Arduino Modbus 从机开发全攻略：基于 RS485 扩展板的分步实现指南

核心组件与物料清单

• Arduino UNO ×1 — 主控板
• 专业 RS422/RS485 扩展板 ×1 — 光隔离串口通信模块，兼容 Arduino UNO、Arduino 101、STM Nucleo 等
• USB 转 RS485 转换器 ×1 — PC 端 Modbus 主站接口
• 面包板 ×1
• LED（红） ×1
• 电阻 10 kΩ ×1、220 Ω ×1
• 跳线 若干
• 按键开关 12mm ×1

软件工具

• Arduino IDE
• ModbusTester（PC 端 Modbus 主站测试软件）

项目背景

Modbus 作为工业领域事实上的标准串行通信协议，广泛应用于工业电子设备互联。在 Modbus RTU/ASCII 模式下，RS485 是最常用的物理层。Arduino 可作为 Modbus 从机（在特定条件下也可作主机），但必须配备 RS485 接口。本项目采用的 RS422/RS485 扩展板提供全光隔离串口通信，是构建此类应用的理想选择。

本文旨在演示如何利用 Arduino UNO 搭建一个简易 Modbus 从机设备，并以 PC 运行 ModbusTester 作为主站进行测试。

硬件连接

RS485 总线接线

仅需将扩展板的 A、B 端子 与 Modbus 网络的 A、B 线对接；Y、Z 端子在本应用中不使用。长距离传输建议对 A、B 线采用双绞线。

扩展功能接线（可选）

为直观观察通信效果，可在面包板上接入一只 LED（通过 220 Ω 电阻限流）和一个按键（上拉 10 kΩ），分别连接到 Arduino 的数字引脚 12 和 7。此部分非必须，仅用于演示寄存器读写效果。

扩展板 DIP 开关配置

扩展板上有 3 组 DIP 开关，Modbus 模式下设置如下：

• SW1: 1-OFF, 2-ON, 3-ON, 4-OFF
• SW2: 1-OFF, 2-OFF, 3-ON, 4-ON
• SW3: 1-OFF/ON*, 2-OFF, 3-OFF, 4-OFF
  * 仅当本模块位于总线末端时，将第 1 位拨至 ON 以接入终端电阻；其余情况均拨 OFF。

跳线帽设置

• JP1 电源电压选择： Arduino UNO 为 5V 逻辑，务必跳接至 5V 位置（3.3V 板卡如 Arduino 101 则跳 3.3V）。
• 通信端口跳线： 左上角跳线帽按丝印连接，将板载 UART（引脚 0/1）接至扩展板 RS485 收发器。
• RX/TX 控制跳线： 本例使用自动收发切换，无需接跳线。

PC 端 ModbusTester 配置

1. 下载并解压 ModbusTester，启动软件。
2. 先插入 USB-RS485 适配器，在软件中选择对应的 COM 口。
3. 设置波特率 9600、从站 ID 1、数据位 8、无校验、停止位 1（9600,8,N,1）。
4. 点击“Connect”建立连接。

Arduino 固件说明

固件基于 SimpleModbusSlave 库，实现 9 个保持寄存器：

关键初始化参数：modbus_configure(9600, 1, 6, TOTAL_REGS_SIZE, 0); — 波特率 9600，从站 ID 1，收发使能引脚 6（扩展板默认），寄存器总数，低延迟模式关闭。

功能测试

1. 在 ModbusTester 中点击 Read，读取 8 个寄存器（地址 400001~400008），可看到 ADC 数值与按键状态实时变化。
2. 点击 Write，向地址 400007 写入 1 或 0，板载 LED 将随之点亮/熄灭，验证功能码 0x10（写多寄存器）生效。

完整代码

/*  Arduino RS422/RS485 Shield Modbus 从机示例
 *  Version 1.0, Copyright (C) 2018 Hartmut Wendt, www.zihatec.de
 *  基于 https://github.com/angeloc/simplemodbusng
 *  GPL v3 许可
 */
#include <SimpleModbusSlave.h>

#define ledPin     12   // 板载 LED
#define buttonPin  7    // 按键输入

enum { ADC0, ADC1, ADC2, ADC3, ADC4, ADC5, LED_STATE, BUTTON_STATE, TOTAL_ERRORS, TOTAL_REGS_SIZE };
unsigned int holdingRegs[TOTAL_REGS_SIZE];

void setup() {
  modbus_configure(9600, 1, 6, TOTAL_REGS_SIZE, 0);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT);
}

void loop() {
  holdingRegs[TOTAL_ERRORS] = modbus_update(holdingRegs);

  for (byte i = 0; i < 6; i++) {
    holdingRegs[i] = analogRead(i);
    delayMicroseconds(50);
  }

  holdingRegs[BUTTON_STATE] = digitalRead(buttonPin);

  byte ledState = holdingRegs[LED_STATE];
  if (ledState) digitalWrite(ledPin, HIGH);
  else          digitalWrite(ledPin, LOW);
}

原理图与实物接线图

详见项目附件中的原理图（schematics 部分），展示了扩展板、Arduino、按键、LED 及 RS485 总线的完整连接关系。