兩種協(xié)議采用串行通信方式，數(shù)據(jù)是一位一位依次傳輸?shù)摹＿@種傳輸方式?jīng)Q定了其數(shù)據(jù)傳輸速度相對較慢，不過在低速、低帶寬的通信環(huán)境中，它們能夠穩(wěn)定地工作，滿足一些對數(shù)據(jù)傳輸速度要求不高的工業(yè)自動化和過程控制場景需求，如一些簡單的傳感器與控制器之間的通信。

Modbus TCP

基于以太網(wǎng)通信的Modbus TCP，以太網(wǎng)本身具有較高的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。它能夠同時傳輸大量數(shù)據(jù)，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速度和效率，非常適合高速、高帶寬的通信環(huán)境，例如在樓宇自動化系統(tǒng)中，需要實時傳輸大量設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)和控制指令，Modbus TCP就能很好地滿足這一需求。

應(yīng)用領(lǐng)域區(qū)分

Modbus RTU和Modbus ASCII

主要應(yīng)用于工業(yè)自動化和過程控制領(lǐng)域。在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC（可編程邏輯控制器）、傳感器、執(zhí)行器等設(shè)備之間需要進(jìn)行頻繁的通信和數(shù)據(jù)交換。Modbus RTU和Modbus ASCII憑借其穩(wěn)定性和可靠性，成為這些設(shè)備之間通信的常用協(xié)議，確保生產(chǎn)過程的自動化控制能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地運行。

Modbus TCP

廣泛應(yīng)用于樓宇自動化、能源管理、智能家居等領(lǐng)域。在樓宇自動化中，需要實現(xiàn)不同樓層、不同區(qū)域的設(shè)備集成和統(tǒng)一管理，Modbus TCP的跨網(wǎng)絡(luò)、跨平臺通信能力使其成為理想選擇；在能源管理領(lǐng)域，它可以實現(xiàn)對各種能源設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集；在智能家居中，能讓各種智能設(shè)備實現(xiàn)互聯(lián)互通，為用戶提供便捷的生活體驗。

錯誤處理與校驗機制不同

Modbus RTU和Modbus ASCII

通常采用CRC校驗和其他校驗機制來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。CRC校驗通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行特定的計算，生成校驗碼，接收方收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行同樣的計算，如果校驗碼一致，則認(rèn)為數(shù)據(jù)傳輸正確，否則要求重新傳輸。這種校驗機制在一定程度上保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕趶?fù)雜的通信環(huán)境中，可能無法完全避免數(shù)據(jù)錯誤。

Modbus TCP

基于TCP/IP協(xié)議棧，具有更完善的錯誤處理和校驗機制。TCP協(xié)議本身具有可靠傳輸機制，會對數(shù)據(jù)進(jìn)行編號和確認(rèn)，如果數(shù)據(jù)在傳輸過程中丟失或損壞，會觸發(fā)數(shù)據(jù)包重傳機制，確保數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確無誤地到達(dá)接收方。這種機制大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕m用于對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性要求極高的應(yīng)用場景。

Modbus空閑時間計算

Modbus RTU

空閑時間指在沒有數(shù)據(jù)傳輸時通信線路上的靜默時間。在Modbus RTU中，空閑時間計算基于字符周期。協(xié)議規(guī)定，一幀報文開始前和結(jié)束后，都必須有大于3.5個字符周期的空閑時間，用于標(biāo)識報文的開始和結(jié)束，防止粘包。字符周期時間取決于通信波特率，例如波特率為9600bps時，傳輸一個字節(jié)約1毫秒（8/9600即1/1200秒），3.5個字符周期的空閑時間大概3 - 4毫秒，所以當(dāng)波特率為9600bps時，傳輸空閑時間應(yīng)為6 - 8毫秒（包含上一信息幀結(jié)束和本信息幀開始的空閑時間）才能開始新信息幀。

Modbus ASCII

Modbus ASCII空閑時間計算與Modbus RTU類似，也是基于字符周期。不過，Modbus ASCII在幀開始和結(jié)束有明確的開始字符和結(jié)束字符（CR LF），空閑時間計算會考慮這些特殊字符位置，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和完整性。

Modbus TCP

Modbus TCP的空閑時間計算更復(fù)雜，涉及網(wǎng)絡(luò)層通信機制。在TCP/IP協(xié)議棧中，空閑時間受網(wǎng)絡(luò)擁塞、路由器延遲等多種因素影響，不是固定值，會根據(jù)實際網(wǎng)絡(luò)條件動態(tài)變化，這使得其空閑時間管理更具挑戰(zhàn)性。

Modbus協(xié)議不同變體在多方面存在差異，用戶應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場景和需求，如傳輸距離、速度、應(yīng)用領(lǐng)域、錯誤處理要求等，選擇合適的協(xié)議，以實現(xiàn)高效、可靠的設(shè)備通信。