node-red实现ModBus-RTU 通信协议（RS485信号输出）的数据交互

  本文参考《86 壳液晶温湿度变送器使用说明书（485 型）》，介绍基于485型 - 温湿度变表，通过node-red对数据进行读写的操作。

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一、介绍

  该变送器带有液晶显示，实时显示温湿度，背部免螺丝端子接线，可安装在标准86mm接线盒上。设备采用标准ModBus-RTU 通信协议，RS485信号输出，通信距离最大可达2000米（实测）。探头内置型、外延型可选，广泛适用于通讯机房、仓库楼宇以及自控等需要温湿度监测的场所。

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二、 通讯协议

2.1 通讯基本参数

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2.2 数据帧格式定义

采用 ModBus-RTU 通讯规约，格式如下：

• 初始结构 ≥4 字节的时间
• 地址码 = 1 字节
• 功能码 = 1 字节
• 数据区 = N 字节
• 错误校验 = 16 位 CRC 码
• 结束结构 ≥4 字节的时间
• 地址码：为变送器的地址，在通讯网络中是唯一的（出厂默认 0x01）。
• 功能码：主机所发指令功能指示。
• 数据区：数据区是具体通讯数据，注意 16bits 数据高字节在前！
• CRC 码：二字节的校验码。
  

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2.3 寄存器地址

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2.4 通讯协议示例以及解释

1. 温度计算：
   当温度低于 0 ℃ 时温度数据以补码的形式上传。
   温度：FF9B H(十六进制)= -101 => 温度 = -10.1℃
2. 湿度计算：
   湿度：292 H (十六进制)= 658 => 湿度 = 65.8%RH
   
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三、 node-red实现数据交互

3.1 node-red读取数据

  根据第二章节对设备问询帧地址的定义，模拟读取如下配置信息的设备数据：

注意：这里地址码变了，我读的是地址码（devID）为40的设备地址数据，示例中读取的是地址码（devID）为1的数据，其他的设置是一样的

项	说明	十进制	十六进制
设备地址	DevID	40	0x28
功能码	读	3	0x03
数据起始地址	address	0	0x00 0x00
数据长度	len	2	0x00 0x02
检验码	crc	2	0xC3 0xF2

  CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验）是一种数据校验方式，主要用于判断数据传输过程中数据是否发生改变、传输是否出错，并在传输时保证数据完整性。上位机须按照MODBUS协议的命令格式发送数据（包括计算的CRC值），从机才能正确辨识数据。若无CRC值，从机将返回含有错误号的应答包，不会得到正确结果。标准的做法，发送前计算CRC值并一起发送，接收后也计算CRC值并与接收的校验码对比是否相等，以辨别数据是否准确。CRC校验码的计算，参考链接：modbus rtu协议的CRC（循环冗余校验）在线计算

计算CRC为：F2 C3 ，高位在左，低位在右，交换得到数据为：0xC3, 0xF2

• 通过node-red进行读取操作如下：

1. 编辑命令：
   msg.payload = Buffer.from([0x28, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x02, 0xC3, 0xF2]);
2. 向串口发送问询帧命令
   
3. 设备返回数据，格式如下：
   
4. 收到应答帧如下：

msg.payload = [0x28,0x03,0x04,0x01,0x3d,0x00,0xb8,0xd2,0xb3]

根据如下应答帧格式：

这里返回的数据为：
湿度值：0x01 0x3d -> 013dH -> 转换为10进制：11616+316+131 = 317
温度值：0x00,0xb8 -> 00b8H -> 转换为10进制：0+0+11×16+8×1 = 184

5. 根据2.4节说明书中定义的温湿度计算方法，进行转换计算如下：

• 当温度低于 0 ℃ 时温度数据以补码的形式上传，即温度是带符号的，需要进行处理

/** 有符号整数补码转换转成16位有符号整数：
 * 如-80的补码为65456，读取出来是65456，需要通过该函数转换成-80
 */
function Signed16ToInt16Be(num){
    //32767是16位带符号证书能表示的最大正数，当数值从32767再增加1时，就会上溢变成负数。
    //即mod通信中所有的负数都是用补码形式存储（如‘-80’实际读\写出来是‘65456’）
    //需要检测是否发生了从正数到负数的转换，即是否发生了上溢或下溢,如果有，进行转换
    return num >= 32768 ? num - 65536 : num;
}

• 温湿度都需要进行分辨率处理，即最终数据为：值*0.1
  最终得到：
  • 湿度值：0x01 0x3d -> 013dH -> 转换为10进制：11616+316+131 = 317 * 0.1 = 31.7%RH
  • 温度值：0x00,0xb8 -> 00b8H -> 转换为10进制：0+0+11×16+8×1 = 184 = 18.4 ℃

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