diff --git a/Core/Inc/modbus_rtu_master.h b/Core/Inc/modbus_rtu_master.h index 669724f..50035c4 100644 --- a/Core/Inc/modbus_rtu_master.h +++ b/Core/Inc/modbus_rtu_master.h @@ -1,3 +1,20 @@ +/** + ****************************************************************************** + * @file modbus_rtu_master.h + * @brief Modbus RTU Master 模块头文件 + * @note 本模块通过 RS485 (UART3) 以 Modbus RTU 协议轮询 Noris AMS 从站设备， + * 读取寄存器 41161 (偏移地址 1160) 中的报警状态， + * 提取 Bit4-7 (火灾/水密门/舱底水/气体检测) 映射为紧凑报警字节。 + * + * 报警状态供 main.c 中的两种上报机制使用： + * 1. 变化通知 (Type 0x10): 报警状态变化时，通过 PROTO_TYPE_IO 上报， + * 格式与原 DI 变化通知完全一致，上位机代码无需修改。 + * 2. 心跳包 (Type 0xAA): 每 30 秒定时上报当前报警状态。 + * + * @version 1.1 + ****************************************************************************** + */ + #ifndef __MODBUS_RTU_MASTER_H #define __MODBUS_RTU_MASTER_H @@ -7,24 +24,116 @@ extern "C" { #include "stm32f1xx_hal.h" +/* ================================================================ + * Modbus RTU 通信参数配置 + * 修改以下宏定义可适配不同的从站设备和通信需求 + * ================================================================ */ + +/** 从站设备地址 (Noris AMS 默认地址 = 1) */ #define MODBUS_RTU_SLAVE_ADDR 1 + +/** 目标寄存器偏移地址 (1160 对应 Noris 协议中的寄存器 41161) */ #define MODBUS_RTU_TARGET_REG 1160 + +/** 单次读取的寄存器数量 (当前只读取 1 个报警寄存器) */ #define MODBUS_RTU_REG_QTY 1 + +/** 轮询间隔 (毫秒)，每隔此时间发送一次 Read Holding Registers 请求 */ #define MODBUS_RTU_POLL_INTERVAL 1000 + +/** 响应超时 (毫秒)，发送请求后等待从站响应的最长时间，超时则丢弃本次轮询 */ #define MODBUS_RTU_RESP_TIMEOUT 500 + +/** 帧内字符间隔超时 (毫秒)，接收过程中两个相邻字节的最大间隔时间， + * 超过此时间认为一帧数据接收完成 */ #define MODBUS_RTU_INTER_CHAR_TIMEOUT 10 + +/** 发送回波屏蔽时间 (毫秒)，UART3 发送后屏蔽自身回波的时间窗口， + * 防止将自身发送的数据误判为从站响应 */ #define MODBUS_RTU_TX_ECHO_MARGIN 10 +/* ================================================================ + * Noris AMS 报警位提取宏 + * 从 16 位寄存器值中提取各个报警标志位 + * + * 寄存器 41161 的位布局: + * Bit4: 火灾综合报警 (Fire) + * Bit5: 水密门综合报警 (Door) + * Bit6: 舱底水综合报警 (Bilge) + * Bit7: 气体检测综合报警 (Gas) + * + * 提取后映射到紧凑报警字节: + * Bit0 ← Bit4 (火灾) + * Bit1 ← Bit5 (水密门) + * Bit2 ← Bit6 (舱底水) + * Bit3 ← Bit7 (气体检测) + * ================================================================ */ + +/** 提取火灾综合报警 (寄存器 Bit4) */ #define NORIS_FIRE_ALARM(reg) (((reg) >> 4) & 0x01) + +/** 提取水密门综合报警 (寄存器 Bit5) */ #define NORIS_DOOR_ALARM(reg) (((reg) >> 5) & 0x01) + +/** 提取舱底水综合报警 (寄存器 Bit6) */ #define NORIS_BILGE_ALARM(reg) (((reg) >> 6) & 0x01) + +/** 提取气体检测综合报警 (寄存器 Bit7) */ #define NORIS_GAS_ALARM(reg) (((reg) >> 7) & 0x01) +/* ================================================================ + * 接收缓冲区配置 + * ================================================================ */ + +/** Modbus RTU 接收缓冲区最大长度 (字节)， + * 正常响应帧为 7 字节，64 字节足够容纳各种响应 */ #define MODBUS_RTU_MAX_RX_BUF 64 +/* ================================================================ + * 公共函数接口 + * ================================================================ */ + +/** + * @brief Modbus RTU Master 模块初始化 + * @note 在系统启动时调用，将状态机重置为 IDLE 状态， + * 清空接收缓冲区和报警状态变量 + * @retval 无 + */ void ModbusRTU_Master_Init(void); + +/** + * @brief Modbus RTU Master 主任务函数 + * @note 在主循环中周期性调用，实现状态机驱动的轮询逻辑: + * IDLE → WAIT_POLL → WAIT_RESPONSE → PROCESS → IDLE + * + * 状态说明: + * - IDLE: 等待轮询间隔到达 (1000ms) + * - WAIT_POLL: 发送 Modbus RTU 请求帧 + * - WAIT_RESPONSE: 等待从站响应或超时 + * - PROCESS: 解析响应帧，提取寄存器值和报警位 + * + * @retval 无 + */ void ModbusRTU_Master_Task(void); + +/** + * @brief 向 Modbus RTU 接收缓冲区送入一个字节 + * @note 在 UART3 接收中断回调中调用 (HAL_UART_RxCpltCallback)， + * 仅在 WAIT_RESPONSE 状态且不在回波屏蔽期内才接收数据 + * @param byte: 从 UART3 接收到的原始字节 + * @retval 无 + */ void ModbusRTU_FeedRxByte(uint8_t byte); + +/** + * @brief 获取当前 Modbus RTU 报警状态 + * @note 返回紧凑报警字节，位定义如下: + * Bit0: 火灾报警 + * Bit1: 水密门报警 + * Bit2: 舱底水报警 + * Bit3: 气体检测报警 + * @retval 报警状态字节 (uint8_t) + */ uint8_t ModbusRTU_GetAlarmState(void); #ifdef __cplusplus diff --git a/Core/Src/main.c b/Core/Src/main.c index e34123b..416f9c1 100644 --- a/Core/Src/main.c +++ b/Core/Src/main.c @@ -92,7 +92,7 @@ static volatile uint32_t u1_last_rx_time = 0; /* === 协议处理全局变量 === */ static uint16_t g_hb_seq = 0; /* 心跳序列号 */ static uint32_t g_last_hb_tick = 0; /* 上次心跳时间 */ -static uint8_t g_last_io_state = 0xFF; /* 上次记录的 IO 状态，用于变化检测 */ +static uint8_t g_last_alarm_state = 0xFF; /* 上次 Modbus RTU 报警状态，用于变化检测 */ /* === W5500 外部变量声明 === */ #if USE_W5500 @@ -169,7 +169,9 @@ uint8_t IO_Get_Current_State(void) /* W5500 variables */ #if USE_W5500 #define SOCKET_ID 0 +#ifndef ETHERNET_BUF_MAX_SIZE #define ETHERNET_BUF_MAX_SIZE 2048 +#endif static uint8_t ethernet_buf[ETHERNET_BUF_MAX_SIZE] = {0}; static uint16_t local_port = 8000; #endif @@ -356,16 +358,17 @@ int main(void) ModbusRTU_Master_Task(); #endif - // (B) I/O 状态监控与变化上报 (Type 0x10) - #if USE_IO_MONITOR - IO_Monitor_Task(); // 执行去抖扫描 - uint8_t current_io = IO_Monitor_GetAllStates(); - if (current_io != g_last_io_state) { - if (g_last_io_state == 0xFF) { - g_last_io_state = current_io; - } else { - g_last_io_state = current_io; - RF433_SendPacket(PROTO_TYPE_IO, ¤t_io, 1); + // (B) Modbus RTU 报警状态变化上报 (Type 0x10，与原 DI 格式兼容) + #if USE_RS485 + { + uint8_t alarm_state = ModbusRTU_GetAlarmState(); + if (alarm_state != g_last_alarm_state) { + if (g_last_alarm_state != 0xFF) { + g_last_alarm_state = alarm_state; + RF433_SendPacket(PROTO_TYPE_IO, &alarm_state, 1); + } else { + g_last_alarm_state = alarm_state; + } } } #endif @@ -373,19 +376,9 @@ int main(void) #if HEARTBEAT_PACKET // (C) 30秒系统心跳包 (Type 0xAA) - #if USE_IO_MONITOR if (HAL_GetTick() - g_last_hb_tick >= 30000) { g_last_hb_tick = HAL_GetTick(); - uint8_t hb_payload[8]; - uint8_t io_state = IO_Monitor_GetAllStates(); - - #if USE_W5500 - uint8_t phy_link_status; - ctlwizchip(CW_GET_PHYLINK, (void *)&phy_link_status); - if (phy_link_status == PHY_LINK_ON) { - io_state |= 0x80; - } - #endif + uint8_t hb_payload[7]; hb_payload[0] = (uint8_t)(g_hb_seq >> 8); hb_payload[1] = (uint8_t)(g_hb_seq & 0xFF); @@ -393,7 +386,7 @@ int main(void) hb_payload[2] = (uint8_t)(XTELL_FIRMWARE_CODE >> 8); hb_payload[3] = (uint8_t)(XTELL_FIRMWARE_CODE & 0xFF); - hb_payload[4] = io_state; + hb_payload[4] = ModbusRTU_GetAlarmState(); uint16_t modbus_val = 0xFFFF; #if USE_W5500 @@ -401,7 +394,6 @@ int main(void) #endif hb_payload[5] = (uint8_t)(modbus_val >> 8); hb_payload[6] = (uint8_t)(modbus_val & 0xFF); - hb_payload[7] = ModbusRTU_GetAlarmState(); g_hb_seq++; @@ -409,8 +401,6 @@ int main(void) } #endif - #endif - #if USE_W5500 ModbusTCP_Client_Task(); diff --git a/Core/Src/modbus_rtu_master.c b/Core/Src/modbus_rtu_master.c index d73a166..0450580 100644 --- a/Core/Src/modbus_rtu_master.c +++ b/Core/Src/modbus_rtu_master.c @@ -1,8 +1,34 @@ +/** + ****************************************************************************** + * @file modbus_rtu_master.c + * @brief Modbus RTU Master 模块实现 + * @note 本模块通过 RS485 (UART3) 以 Modbus RTU 协议轮询 Noris AMS 从站， + * 读取寄存器 41161 中的报警状态位，并提取为紧凑报警字节。 + * + * 工作原理: + * 1. 每 1000ms 发送一次 Read Holding Registers (FC=0x03) 请求 + * 2. 等待从站响应，支持帧内字符超时检测和响应总超时 + * 3. 解析响应帧并进行 CRC16 校验 + * 4. 从寄存器值中提取 Bit4-7 的报警位，映射为紧凑报警字节 + * 5. 报警状态由 main.c 负责上报 (变化通知 + 心跳包) + * + * 状态机流转: + * IDLE → WAIT_POLL → WAIT_RESPONSE → PROCESS → IDLE + * + * @version 1.1 + ****************************************************************************** + */ + #include "modbus_rtu_master.h" #include "usart.h" #include "main.h" #include +/* ================================================================ + * CRC16-Modbus 查找表 (256 项) + * 多项式: 0xA001 (反转形式)，初始值: 0xFFFF + * 用于 Modbus RTU 帧的 CRC 校验计算，采用查表法加速运算 + * ================================================================ */ static const uint16_t crc16_table[256] = { 0x0000, 0xC0C1, 0xC181, 0x0140, 0xC301, 0x03C0, 0x0280, 0xC241, 0xC601, 0x06C0, 0x0780, 0xC741, 0x0500, 0xC5C1, 0xC481, 0x0440, @@ -38,6 +64,18 @@ static const uint16_t crc16_table[256] = { 0x8201, 0x42C0, 0x4380, 0x8341, 0x4100, 0x81C1, 0x8081, 0x4040 }; +/* ================================================================ + * 状态机枚举定义 + * Modbus RTU Master 使用四状态状态机驱动轮询过程 + * ================================================================ */ + +/** + * @brief Modbus RTU 轮询状态机状态枚举 + * - MB_STATE_IDLE: 空闲状态，等待轮询间隔到达 + * - MB_STATE_WAIT_POLL: 准备发送，立即发送请求帧 + * - MB_STATE_WAIT_RESPONSE: 已发送请求，等待从站响应 + * - MB_STATE_PROCESS: 帧接收完成，解析响应数据 + */ typedef enum { MB_STATE_IDLE, MB_STATE_WAIT_POLL, @@ -45,19 +83,52 @@ typedef enum { MB_STATE_PROCESS } mb_state_t; +/* ================================================================ + * 模块内部静态变量 + * ================================================================ */ + +/** 当前状态机状态 */ static mb_state_t mb_state = MB_STATE_IDLE; + +/** 当前状态的进入时刻 (用于超时判断) */ static uint32_t mb_state_tick = 0; + +/** 上一次轮询的时刻 (用于计算轮询间隔) */ static uint32_t mb_last_poll_tick = 0; + +/** 回波屏蔽截止时间 (发送后忽略自身回波的时间点) */ static uint32_t ignore_echo_until = 0; +/** 接收缓冲区: 存储从站响应的原始字节 */ static uint8_t mb_rx_buf[MODBUS_RTU_MAX_RX_BUF]; + +/** 接收缓冲区当前写入索引 */ static uint8_t mb_rx_idx = 0; + +/** 最后一次接收到字节的时刻 (用于帧间超时判断) */ static uint32_t mb_rx_last_byte_tick = 0; +/** 当前报警状态字节 (紧凑格式，Bit0-3 对应 4 种报警) */ static uint8_t mb_alarm_state = 0; + +/** 上一次报警状态 (用于变化检测，初始值 0xFF 表示首次轮询) */ static uint8_t mb_alarm_last = 0xFF; + +/** 最近一次成功读取的寄存器原始值 (16-bit，大端序解析) */ static uint16_t mb_reg_val = 0; +/* ================================================================ + * 内部静态函数实现 + * ================================================================ */ + +/** + * @brief 计算 Modbus CRC16 校验值 + * @note 采用查表法，多项式 0xA001，初始值 0xFFFF + * CRC16-Modbus 算法: 低字节在前 (Little-Endian) + * @param data: 待计算的数据缓冲区指针 + * @param len: 数据长度 (字节) + * @retval CRC16 校验值 + */ static uint16_t modbus_crc16(const uint8_t *data, uint16_t len) { uint16_t crc = 0xFFFF; @@ -67,6 +138,16 @@ static uint16_t modbus_crc16(const uint8_t *data, uint16_t len) return crc; } +/** + * @brief 从 16 位寄存器值中提取报警位，映射为紧凑报警字节 + * @note 映射关系: + * 寄存器 Bit4 → 报警字节 Bit0 (火灾) + * 寄存器 Bit5 → 报警字节 Bit1 (水密门) + * 寄存器 Bit6 → 报警字节 Bit2 (舱底水) + * 寄存器 Bit7 → 报警字节 Bit3 (气体检测) + * @param reg: 16 位寄存器原始值 + * @retval 紧凑报警字节 (Bit0-3 有效) + */ static uint8_t extract_alarm_bits(uint16_t reg) { uint8_t alarm = 0; @@ -77,47 +158,92 @@ static uint8_t extract_alarm_bits(uint16_t reg) return alarm; } +/** + * @brief 构造并发送 Modbus RTU Read Holding Registers 请求帧 + * @note 帧格式: [从站地址][FC=0x03][起始地址H][起始地址L][数量H][数量L][CRC_L][CRC_H] + * 发送完成后设置回波屏蔽窗口，并清空接收缓冲区 + * @retval 无 + */ static void send_modbus_request(void) { uint8_t tx[8]; - tx[0] = MODBUS_RTU_SLAVE_ADDR; - tx[1] = 0x03; - tx[2] = (uint8_t)(MODBUS_RTU_TARGET_REG >> 8); - tx[3] = (uint8_t)(MODBUS_RTU_TARGET_REG & 0xFF); - tx[4] = (uint8_t)(MODBUS_RTU_REG_QTY >> 8); - tx[5] = (uint8_t)(MODBUS_RTU_REG_QTY & 0xFF); - uint16_t crc = modbus_crc16(tx, 6); - tx[6] = (uint8_t)(crc & 0xFF); - tx[7] = (uint8_t)(crc >> 8); + /* 构造请求帧 PDU */ + tx[0] = MODBUS_RTU_SLAVE_ADDR; /* 从站地址 */ + tx[1] = 0x03; /* 功能码: Read Holding Registers */ + tx[2] = (uint8_t)(MODBUS_RTU_TARGET_REG >> 8); /* 寄存器起始地址高字节 */ + tx[3] = (uint8_t)(MODBUS_RTU_TARGET_REG & 0xFF); /* 寄存器起始地址低字节 */ + tx[4] = (uint8_t)(MODBUS_RTU_REG_QTY >> 8); /* 读取数量高字节 */ + tx[5] = (uint8_t)(MODBUS_RTU_REG_QTY & 0xFF); /* 读取数量低字节 */ + + /* 计算并附加 CRC16 (低字节在前) */ + uint16_t crc = modbus_crc16(tx, 6); + tx[6] = (uint8_t)(crc & 0xFF); /* CRC 低字节 */ + tx[7] = (uint8_t)(crc >> 8); /* CRC 高字节 */ + + /* 设置回波屏蔽窗口: 发送后 MODBUS_RTU_TX_ECHO_MARGIN 毫秒内忽略接收数据 */ ignore_echo_until = HAL_GetTick() + MODBUS_RTU_TX_ECHO_MARGIN; + + /* 清空接收缓冲区，准备接收新响应 */ mb_rx_idx = 0; + /* 通过 UART3 (RS485) 阻塞发送请求帧 */ HAL_UART_Transmit(&huart3, tx, 8, HAL_MAX_DELAY); } +/** + * @brief 解析 Modbus RTU 响应帧 + * @note 校验流程: + * 1. 最小帧长度检查 (≥5 字节: 地址 + FC + 字节数 + CRC×2) + * 2. 从站地址匹配检查 + * 3. 功能码检查 (FC=0x03 为正常响应，FC=0x83 为异常响应，静默丢弃) + * 4. 数据字节数与期望值匹配检查 + * 5. 实际帧长度与期望长度匹配检查 + * 6. CRC16 校验 + * 7. 提取寄存器值 (大端序) + * @retval true: 解析成功，mb_reg_val 已更新 + * false: 解析失败 (帧不完整/地址不匹配/CRC错误等) + */ static bool parse_modbus_response(void) { + /* 检查最小帧长度: 地址(1) + FC(1) + 字节数(1) + CRC(2) = 5 */ if (mb_rx_idx < 5) return false; + /* 检查从站地址是否匹配 */ if (mb_rx_buf[0] != MODBUS_RTU_SLAVE_ADDR) return false; + + /* 检查功能码是否为 0x03 (正常响应); 0x83 为异常响应，静默丢弃 */ if (mb_rx_buf[1] != 0x03) return false; + /* 检查数据字节数是否与期望值匹配 (寄存器数量 × 2) */ uint8_t byte_count = mb_rx_buf[2]; if (byte_count != (MODBUS_RTU_REG_QTY * 2)) return false; + /* 计算期望帧总长度: 地址(1) + FC(1) + 字节数(1) + 数据 + CRC(2) */ uint16_t expected_len = 3 + byte_count + 2; if (mb_rx_idx < expected_len) return false; + /* 提取并验证 CRC16 (低字节在前) */ uint16_t crc_received = (uint16_t)mb_rx_buf[expected_len - 2] | ((uint16_t)mb_rx_buf[expected_len - 1] << 8); uint16_t crc_calc = modbus_crc16(mb_rx_buf, expected_len - 2); if (crc_received != crc_calc) return false; + /* 提取寄存器值 (大端序: 高字节在前) */ mb_reg_val = ((uint16_t)mb_rx_buf[3] << 8) | mb_rx_buf[4]; return true; } +/* ================================================================ + * 公共函数实现 + * ================================================================ */ + +/** + * @brief Modbus RTU Master 模块初始化 + * @note 将状态机重置为 IDLE 状态，清空所有缓冲区和状态变量。 + * mb_alarm_last 初始化为 0xFF，使得首次轮询结果不会触发变化通知 + * (main.c 中通过 g_last_alarm_state == 0xFF 判断跳过首次上报) + */ void ModbusRTU_Master_Init(void) { mb_state = MB_STATE_IDLE; @@ -130,9 +256,32 @@ void ModbusRTU_Master_Init(void) ignore_echo_until = 0; } +/** + * @brief Modbus RTU Master 主任务函数 + * @note 在主循环中周期性调用，驱动四状态轮询状态机: + * + * IDLE: 等待轮询间隔 (MODBUS_RTU_POLL_INTERVAL = 1000ms) + * 间隔到达后切换到 WAIT_POLL + * + * WAIT_POLL: 立即发送 Modbus RTU 请求帧 + * 发送完成后切换到 WAIT_RESPONSE + * + * WAIT_RESPONSE: 等待从站响应 + * - 帧内字符超时到达 → 切换到 PROCESS 解析 + * - 响应总超时到达 → 丢弃本次，回到 IDLE + * + * PROCESS: 解析响应帧 + * - 解析成功 → 更新 mb_alarm_state + * - 解析失败 → 静默丢弃 + * 处理完成后回到 IDLE + * + * 报警变化上报由 main.c 负责，本模块仅更新 mb_alarm_state + */ void ModbusRTU_Master_Task(void) { switch (mb_state) { + + /* ---- 空闲状态: 等待轮询间隔到达 ---- */ case MB_STATE_IDLE: if ((int32_t)(HAL_GetTick() - mb_last_poll_tick) >= MODBUS_RTU_POLL_INTERVAL) { mb_last_poll_tick = HAL_GetTick(); @@ -141,54 +290,90 @@ void ModbusRTU_Master_Task(void) } break; + /* ---- 准备发送状态: 构造并发送请求帧 ---- */ case MB_STATE_WAIT_POLL: send_modbus_request(); mb_state = MB_STATE_WAIT_RESPONSE; mb_state_tick = HAL_GetTick(); break; + /* ---- 等待响应状态: 等待从站响应或超时 ---- */ case MB_STATE_WAIT_RESPONSE: + /* 帧内字符超时: 已接收数据且最后一个字节之后超过间隔时间， + * 认为一帧数据接收完成 */ if (mb_rx_idx > 0 && (int32_t)(HAL_GetTick() - mb_rx_last_byte_tick) > MODBUS_RTU_INTER_CHAR_TIMEOUT) { mb_state = MB_STATE_PROCESS; break; } + /* 响应总超时: 自发送请求后超过 MODBUS_RTU_RESP_TIMEOUT 仍未收到完整帧， + * 丢弃本次轮询，回到 IDLE 等待下次 */ if ((int32_t)(HAL_GetTick() - mb_state_tick) > MODBUS_RTU_RESP_TIMEOUT) { mb_state = MB_STATE_IDLE; } break; + /* ---- 处理状态: 解析响应帧，更新报警状态 ---- */ case MB_STATE_PROCESS: if (parse_modbus_response()) { + /* 解析成功: 从寄存器值提取报警位 */ mb_alarm_state = extract_alarm_bits(mb_reg_val); if (mb_alarm_state != mb_alarm_last) { - if (mb_alarm_last != 0xFF) { - extern void RF433_SendPacket(uint8_t type, const uint8_t *payload, uint8_t len); - RF433_SendPacket(PROTO_TYPE_MODBUS_RTU, &mb_alarm_state, 1); - } + /* 报警状态发生变化，更新记录值 */ mb_alarm_last = mb_alarm_state; } } + /* 无论解析成功与否，回到 IDLE 等待下一次轮询 */ mb_state = MB_STATE_IDLE; break; + /* ---- 异常兜底: 未知状态强制回到 IDLE ---- */ default: mb_state = MB_STATE_IDLE; break; } } +/** + * @brief 向 Modbus RTU 接收缓冲区送入一个字节 + * @note 在 UART3 接收中断回调中调用 (HAL_UART_RxCpltCallback → huart3 分支) + * + * 数据过滤逻辑: + * 1. 回波屏蔽: 发送请求后 MODBUS_RTU_TX_ECHO_MARGIN 毫秒内的数据全部丢弃， + * 避免将自身发送的请求帧回波误判为从站响应 + * 2. 状态过滤: 仅在 WAIT_RESPONSE 状态下接收数据， + * 其他状态收到的数据直接丢弃 + * 3. 缓冲区溢出保护: 接收索引超过缓冲区大小时停止写入 + * + * @param byte: 从 UART3 接收到的原始字节 + * @retval 无 + */ void ModbusRTU_FeedRxByte(uint8_t byte) { + /* 屏蔽发送回波 */ if (HAL_GetTick() < ignore_echo_until) return; + /* 仅在等待响应状态下接收 */ if (mb_state != MB_STATE_WAIT_RESPONSE) return; + /* 缓冲区溢出保护 */ if (mb_rx_idx >= MODBUS_RTU_MAX_RX_BUF) return; + /* 存入缓冲区并更新时间戳 */ mb_rx_buf[mb_rx_idx++] = byte; mb_rx_last_byte_tick = HAL_GetTick(); } +/** + * @brief 获取当前 Modbus RTU 报警状态 + * @note 供 main.c 中的以下场景调用: + * 1. 变化通知: 与上次状态比较，变化时通过 PROTO_TYPE_IO (0x10) 上报 + * 2. 心跳包: 每 30 秒将当前报警状态填入心跳 payload + * @retval 紧凑报警字节: + * Bit0 = 火灾报警 (对应寄存器 Bit4) + * Bit1 = 水密门报警 (对应寄存器 Bit5) + * Bit2 = 舱底水报警 (对应寄存器 Bit6) + * Bit3 = 气体检测报警 (对应寄存器 Bit7) + */ uint8_t ModbusRTU_GetAlarmState(void) { return mb_alarm_state; diff --git a/Modbus_RTU报文 b/Modbus_RTU报文 deleted file mode 100644 index 380a1ea..0000000 --- a/Modbus_RTU报文 +++ /dev/null @@ -1,99 +0,0 @@ -Modbus RTU 报文说明 -1. 请求帧（MCU → Noris AMS） -发送示例：01 03 04 88 00 01 C5 D3 -字节偏移 值 含义 -0 01 从站地址 = 1 -1 03 功能码 = Read Holding Registers -2-3 04 88 寄存器起始地址 = 0x0488 = 1160（对应 Noris 41161） -4-5 00 01 读取数量 = 1 个寄存器 -6-7 C5 D3 CRC16-Modbus 校验（低字节在前） -帧长度：8 字节 -发送间隔：每 1000ms 发送一次 -发送方式：HAL_UART_Transmit() 阻塞发送，@19200bps 约 4.2ms -2. 正常响应帧（Noris AMS → MCU） -示例：01 03 02 00 F0 B8 47 -字节偏移 值 含义 -0 01 从站地址 = 1 -1 03 功能码 = 03（正常响应） -2 02 数据字节数 = 2（1个寄存器×2字节） -3-4 00 F0 寄存器值 = 0x00F0（大端序） -5-6 B8 47 CRC16-Modbus 校验 -帧长度：7 字节 -3. 寄存器值 → 报警映射 -寄存器 41161 值为 0x00F0 时（Bit4-7 全为 1）： -Bit: 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 - 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 - ↑ ↑ ↑ ↑ - │ │ │ └─ Bit4: 火灾综合报警 (Fire) - │ │ └──── Bit5: 水密门综合报警 (Door) - │ └─────── Bit6: 舱底水综合报警 (Bilge) - └────────── Bit7: 气体检测综合报警 (Gas) -提取后映射到紧凑报警字节： -位 1-based偏移 0-based偏移 -Bit5 (手册) >>4 >>5 -Bit6 (手册) >>5 >>6 -Bit7 (手册) >>6 >>7 -Bit8 (手册) >>7 >>8xian -当前代码按 1-based 偏移 4/5/6/7 实现。 -4. 报警状态 → RF433 数据包 -4a. 变化通知包（Type 0x4D） -报警状态变化时立即发送： -示例：AA 4D 03 69 0F [SUM] -字节 值 含义 -0 AA 帧头 -1 4D 协议类型 = Modbus RTU 报警 -2 03 LEN = ID(1) + Payload(1) + SUM(1) -3 69 设备ID = 105 -4 0F 报警状态字节（见下表） -5 SUM Sum8 校验和 -报警字节 0x0F 各位含义： -Bit: 7 6 5 4 3 2 1 0 - 0 0 0 0 1 1 1 1 - ↑ ↑ ↑ ↑ - │ │ │ └─ 火灾报警 - │ │ └──── 水密门报警 - │ └─────── 舱底水报警 - └────────── 气体检测报警 -4b. 心跳包（Type 0xAA，扩展后 8 字节载荷） -示例：AA AA 0A 69 [Seq_H] [Seq_L] [FW_H] [FW_L] [IO] [TCP_H] [TCP_L] [RTU] [SUM] -字节偏移 含义 说明 -0 AA 帧头 -1 AA 协议类型 = 心跳 -2 0A LEN = 10 -3 69 设备ID = 105 -4-5 Seq 序列号（16-bit 大端） -6-7 FW 固件版本码 -8 IO IO状态（Bit0-3=DI1-4, Bit7=网口连接） -9-10 TCP Modbus TCP 最后寄存器值 -11 RTU Modbus RTU 报警状态（新增） -12 SUM Sum8 校验和 -5. 异常响应帧（参考） -如果从站返回异常： -01 83 02 C0 F1 -字节 值 含义 -0 01 从站地址 -1 83 功能码 + 0x80（异常标志） -2 02 异常码 = 02（非法寄存器地址） -3-4 CRC 校验 -当前代码：异常响应的 FC ≠ 0x03，会被 parse_modbus_response() 的 mb_rx_buf[1] != 0x03 判断拦截，静默丢弃。 -6. 时序图 -时间轴 (ms) - 0 1000 2000 3000 - │ │ │ │ - ├─ TX: 请求帧(8B, ~4ms) - │ (发送后屏蔽回波10ms) - ├─ RX: 响应帧(7B, ~3.6ms) ─┤ - │ ├─ 解析+变化检测 - │ ├─ 变化? → RF433发送 - │ │ - │ ├─ TX: 请求帧 - │ ├─ RX: 响应帧 - │ ├─ 解析 - │ │ - │ │ ├─ TX: 请求帧 - │ │ ├─ 超时500ms无响应 - │ │ ├─ 回IDLE，下次重试 - │ │ │ ├─ TX: 请求帧 - │ │ │ ├─ RX: 响应帧 - │ │ │ ├─ 解析 -每秒一个完整轮询周期：发送(~4ms) + 等响应(~10ms) + 解析(<1ms) ≈ 15ms，其余 985ms 空闲。 \ No newline at end of file diff --git a/docs/Modbus_RTU原始数据来源.pdf b/docs/Modbus_RTU原始数据来源.pdf new file mode 100644 index 0000000..79689de Binary files /dev/null and b/docs/Modbus_RTU原始数据来源.pdf differ diff --git a/docs/Modbus_RTU报文 b/docs/Modbus_RTU报文 new file mode 100644 index 0000000..dc2782c --- /dev/null +++ b/docs/Modbus_RTU报文 @@ -0,0 +1,209 @@ +# Modbus RTU 报文说明 + +本文档描述 STM32 通过 RS485 接口轮询 Noris AMS 模块的 Modbus RTU 通信协议， +以及报警数据如何通过 RF433 无线上报。 + +--- + +## 1. Modbus RTU 请求帧 (MCU → Noris AMS) + +```text +01 03 04 88 00 01 C5 D3 +-- -- -- -- -- -- -- -- + | | | | | | | | + | | | | | | | +-- CRC16 低字节 + | | | | | | +------ CRC16 高字节 + | | | | | +---------- 读取数量 = 1 个寄存器 (00 01) + | | | +------------------ 寄存器起始地址 = 0x0488 = 1160 (Noris 41161) + | | +---------------------- 功能码 = 0x03 (Read Holding Registers) + | +-------------------------- 从站地址 = 1 + +------------------------------ 固定从站地址 +``` + +- 帧长度: 8 字节 +- 发送间隔: 1000ms (MODBUS_RTU_POLL_INTERVAL) +- 发送方式: HAL_UART_Transmit() 阻塞发送, @19200bps 约 4.2ms + +--- + +## 2. Modbus RTU 正常响应帧 (Noris AMS → MCU) + +```text +01 03 02 00 F0 B8 47 +-- -- -- -- -- -- -- + | | | | | | | + | | | | | | +-- CRC16 高字节 + | | | | | +------ CRC16 低字节 + | | | | +---------- 寄存器值低字节 = 0xF0 + | | | +-------------- 寄存器值高字节 = 0x00 (大端序) + | | +------------------ 数据字节数 = 2 (1个寄存器 × 2字节) + | +---------------------- 功能码 = 0x03 (正常响应) + +-------------------------- 从站地址 = 1 +``` + +- 帧长度: 7 字节 +- 寄存器值: 0x00F0 (大端序) + +--- + +## 3. 寄存器值 → 报警位映射 + +寄存器 41161 值为 0x00F0 时的位分布: + +```text +Bit: 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 + 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 + ↑ ↑ ↑ ↑ + │ │ │ └─ Bit4: 火灾综合报警 (Fire) + │ │ └──── Bit5: 水密门综合报警 (Door) + │ └─────── Bit6: 舱底水综合报警 (Bilge) + └────────── Bit7: 气体检测综合报警 (Gas) +``` + +提取宏定义 (modbus_rtu_master.h): +```c +NORIS_FIRE_ALARM(reg) = (reg >> 4) & 1 // Bit4 → 报警字节 Bit0 +NORIS_DOOR_ALARM(reg) = (reg >> 5) & 1 // Bit5 → 报警字节 Bit1 +NORIS_BILGE_ALARM(reg) = (reg >> 6) & 1 // Bit6 → 报警字节 Bit2 +NORIS_GAS_ALARM(reg) = (reg >> 7) & 1 // Bit7 → 报警字节 Bit3 +``` + +映射后的紧凑报警字节 (0x00F0 → 0x0F): + +```text +Bit: 7 6 5 4 3 2 1 0 + 0 0 0 0 1 1 1 1 + ↑ ↑ ↑ ↑ + │ │ │ └─ Bit0: 火灾报警 + │ │ └──── Bit1: 水密门报警 + │ └─────── Bit2: 舱底水报警 + └────────── Bit3: 气体检测报警 +``` + +--- + +## 4. 报警状态变化上报 (主动上报, Type 0x10) + +当 Modbus RTU 报警状态发生变化时，立即发送此包。 +格式与原 DI 变化通知完全一致，上位机代码无需修改。 + +```text +AA 10 03 ID XX SUM +-- -- -- -- -- --- + | | | | | | + | | | | | +-- 校验和 + | | | | +------ 报警状态字节 (见第3节报警字节定义) + | | | +---------- 本机设备 ID + | | +-------------- 长度固定为 0x03 (ID + 1字节状态 + SUM) + | +------------------ 类型标识：0x10 (I/O Data) + +---------------------- 固定起始符 +``` + +示例 (设备ID=105, 报警=0x0F): +```text +AA 10 03 69 0F [SUM] +``` + +触发条件: Modbus RTU 轮询到报警状态变化，且非首次轮询结果。 + +--- + +## 5. 系统心跳包 (30秒/次, Type 0xAA) + +```text +AA AA 09 ID [SEQ_H] [SEQ_L] [FW_H] [FW_L] [RTU] [TCP_H] [TCP_L] SUM +-- -- -- -- --------------- ------------- ---- --------------- --- + | | | | | | | | | + | | | | | | | | +-- 校验和 + | | | | | | | +------------- Modbus TCP 寄存器值 + | | | | | | +------------------------ Modbus RTU 报警状态 + | | | | | | Bit0:火灾 Bit1:水密门 + | | | | | | Bit2:舱底水 Bit3:气体检测 + | | | | | +------------------------------------ 固件版本编码 + | | | | +--------------------------------------------------- 序列号 (0-65535) + | | | +------------------------------------------------------------- 本机设备 ID + | | +----------------------------------------------------------------- LEN = 9 + | +--------------------------------------------------------------------- 类型 0xAA + +------------------------------------------------------------------------- 固定起始符 +``` + +Payload 字段说明: + +| 偏移 | 字段 | 长度 | 说明 | +|------|----------|------|------| +| 0-1 | SEQ | 2 | 序列号 (16-bit 大端, 0-65535 循环自增) | +| 2-3 | FW | 2 | 固件版本编码 (MAKE_XTELL_CODE 宏) | +| 4 | RTU | 1 | Modbus RTU 报警状态字节 (原 DI 状态位，现替换为报警位) | +| 5-6 | TCP | 2 | Modbus TCP 最后寄存器值 (0xFFFF 表示无效) | + +--- + +## 6. Modbus RTU 异常响应帧 (参考) + +如果从站返回异常: + +```text +01 83 02 C0 F1 +-- -- -- -- -- + | | | | | + | | | | +-- CRC16 校验 + | | | +------ 异常码 = 02 (非法寄存器地址) + | | +---------- 功能码 + 0x80 (异常标志, 0x03 → 0x83) + | +-------------- 从站地址 + +------------------ +``` + +处理: 异常响应 FC ≠ 0x03，被 parse_modbus_response() 中 +mb_rx_buf[1] != 0x03 判断拦截，静默丢弃。 + +--- + +## 7. 状态机与轮询时序 + +### 7.1 状态机 + +```text +IDLE ──[1000ms到]──> WAIT_POLL ──[立即发送]──> WAIT_RESPONSE + ↑ │ + │ ┌─────────────┤ + │ │ │ + │ [帧接收完成] [超时500ms] + │ │ │ + └──────────── PROCESS ←─────────┘ │ + │ │ + │ (解析+更新报警) │ + └────────────────────────────────┘ +``` + +### 7.2 轮询时序示例 + +```text +时间 0ms 1000ms 2000ms 3000ms + │ │ │ │ +T0 ├─TX(8B,4ms) + ├─RX(7B,4ms) + ├─解析 + │ +T1 ├─TX + ├─RX + ├─解析 + │ +T2 ├─TX + ├─超时500ms + ├─回IDLE + │ +T3 ├─TX + ├─RX + ├─解析 +``` + +每秒一个完整轮询周期: 发送(~4ms) + 等响应(~10ms) + 解析(<1ms) ≈ 15ms，其余 985ms 空闲。 + +### 7.3 关键超时参数 + +| 参数 | 值 | 说明 | +|------|------|------| +| MODBUS_RTU_POLL_INTERVAL | 1000ms | 轮询间隔 | +| MODBUS_RTU_RESP_TIMEOUT | 500ms | 响应超时 | +| MODBUS_RTU_INTER_CHAR_TIMEOUT | 10ms | 帧内字符间隔超时 | +| MODBUS_RTU_TX_ECHO_MARGIN | 10ms | 发送回波屏蔽时间 | diff --git a/docs/报文.md b/docs/报文.md index 531e9df..fb779d4 100644 --- a/docs/报文.md +++ b/docs/报文.md @@ -22,18 +22,19 @@ AA TYPE LEN ID [PAYLOAD] SUM ## 2. 详细指令集定义 -### 2.1 I/O 状态变化上报 (主动上报) -当板载 4 路数字输入 (DI) 电平发生变化时，立即发送此包。 +### 2.1 报警状态变化上报 (主动上报) +当 Modbus RTU 轮询到的报警状态发生变化时，立即发送此包。 +格式与原 DI 变化通知完全一致，上位机代码无需修改。 ```text AA 10 03 ID XX SUM -- -- -- -- -- --- | | | | | | | | | | | +-- 校验和 - | | | | +------ I/O 状态位 (Bit0:DI1, Bit1:DI2, Bit2:DI3, Bit3:DI4) + | | | | +------ 报警状态字节 (Bit0:火灾, Bit1:水密门, Bit2:舱底水, Bit3:气体检测) | | | +---------- 本机设备 ID | | +-------------- 长度固定为 0x03 (ID + 1字节状态 + SUM) - | +------------------ 类型标识：0x10 (I/O Data) + | +------------------ 类型标识：0x10 (Alarm Data) +---------------------- 固定起始符 ``` @@ -68,41 +69,43 @@ AA 55 LEN ID [DATA] SUM ``` ### 2.4 系统心跳包 (30秒/次) -系统定时上报当前存活状态，包含当前的 I/O 状态、防丢包序列号、固件版本及 Modbus 寄存器值。 +系统定时上报当前存活状态，包含报警状态、防丢包序列号、固件版本及 Modbus TCP 寄存器值。 -#### 2.4.1 标准心跳包 (8字节Payload) +#### 2.4.1 标准心跳包 (7字节Payload) ```text -AA AA 09 [DEVICE_ID] [SEQ_H] [SEQ_L] [FW_H] [FW_L] [IO_STATUS] [MODBUS_H] [MODBUS_L] SUM --- -- -- ----------- --------------- ------------- ----------- --------------------- --- - | | | | | | | | | - | | | | | | | | +-- 1字节 校验和 - | | | | | | | +-------------------- 2字节 Modbus 寄存器值 - | | | | | | +------------------------------------- 1字节 I/O 状态 - | | | | | | Bit7: W5500 网线连接状态 - | | | | | | Bit3-Bit0: 4路 DI 状态 - | | | | | +--------------------------------------------------- 2字节序列号 - | | | | +------------------------------------------------------------------ 2字节固件版本编码 - | | | +----------------------------------------------------------------------------------- 1字节本机设备 ID - | | +--------------------------------------------------------------------------------------------- 长度 0x09，后续的总字节数 - | +------------------------------------------------------------------------------------------------- 类型 0xAA - +----------------------------------------------------------------------------------------------------- 固定起始符 +AA AA 09 ID [SEQ_H] [SEQ_L] [FW_H] [FW_L] [RTU] [TCP_H] [TCP_L] SUM +-- -- -- -- --------------- ------------- ----- --------------- --- + | | | | | | | | | + | | | | | | | | +-- 校验和 + | | | | | | | +-------------- Modbus TCP 寄存器值 + | | | | | | +--------------------------- Modbus RTU 报警状态 + | | | | | | Bit0:火灾 Bit1:水密门 + | | | | | | Bit2:舱底水 Bit3:气体检测 + | | | | | +---------------------------------------- 2字节固件版本编码 + | | | | +------------------------------------------------------- 2字节序列号 (0-65535) + | | | +------------------------------------------------------------------ 1字节本机设备 ID + | | +----------------------------------------------------------------------- LEN = 0x09 (9) + | +--------------------------------------------------------------------------- 类型 0xAA + +------------------------------------------------------------------------------- 固定起始符 ``` **Payload 字段说明：** -| 字段 | 长度 | 说明 | -|------|------|------| -| SEQ_H, SEQ_L | 2 | 2字节序列号 (0-65535, 循环自增) | -| FW_H, FW_L | 2 | 2字节固件版本编码 (MAKE_XTELL_CODE 宏定义) | -| DEVICE_ID | 1 | 本机设备 ID (MY_DEVICE_ID) | -| IO_STATUS | 1 | 1字节 I/O 状态 | -| MODBUS_H, MODBUS_L | 2 | 2字节 Modbus 寄存器值 (最新读取值) | +| 偏移 | 字段 | 长度 | 说明 | +|------|------|------|------| +| 0-1 | SEQ | 2 | 2字节序列号 (0-65535, 循环自增) | +| 2-3 | FW | 2 | 2字节固件版本编码 (MAKE_XTELL_CODE 宏定义) | +| 4 | RTU | 1 | Modbus RTU 报警状态 (Bit0:火灾, Bit1:水密门, Bit2:舱底水, Bit3:气体检测) | +| 5-6 | TCP | 2 | Modbus TCP 寄存器值 (0xFFFF 表示无效) | --- -## 3. 示例说明 (假设 Device ID = 0x01) +## 3. 示例说明 (假设 Device ID = 0x69 = 105) -* **心跳包示例**：`AA AA 08 01 00 05 06 41 01 0F 01 2C 5A` - * 表示：ID为1的设备，序列号5，固件版本 0x0641 (2026年5月10日第1次编译)，本机ID=1，I/O全高，Modbus=0x012C (300)（8字节payload） -* **485透传示例**：`AA 48 05 01 41 42 43 44 4D` - * 表示：ID为1的设备，转发了 485 数据 "ABCD" (长度 4+1=5)。 +* **报警变化通知示例**：`AA 10 03 69 0F [SUM]` + * 表示：ID为105的设备，报警状态 = 0x0F (火灾+水密门+舱底水+气体检测 全部激活) +* **心跳包示例**：`AA AA 09 69 00 05 06 41 0F 01 2C [SUM]` + * 表示：ID=105，序列号5，固件版本 0x0641 (2026年5月10日第1次编译)， + * RTU报警=0x0F(全报警)，Modbus TCP=0x012C(300)（7字节payload） +* **485透传示例**：`AA 48 05 69 41 42 43 44 4D` + * 表示：ID为105的设备，转发了 485 数据 "ABCD" (长度 4+1=5)。