在樹莓派3上如何測試Modbus RTU通信

# 在樹莓派3上如何測試Modbus RTU通信

## 前言
Modbus是工業領域廣泛應用的通信協議，其中RTU模式因其高效性在串行通信中尤為常見。本文將詳細介紹如何在樹莓派3上搭建Modbus RTU測試環境，包括硬件連接、軟件配置和實際測試步驟。

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## 一、硬件準備
### 1. 所需設備清單
- 樹莓派3開發板（含電源）
- USB轉RS485轉換器（推薦FTDI芯片方案）
- Modbus RTU從站設備（如PLC、傳感器等）
- 雙絞線或屏蔽電纜
- 終端電阻（120Ω，可選）

### 2. 接線示意圖
```plaintext
樹莓派3 USB口 ? USB-RS485轉換器 ? RS485-A/B線 ? 從站設備

注意： - A線（通常標記為D+/黃色）接從站A端 - B線（通常標記為D-/藍色）接從站B端 - 長距離通信時需在總線兩端加終端電阻

二、軟件環境配置

1. 系統準備

確保樹莓派系統已更新：

sudo apt update && sudo apt upgrade -y

2. 安裝必要工具

sudo apt install python3-pip minicom libmodbus-dev -y
pip3 install pymodbus

3. 檢查串口設備

插入USB-RS485轉換器后執行：

ls /dev/ttyUSB*

正常應顯示類似/dev/ttyUSB0的設備節點。

三、Modbus測試方案

方案1：使用minicom進行基礎測試

1. 配置串口參數（以9600bps為例）：

   
   sudo minicom -D /dev/ttyUSB0 -b 9600 -8 -o
   

2. 手動發送Modbus幀（需轉換為16進制），例如讀取保持寄存器：

   
   01 03 00 00 00 01 84 0A
   

方案2：Python腳本測試（推薦）

from pymodbus.client.sync import ModbusSerialClient

# 創建Modbus RTU客戶端
client = ModbusSerialClient(
    method='rtu',
    port='/dev/ttyUSB0',
    baudrate=9600,
    timeout=1,
    parity='N',
    stopbits=1
)

# 連接測試
connection = client.connect()
print("連接狀態:", connection)

# 讀取保持寄存器示例（從站地址1，起始地址0，數量1）
try:
    response = client.read_holding_registers(address=0, count=1, unit=1)
    if not response.isError():
        print("讀取結果:", response.registers)
    else:
        print("Modbus錯誤:", response)
except Exception as e:
    print("通信異常:", str(e))
finally:
    client.close()

方案3：使用libmodbus工具包

1. 安裝測試工具：

   
   sudo apt install modbus-cli
   

2. 執行讀取測試：

   
   modbus read -a 1 -t 4 -s 1 /dev/ttyUSB0 0 1
   

   參數說明：
   • -a 1：從站地址
   • -t 4：功能碼04（讀輸入寄存器）
   • -s 1：停止位
   • 0 1：起始地址和寄存器數量

四、常見問題排查

1. 無響應或超時

• 檢查接線是否正確（A/B線是否反接）
• 確認從站地址和寄存器地址匹配
• 使用示波器或邏輯分析儀檢查信號

2. CRC校驗錯誤

• 確認雙方波特率、數據位、停止位設置一致
• 嘗試降低通信速率（如從115200降至9600）

3. 權限問題

若出現Permission denied錯誤，需添加用戶組：

sudo usermod -aG dialout $USER
sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0

五、進階應用

1. 多設備組網測試

修改Python腳本實現輪詢多個從站：

for slave_id in range(1,5):
    response = client.read_holding_registers(0, 1, unit=slave_id)
    print(f"從站{slave_id}響應:", response.registers if not response.isError() else "無響應")

2. 數據可視化

結合Matplotlib實現實時數據展示：

import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot([response.registers[0] for _ in range(10)])
plt.title('Modbus實時數據')
plt.show()

結語

通過本文介紹的三種測試方法，您可以在樹莓派3上快速驗證Modbus RTU通信功能。建議從Python方案入手，逐步擴展到更復雜的工業應用場景。實際部署時請注意電氣隔離和信號質量優化。

附錄：
Modbus協議規范文檔
樹莓派GPIO擴展方案 “`

注：本文實際約1100字，可根據需要增減Python代碼示例或硬件細節部分調整字數。關鍵要點已用粗體和代碼塊突出顯示，便于讀者快速抓取重點。