Читаем промышленные датчики за 1200 м по RS-485 и Modbus RTU

RS-485 — не новый протокол, это тот же UART-кадр, просто пущенный по витой паре дифференциальными уровнями, как в CAN. Отсюда и дальнобойность, и стойкость к помехам. Если идея в новинку — сначала загляни в раздел RS-232 / RS-485 интерактивного разбора шин: там на осциллограмме видно, почему дифференциал бьёт однопроводный сигнал.

Почему RS-485, а не UART

• Дифференциальная пара (A/B) — помеха приходит в оба провода одинаково и вычитается. Десятки-сотни метров вместо сантиметров.
• Многоточечность — до 32 узлов (до 128 на современных трансиверах) на одной паре.
• Полудуплекс — все делят одну пару и говорят по очереди, поэтому трансиверу нужно явно сообщать, когда передавать, а когда слушать.

Подключение MAX485

MAX485 — это трансивер: с одной стороны UART, с другой — пара A/B шины RS-485. Единственный неочевидный вывод — направление: DE (driver enable) и RE (receiver enable) соединяют вместе и управляют одним GPIO — HIGH на передачу, LOW на приём.

Модуль MAX485             ESP32
-----------              -----
RO  (выход приёмника) --> RX  (напр. GPIO16)
DI  (вход передатчика) <- TX  (напр. GPIO17)
DE + RE (соединены)   <-- DIR (напр. GPIO4)   // HIGH = передача, LOW = приём
VCC                   --> 5V (модуль) / есть варианты под 3V3-логику
GND                   --> GND
A / B  -->  витая пара на шину (120 Ом на двух дальних концах)

Два аппаратных правила, на которых спотыкаются все: поставь терминатор 120 Ом на двух дальних концах шины (не на каждом узле) и веди A→A, B→B по всей линии. На длинных или «тихих» шинах добавь резисторы смещения, чтобы в покое линия сидела на определённом уровне.

Modbus RTU на один экран

Modbus — простейший протокол «ведущий-ведомый»: ведущий спрашивает, один ведомый отвечает, каждый кадр заканчивается CRC. В основном нужны две функции — 0x03 (чтение holding-регистров) и 0x04 (чтение input-регистров). Вот ESP32 читает два регистра у ведомого №1 библиотекой ModbusMaster, автоматически дёргая пин направления:

#include <ModbusMaster.h>
#define DIR 4                       // пин направления DE+RE
ModbusMaster node;

void preTx()  { digitalWrite(DIR, HIGH); }   // включить передатчик перед отправкой
void postTx() { digitalWrite(DIR, LOW);  }   // вернуться на приём после

void setup() {
  pinMode(DIR, OUTPUT); digitalWrite(DIR, LOW);
  Serial2.begin(9600, SERIAL_8N1, 16, 17);   // UART для RS-485
  node.begin(1, Serial2);                     // адрес ведомого 1
  node.preTransmission(preTx);
  node.postTransmission(postTx);
}

void loop() {
  // Читаем 2 holding-регистра с адреса 0x0000 (функция 0x03)
  if (node.readHoldingRegisters(0x0000, 2) == node.ku8MBSuccess) {
    uint16_t temp = node.getResponseBuffer(0);
    uint16_t hum  = node.getResponseBuffer(1);
    Serial.printf("temp=%u  hum=%u\n", temp, hum);
  }
  delay(1000);
}

Это весь паттерн: указал библиотеке свой UART, дал колбэки на пин направления и вызывай readHoldingRegisters(). Карту регистров своего датчика подставь из его даташита.

Когда не работает — типовые подозреваемые

• Перепутаны A/B — баг RS-485 №1. Перевёрнутая пара даёт тишину или мусор; просто поменяй два провода местами.
• Нет терминаторов — 120 Ом ставятся на двух физических концах магистрали, не на каждом узле. Без них отражения ломают кадры на длинных линиях.
• Тайминг пина направления — отпустишь DE слишком рано и обрежешь собственный последний байт. Доверь это библиотеке или добавь крошечную задержку после последнего байта.
• Несовпадение скорости / чётности — все узлы должны согласиться: 9600 8N1 против 8E1 — частый тихий сбой.
• Нет общей земли / опоры — длинным изолированным линиям всё равно нужна опора по земле между трансиверами.

Сделай правильно пару, терминаторы и пин направления — и один ESP32 опросит целое здание Modbus-датчиков: счётчики энергии, температурные зонды, ПЛК — по одной витой паре.