(Serial通信 Modbus RTU RS-485を理解) 自宅で手軽に通信環境を構築

2020年7月12日2020年7月15日

1 記事の目的
2 使用する機器と配線の紹介
3 ソフトウェアインストールとその設定方法
4 通信動作の仕様, Sketch紹介及び設定
5 動作検証
6 参考文献

記事の目的

通信Modbus RTU RS485を理解するには，自宅でその通信環境を整え，自分に色々試験を行うことが近道である。本記事では誰もが簡単に扱えるマイコンArduinoを使用し，通信環境を構築する手順を示す。

使用する機器と配線の紹介

今回実現する通信は，Modbus RTU RS485 Half Duplex（半二重通信）である。

使用する機器は以下の通りである。

PCさえあれば，\5,000-程度の費用で試験環境の構築が可能である。

➀USBポートを二つ以上搭載したPC

➁マイコン及び⓸ジャンパワイヤ：Arduino UNO R3

リンク

⓷RS422 RS485 シリアルポートコンバーター

リンク

各機器を実際に配線した様子は以下の通りである。Arduinoとシリアルコンバータをジャンパワイヤで接続した接続図も併せて示す。
動作概要としては，
➀PCのArduino UNO R3 (Software)から➁Arduino UNO R3にModbus通信を行うためのソフトウェアをインストール
➁上記ソフトウェアによってArduino UNO R3がModbus Masterとなり，⓷シリアルポートコンバータを介して，➀PCにインストールされたModbus slave(Software)と通信を行う。

ソフトウェアインストールとその設定方法

PCにはArduino UNO R3にプログラムを実装・通信するためのプログラム(手順は参考文献で紹介する"PCとArduinoを接続するための手順及び設定"参照）及び RS422 RS485 シリアルポートコンバーターを動作させるためのドライバを付属CDよりインストールする必要がある。

また，Arduino UNO R3をModbus Master側として駆動するには，スケッチ → ライブラリをインクルード → ライブラリ管理より"Modbus Master"を検索し，インストールする必要がある。

更に，PC内にModbus Slave側となるシミュレータを設けるため，ソフトウェア"Modbus Slave"をインストールする必要がある。（以下URLからDownload可能）

このソフトウェアは起動から10分間は無償での使用が可能である。

https://www.modbustools.com/download.html

通信動作の仕様, Sketch紹介及び設定

通信で行う動作仕様として，Masterから指定するRegisterに対し，決まった時間毎に書き換え処理(Fucnction code:06, Preset Single Register)を繰り返すSketchを作成しArduinoに実装する。Baud rate 115,200bpsとし，その他の設定はArduinoの標準設定（8data bits, No Parity, One stop bit）とする。

Arduino(Modbus Master)に実装したSketch

#include <ModbusMaster.h> //Library for using ModbusMaster

ModbusMaster node; //object node for class ModbusMaster

void setup()

{

Serial.begin(115200); //Baud Rate as 115200

node.begin(1, Serial); //Slave ID as 1

}

void loop()

{

node.writeSingleRegister(0x40000,111);

delay(1000);