合宙Air780EHV模组RS485设计指南：电平匹配、TVS防护与Modbus开发实战

合宙 Air780EHV 系列模组 集成 4G 通信与音频功能（语音通话/录音/TTS），配备 LCD 屏、摄像头、RS485、CAN、以太网等丰富外设接口，支持 TCP/UDP、MQTT、HTTP、Modbus 等主流网络协议，为工业物联网和智能终端提供一站式解决方案。
今天来聊聊工业通信中非常经典的485总线，梳理一下硬件设计中需要注意的细节，并简要介绍其“搭档”—— Modbus协议在LuatOS开发中的应用。

一、 485总线接口与UART的关系

485总线接口本质上是UART总线接口的一种应用，需要搭配485收发器芯片实现。

下图为典型的参考设计：

二、电平匹配问题

在UART与485收发器芯片的搭配中，最常见需要注意的一个问题是电平匹配。

• 由于上一章节参考设计中Air780EHV和SP3485都是3.3V的IO电平，所以不再需要分立元器件电平转换电路或电平转换芯片。

• 当双方电平不一致时，则需要分立元器件电平转换电路或电平转换芯片。

常见的分立元器件电平转换电路如下：

三、485总线接口的TVS防护

工业现场环境复杂，485总线经常面临静电、浪涌等威胁，因此接口保护必不可少。

485接口用TVS，常用的型号有SM712系列，如果防护等级要求较高，也可以选择如下推荐的型号。

• ESD等级防护：适用于一般静电防护场景。推荐型号：应能微ASM712

• TVS等级防护：具备2KV 1.2/50uS浪涌能力。推荐型号：应能微SMBJ7.0CAW

• TSS等级防护：具备4KV 10/700uS浪涌能力。推荐型号：应能微P0080SA

四、Modbus通信协议

与485总线接口强相关的通信协议是Modbus。此前我们发布过一版LuatOS的modbus核心库，但使用难度较高。为此，我们特别设计了exmodbus扩展库——在核心库的基础上封装了更简洁易用的API，大大降低了开发难度，让开发者可以快速集成Modbus通信。

exmodbus最新API文档详见合宙资料中心

核心示例持续更新中，敬请关注！

`PROJECT = "RTU_MASTER"
VERSION = "001.000.000"

-- 在日志中打印项目名和项目版本号
log.info("main", PROJECT, VERSION)

local exmodbus = require("exmodbus")

-- 使用 Air8000 开发板测试打开这两个
gpio.setup(16, 1) -- RS485 芯片供电引脚
local rs485_dir_gpio = 17 -- RS485 方向引脚

-- 使用 Air780EPM 开发板测试打开这三个；
-- gpio.setup(1, 1) -- Air780EPM RS485 芯片供电引脚
-- gpio.setup(23, 1) -- Air780EPM vref 脚拉高
-- local rs485_dir_gpio = 24 -- Air780EPM RS485 方向引脚（V1.2 是 25，V1.3 是 24）

-- 创建 RTU 主站配置参数；
-- 说明：创建 RTU 主站时只需要配置如下参数即可；
local create_config = {
-- 串口配置参数；
mode = exmodbus.RTU_MASTER, -- 通信模式
uart_id = 1, -- UART 端口号
baud_rate = 115200, -- 波特率
data_bits = 8, -- 数据位
stop_bits = 1, -- 停止位
parity_bits = uart.None, -- 校验位
byte_order = uart.LSB, -- 字节顺序
rs485_dir_gpio = rs485_dir_gpio, -- RS485 方向引脚
rs485_dir_rx_level = 0, -- RS485 接收方向电平
}

-- 初始化从站 1 数据结构
-- 用于记录从站 1 保持寄存器 0-1 的值；
local slave1_data = {}

-- 配置读取从站 1 保持寄存器 0-1 的值；
local read_config = {
raw_request = string.char(
0x01, -- 从站地址
0x03, -- 功能码：读取保持寄存器
0x00, 0x00, -- 寄存器起始地址
0x00, 0x02, -- 寄存器数量
0xC4, 0x0B -- CRC16校验码
),
timeout = 1000 -- 超时时间 1000 ms
}

-- 创建 RTU 主站实例
local rtu_master = exmodbus.create(create_config)

-- 判断主站是否创建成功并记录日志
if not rtu_master then
log.info("exmodbus_test", "rtu_master 创建失败")
else
log.info("exmodbus_test", "rtu_master 创建成功")
end

-- 读取从站 1 保持寄存器数据的函数
local function read_slave1_holding_registers()
log.info("exmodbus_test", "开始读取从站 1 保持寄存器 0-1 的值")

-- 定时任务函数：每 2 秒调用一次读取函数
local function task()
while true do
if rtu_master then
-- 每 2 秒调用一次读取函数
read_slave1_holding_registers()
else
log.info("exmodbus_test", "rtu_master 未创建，无法执行 read_slave1_holding_registers()")
end
sys.wait(2000)
end
end

-- 初始化任务
sys.taskInit(task)

-- 用户代码已结束---------------------------------------------
-- 结尾总是这一句
sys.run()
-- sys.run()之后后面不要加任何语句!!!!!`

今天就分享到这了，想要了解更多内容请关注合宙资料中心
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