十五、W5100S/W5500+RP2040之MicroPython开发＜Modbus示例＞

2023-12-24 09:04
文章标签 开发 示例 十五 modbus micropython w5100s rp2040 w5500

本文主要是介绍十五、W5100S/W5500+RP2040之MicroPython开发＜Modbus示例＞，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

  • 1. 前言
  • 2. 相关网络信息
    • 2.1 简介
    • 2.2 指令构成
    • 2.3 优点
    • 2.4 应用
  • 3. WIZnet以太网芯片
  • 4. Modbus TCP通信示例讲解以及使用
    • 4.1 程序流程图
    • 4.2 测试准备
    • 4.3 连接方式
    • 4.4 相关代码
    • 4.5 烧录验证
  • 5. 注意事项
  • 6. 相关链接

1. 前言

  在这个智能硬件和物联网时代，MicroPython和树莓派PICO正以其独特的优势引领着嵌入式开发的新潮流。MicroPython作为一种精简优化的Python 3语言，为微控制器和嵌入式设备提供了高效开发和简易调试的

  当我们结合WIZnet W5100S/W5500网络模块，MicroPython和树莓派PICO的开发潜力被进一步放大。这两款模块都内置了TCP/IP协议栈，使得在嵌入式设备上实现网络连接变得更加容易。无论是进行数据传输、远程控制，还是构建物联网应用，它们都提供了强大的支持。

  本章我们将以WIZnet W5100S为例，以MicroPython的开发方式进行Modbus TCP通信示例

2. 相关网络信息

2.1 简介

  Modbus TCP是一种基于TCP/IP协议的应用层协议，它是Modbus协议的扩展。Modbus协议是一种串行通信协议，最初由Modicon公司在1979年开发，用于工业自动化控制系统中设备之间的通信。Modbus TCP则是将Modbus协议转换为基于以太网的TCP/IP协议，以支持更广泛的设备和系统集成。

在这里插入图片描述

2.2 指令构成

Modbus TCP的数据帧可分为两部分：MBAP+PDU。MBAP为报文头，长度为7字节。PDU由功能码+数据组成。功能码为1字节，数据长度不定，由具体功能决定。

根据对象的不同，modbus的功能码有：0x01 读线圈，0x05 写单个线圈，0x0F 写多个线圈，0x02 读离散量输入，0x04 读输入寄存器，0x03 读保持寄存器，0x06 写单个保持寄存器，0x10 写多个保持寄存器。

在这里插入图片描述

2.3 优点

  • 简单性：Modbus TCP协议简单易用，可以方便地与其他通信协议进行集成。
  • 可靠性：Modbus TCP协议运行在TCP/IP协议上，这使得它具有很高的可靠性。TCP/IP协议是互联网的基础，它能够保证数据的及时、完整传输。
  • 广泛的应用场景：Modbus TCP协议可以应用于各种场景，包括工业自动化控制系统、能源管理、环境监测、楼宇自控等领域。
  • 开放性：Modbus TCP协议是一种开放的协议，这意味着它可以被任何设备或系统使用，而不仅仅局限于特定的硬件或软件。
  • 实时性：Modbus TCP协议能够支持实时数据通信，这对于需要快速响应的应用来说非常重要。

2.4 应用

  • 设备间的数据交换：在工业自动化控制系统中，Modbus TCP协议通常用于不同控制系统之间的数据交换。
  • 远程访问和控制：由于Modbus TCP协议基于TCP/IP协议，因此它可以通过互联网进行远程访问和控制，这对于需要远程监控和管理的应用来说非常有用。
  • 集成其他通信协议：由于Modbus TCP协议的开放性，它可以方便地与其他通信协议进行集成，这使得它可以在各种不同的系统和设备中使用。
  • 实时数据通信：Modbus TCP协议能够支持实时数据通信，这对于需要实时监控和控制的应用来说非常重要。例如，在能源管理和环境监测等领域，实时数据通信能够帮助实现更精确和及时的控制和决策。

3. WIZnet以太网芯片

WIZnet 主流硬件协议栈以太网芯片参数对比

ModelEmbedded CoreHost I/FTX/RX BufferHW SocketNetwork Performance
W5100STCP/IPv4， MAC & PHY8bit BUS, SPI16KB4Max 25Mbps
W6100TCP/IPv4/IPv6, MAC & PHY8bit BUS, Fast SPI32KB8Max 25Mbps
W5500TCP/IPv4, MAC & PHYFast SPI32KB8Max 15Mbps
  • W5100S/W6100 支持 8bit数据总线接口，网络传输速度会优于W5500。
  • W6100 支持IPV6，与W5100S 硬件兼容，若已使用W5100S的用户需要支持IPv6，可以Pin to Pin兼容。
  • W5500 拥有比 W5100S更多的 Socket数量以及发送与接收缓存

相较于软件协议栈，WIZnet的硬件协议栈以太网芯片有以下优点：

  1. 硬件TCP/IP协议栈：WIZnet的硬件协议栈芯片提供了一种硬件实现的TCP/IP协议栈，这种硬件实现的协议栈比软件实现的协议栈具有更好的性能和稳定性。
  2. 不需要额外的嵌入式系统软件栈和内存资源：由于所有的以太网传输和接收操作都由独立的以太网控制器处理，因此不需要额外的嵌入式系统软件栈和内存资源。
  3. 抵抗网络环境变化和DDoS攻击：与易受网络环境变化和DDoS攻击影响的软件TCP/IP协议栈相比，硬件协议栈芯片能够提供更稳定的以太网性能。
  4. 适用于低规格的嵌入式系统：即使在低规格的嵌入式系统中，使用WIZnet的硬件协议栈芯片也可以比使用软件TCP/IP协议栈的高规格系统显示出更高效的互联网应用操作性能。

在这里插入图片描述

4. Modbus TCP通信示例讲解以及使用

4.1 程序流程图

在这里插入图片描述

4.2 测试准备

软件：

  • Thonny
  • Modbus Poll

硬件：

  • W5100S IO模块 + RP2040 树莓派Pico开发板 或者 WIZnet W5100S-EVB-Pico开发板
  • Micro USB 接口的数据线
  • 网线

4.3 连接方式

  • 通过数据线连接PC的USB口
  • 当使用W5100S/W5500 IO模块连接RP2040时
    • RP2040 GPIO 16 <----> W5100S/W5500 MISO
    • RP2040 GPIO 17 <----> W5100S/W5500 CS
    • RP2040 GPIO 18 <----> W5100S/W5500 SCK
    • RP2040 GPIO 19 <----> W5100S/W5500 MOSI
    • RP2040 GPIO 20 <----> W5100S/W5500 RST
  • 通过网线直接连接PC网口（或：PC和设备都通过网线连接交换机或路由器LAN口）

4.4 相关代码

  我们直接打开modbus_tcp_server.py文件。

第一步：可以看到在w5x00_init()函数中，进行了SPI的初始化。以及将spi相关引脚和复位引脚注册到库中，后续则是激活网络，并使用DHCP配置网络地址信息，当DHCP失败时，则配置静态网络地址信息。当未配置成功时，会打印出网络地址相关寄存器的信息，可以帮助我们更好的排查问题。

第二步：在modbus_run()函数中，会打开一个TCP服务器，然后等待接收到数据（即Modbus 指令）。

第三步：对Modbus指令进行核对，然后解析并作出相应的操作以及回复。

from usocket import socket
from machine import Pin,SPI
import network
import timelocal_ip = ''
local_port = 5000led = Pin(25, Pin.OUT)"""
W5x00 chip initialization.param: None
returns: None"""
def w5x00_init():global local_ipspi=SPI(0,2_000_000, mosi=Pin(19),miso=Pin(16),sck=Pin(18))nic = network.WIZNET5K(spi,Pin(17),Pin(20)) #spi,cs,reset pinnic.active(True)try:#DHCPprint("\r\nConfiguring DHCP")nic.ifconfig('dhcp')except:#None DHCPprint("\r\nDHCP fails, use static configuration")nic.ifconfig(('192.168.1.20','255.255.255.0','192.168.1.1','8.8.8.8'))#Set static network address information#Print network address informationprint("IP         :",nic.ifconfig()[0])print("Subnet Mask:",nic.ifconfig()[1])print("Gateway    :",nic.ifconfig()[2])print("DNS        :",nic.ifconfig()[3],"\r\n")local_ip = nic.ifconfig()[0]#If there is no network connection, the register address information is printedwhile not nic.isconnected():time.sleep(1)print(nic.regs())"""
Modbus packet parsing.param1: receive data
param2: connecting object
returns: None"""
def modbus_parsing(data,conn):senddata = bytearray(128)if data[2] != 0x00 and data[3] != 0x00:print("protocol error")else:if data[6] == 0x01:if data[7] == 0x01:if int(data[8])+int(data[9]) == 0 and int(data[10])+int(data[11])==1:print("Read OK!")senddata[0] = data[0]senddata[1] = data[1]senddata[2] = data[2]senddata[3] = data[3]senddata[4] = 0x00senddata[5] = 0x04senddata[6] = 0x01senddata[7] = 0x01senddata[8] = 0x01senddata[9] = led.value()conn.send(senddata)else:print("address error!")elif data[7] == 0x05:if int(data[8])+int(data[9]) == 0:if data[10] == 0xFF:print("LED ON!")led.value(1)elif data[10] == 0x00:print("LED OFF!")led.value(0)else:print("value error!")conn.send(data)else:print("address error!")else:print("The function code is not processed!")else:print("slave address error!")"""
Start the Modbus TCP server.param: None
returns: None"""
def modbus_run():global local_ipglobal local_ports = socket()s.bind((local_ip, local_port)) #Source IP Addresss.listen(0)print("remote ip:",local_ip,",port:",local_port)conn, addr = s.accept()print("type",type(conn))print("Connected:", conn, "address:", addr[0]) while True:data = conn.recv(2048)if data != 'NULL':modbus_parsing(data,conn)def main():print("WIZnet chip Modbus TCP example")w5x00_init()modbus_run()if __name__ == "__main__":main()

4.5 烧录验证

要测试以太网示例，必须将开发环境配置为使用Raspberry Pi Pico。

  • 所需的开发环境
    • Thonny
  • 如果你必须编译MicroPython，则必须使用Linux或Unix环境。

第一步：将程序复制到Thonny中，然后选择环境为Raspberry Pi Pico，最后点击运行。

第二步：在Modbus Poll上进行连接，地址为开发板的地址，端口号为5000。

第三步：在Modbus Poll上下发指令控制LED，并读取LED灯状态。

注意：因为MicroPython的print函数是启用了stdout缓冲的，所以有时候并不会第一时间打印出内容。

在这里插入图片描述

5. 注意事项

  • 如果采用的是WIZnet的W5500来实现本章的示例，则只需烧录W5500的固件并运行示例程序即可。
  • 示例只对读取单个线圈(0x01)进行了处理，并且读取长度必须为1

6. 相关链接

WIZnet官网

本章例程链接

想了解更多，评论留言哦！

这篇关于十五、W5100S/W5500+RP2040之MicroPython开发＜Modbus示例＞的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/531269。

相关文章

这15个Vue指令，让你的项目开发爽到爆

这15个Vue指令，让你的项目开发爽到爆

1. V-Hotkey 仓库地址: github.com/Dafrok/v-ho… Demo: 戳这里 https://dafrok.github.io/v-hotkey 安装: npm install --save v-hotkey 这个指令可以给组件绑定一个或多个快捷键。你想要通过按下 Escape 键后隐藏某个组件，按住 Control 和回车键再显示它吗？小菜一碟： <template
阅读更多...
Hadoop企业开发案例调优场景

Hadoop企业开发案例调优场景

需求 （1）需求：从1G数据中，统计每个单词出现次数。服务器3台，每台配置4G内存，4核CPU，4线程。 （2）需求分析： 1G / 128m = 8个MapTask；1个ReduceTask；1个mrAppMaster 平均每个节点运行10个 / 3台 ≈ 3个任务（4    3    3） HDFS参数调优 （1）修改：hadoop-env.sh export HDFS_NAMENOD
阅读更多...
嵌入式QT开发：构建高效智能的嵌入式系统

嵌入式QT开发：构建高效智能的嵌入式系统

摘要： 本文深入探讨了嵌入式 QT 相关的各个方面。从 QT 框架的基础架构和核心概念出发，详细阐述了其在嵌入式环境中的优势与特点。文中分析了嵌入式 QT 的开发环境搭建过程，包括交叉编译工具链的配置等关键步骤。进一步探讨了嵌入式 QT 的界面设计与开发，涵盖了从基本控件的使用到复杂界面布局的构建。同时也深入研究了信号与槽机制在嵌入式系统中的应用，以及嵌入式 QT 与硬件设备的交互，包括输入输出设
阅读更多...
OpenHarmony鸿蒙开发（ Beta5.0）无感配网详解

OpenHarmony鸿蒙开发（ Beta5.0）无感配网详解

1、简介 无感配网是指在设备联网过程中无需输入热点相关账号信息，即可快速实现设备配网，是一种兼顾高效性、可靠性和安全性的配网方式。 2、配网原理 2.1 通信原理 手机和智能设备之间的信息传递，利用特有的NAN协议实现。利用手机和智能设备之间的WiFi 感知订阅、发布能力，实现了数字管家应用和设备之间的发现。在完成设备间的认证和响应后，即可发送相关配网数据。同时还支持与常规Sof
阅读更多...
活用c4d官方开发文档查询代码

活用c4d官方开发文档查询代码

当你问AI助手比如豆包，如何用python禁止掉xpresso标签时候，它会提示到 这时候要用到两个东西。https://developers.maxon.net/论坛搜索和开发文档 比如这里我就在官方找到正确的id描述 然后我就把参数标签换过来
阅读更多...
Linux_kernel驱动开发11

Linux_kernel驱动开发11

一、改回nfs方式挂载根文件系统         在产品将要上线之前，需要制作不同类型格式的根文件系统         在产品研发阶段，我们还是需要使用nfs的方式挂载根文件系统         优点：可以直接在上位机中修改文件系统内容，延长EMMC的寿命         【1】重启上位机nfs服务         sudo service nfs-kernel-server resta
阅读更多...
【区块链 + 人才服务】区块链集成开发平台 | FISCO BCOS应用案例

【区块链 + 人才服务】区块链集成开发平台 | FISCO BCOS应用案例

随着区块链技术的快速发展，越来越多的企业开始将其应用于实际业务中。然而，区块链技术的专业性使得其集成开发成为一项挑战。针对此，广东中创智慧科技有限公司基于国产开源联盟链 FISCO BCOS 推出了区块链集成开发平台。该平台基于区块链技术，提供一套全面的区块链开发工具和开发环境，支持开发者快速开发和部署区块链应用。此外，该平台还可以提供一套全面的区块链开发教程和文档，帮助开发者快速上手区块链开发。
阅读更多...
Vue3项目开发——新闻发布管理系统（六）

Vue3项目开发——新闻发布管理系统（六）

文章目录 八、首页设计开发1、页面设计2、登录访问拦截实现3、用户基本信息显示①封装用户基本信息获取接口②用户基本信息存储③用户基本信息调用④用户基本信息动态渲染 4、退出功能实现①注册点击事件②添加退出功能③数据清理 5、代码下载 八、首页设计开发 登录成功后，系统就进入了首页。接下来，也就进行首页的开发了。 1、页面设计 系统页面主要分为三部分，左侧为系统的菜单栏，右侧
阅读更多...
v0.dev快速开发

v0.dev快速开发

探索v0.dev：次世代开发者之利器 今之技艺日新月异，开发者之工具亦随之进步不辍。v0.dev者，新兴之开发者利器也，迅速引起众多开发者之瞩目。本文将引汝探究v0.dev之基本功能与优势，助汝速速上手，提升开发之效率。 何谓v0.dev？ v0.dev者，现代化之开发者工具也，旨在简化并加速软件开发之过程。其集多种功能于一体，助开发者高效编写、测试及部署代码。无论汝为前端开发者、后端开发者
阅读更多...
pico2 开发环境搭建-基于ubuntu

pico2 开发环境搭建-基于ubuntu

pico2 开发环境搭建-基于ubuntu 安装编译工具链下载sdk 和example编译example 安装编译工具链 sudo apt install cmake gcc-arm-none-eabi libnewlib-arm-none-eabi libstdc++-arm-none-eabi-newlib 注意cmake的版本，需要在3.17 以上 下载sdk 和ex
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2