edison/433_STM32
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feat: DI报警改为Modbus RTU报警上报，心跳包IO位替换为RTU报警状态，添加详细中文注释

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zouhaitao
2026-05-28 13:03:28 +08:00
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42
Core/Src/main.c
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@ -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, &current_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();

211
Core/Src/modbus_rtu_master.c
View File

@ -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 <string.h>
/* ================================================================
* 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;