Перейти к содержанию

📡 Протокол Modbus RTU для JXCT 7-в-1

Дата: Июль 2025 Версия: 3.10.0

Автор: JXCT Development Team

📋 Содержание

📖 Содержание

  1. 📋 Обзор
  2. 🔧 Технические характеристики
  3. 📊 Карта регистров
  4. 🔍 Примеры протокола
  5. 🔧 Схема подключения ESP32
  6. ⚡ Оптимизация производительности
  7. 🐛 Отладка и диагностика
  8. 🔒 Безопасность
  9. 📋 Связанная документация

📋 Обзор

Датчик JXCT 7-в-1 использует протокол Modbus RTU через интерфейс RS485 для передачи данных измерений почвы. Этот документ содержит полную техническую спецификацию протокола.

🔧 Технические характеристики

Настройки порта (UART2)

Параметр            │ Значение
────────────────────┼─────────────
Скорость передачи   │ 9600 baud
Биты данных         │ 8 bits
Четность            │ None (N)
Стоп биты           │ 1 bit
Управление потоком  │ None
Формат              │ 8N1
Интерфейс           │ RS485 полудуплекс

Параметры MODBUS

Параметр                │ Значение
────────────────────────┼─────────────
Протокол                │ Modbus RTU
Адрес устройства        │ 1 (по умолчанию, настраивается)
Функция чтения          │ 0x03 (Read Holding Registers)
Функция записи          │ 0x06 (Write Single Register)
Таймаут ответа          │ 1000 мс
Максимум попыток        │ 3
Интерфейс               │ RS485 полудуплекс

📊 Карта регистров

Основные измерения

Регистр │ Адрес │ Параметр           │ Формула        │ Единицы │ Диапазон
────────┼───────┼────────────────────┼────────────────┼─────────┼──────────────
0x0006  │ 6     │ pH почвы           │ значение ÷ 100 │ pH      │ 0.00-14.00
0x0012  │ 18    │ Влажность почвы    │ значение ÷ 10  │ %       │ 0.0-100.0
0x0013  │ 19    │ Температура почвы  │ значение ÷ 10  │ °C      │ -10.0-50.0
0x0015  │ 21    │ Электропроводность │ как есть       │ µS/cm   │ 0-20000
0x001E  │ 30    │ Азот (N)           │ как есть       │ мг/кг   │ 0-2000
0x001F  │ 31    │ Фосфор (P)         │ как есть       │ мг/кг   │ 0-2000
0x0020  │ 32    │ Калий (K)          │ как есть       │ мг/кг   │ 0-2000

Системные регистры

Регистр │ Адрес │ Параметр           │ Формула        │ Единицы │ Доступ
────────┼───────┼────────────────────┼────────────────┼─────────┼────────────
0x0007  │ 7     │ Версия прошивки    │ как есть       │ версия  │ Только чтение
0x0008  │ 8     │ Калибровка         │ как есть       │ флаги   │ Чтение/запись
0x000B  │ 11    │ Статус ошибок      │ как есть       │ флаги   │ Только чтение
0x000C  │ 12    │ Адрес устройства   │ как есть       │ адрес   │ Чтение/запись

🔍 Примеры протокола

1. Чтение pH почвы (регистр 0x0006)

Запрос: 

Байт │ Hex │ Описание
─────┼─────┼─────────────────────────────
0    │ 01  │ Адрес устройства (1)
1    │ 03  │ Функция (Read Holding Registers)
2    │ 00  │ Адрес регистра (High byte)
3    │ 06  │ Адрес регистра (Low byte) - 0x0006
4    │ 00  │ Количество регистров (High byte)
5    │ 01  │ Количество регистров (Low byte) - 1
6    │ 64  │ CRC16 (High byte)
7    │ 0B  │ CRC16 (Low byte)

Ответ: 

Байт │ Hex │ Описание
─────┼─────┼─────────────────────────────
0    │ 01  │ Адрес устройства (1)
1    │ 03  │ Функция (Read Holding Registers)
2    │ 02  │ Количество байт данных (2)
3    │ 02  │ Значение pH (High byte)
4    │ BC  │ Значение pH (Low byte)
5    │ 38  │ CRC16 (High byte)
6    │ 05  │ CRC16 (Low byte)

Расчет значения: 

Hex значение: 0x02BC = 700 (decimal)
pH = 700 ÷ 100 = 7.00

2. Чтение температуры почвы (регистр 0x0013)

Запрос: 

01 03 00 13 00 01 74 0F

Ответ: 

01 03 02 00 ED 78 B8

Расчет значения: 

Hex значение: 0x00ED = 237 (decimal)
Температура = 237 ÷ 10 = 23.7°C

3. Чтение нескольких регистров (NPK)

Запрос (регистры 0x001E-0x0020): 

01 03 00 1E 00 03 65 CC

Ответ: 

01 03 06 01 5E 01 F3 03 D6 XX XX

Расчет значений: 

Азот (N):    0x015E = 350 мг/кг
Фосфор (P):  0x01F3 = 499 мг/кг
Калий (K):   0x03D6 = 982 мг/кг

🔧 Схема подключения ESP32

Физическое подключение

RS-485 интерфейс

  • Используется трансивер SP3485E
  • Скорость передачи: до 10 Mbps
  • Защита от ESD: ±15kV HBM
  • Питание: 3.3V (оптимально для ESP32)

Подключение SP3485E

ESP32 GPIO   │ SP3485E Pin │ Функция
─────────────┼────────────┼──────────────────────────────────
GPIO16       │ RO         │ Receive Output (к UART RX)
GPIO17       │ DI         │ Data Input (от UART TX)
GPIO4        │ DE         │ Driver Enable (управление передатчиком)
GPIO5        │ RE         │ Receiver Enable (управление приемником)
GND          │ GND        │ Общий провод
3.3V         │ VCC        │ Питание модуля

Важность раздельного управления DE и RE

  • DE (Driver Enable) - управляет передатчиком:
  • HIGH: передатчик активен (для отправки данных)
  • LOW: передатчик в высокоимпедансном состоянии
  • RE (Receiver Enable) - управляет приемником:
  • HIGH: приемник отключен (во время передачи)
  • LOW: приемник активен (для приема данных)

Раздельное управление этими пинами обеспечивает: 1. Более точный контроль над временем переключения 2. Возможность тонкой настройки задержек 3. Предотвращение коллизий на шине RS-485 4. Улучшенную помехозащищенность

Временные диаграммы переключения

DE ──┐          ┌────────┐          ┌────────
     │          │        │          │
     └──────────┘        └──────────┘

RE ──┐          ┌────────┐          ┌────────
     │          │        │          │
     └──────────┘        └──────────┘
     ├─ прием ──┤├─ передача ─┤├─ прием ──┤

     │◄─ 50µs ─►│          │◄─ 50µs ─►│

Задержки переключения: - 50 микросекунд перед передачей (preTransmission) - 50 микросекунд после передачи (postTransmission)

Подключение к датчику JXCT

Transceiver  │ JXCT Sensor │ Цвет провода │ Функция
─────────────┼─────────────┼──────────────┼─────────────────
A+ Terminal  │ A+          │ Желтый       │ RS485 Data+
B- Terminal  │ B-          │ Синий        │ RS485 Data-

Питание датчика (отдельное!)

Источник     │ JXCT Sensor │ Цвет провода │ Функция
─────────────┼─────────────┼──────────────┼─────────────────
12-24V DC+   │ VCC         │ Красный      │ Питание датчика
GND          │ GND         │ Черный       │ Общий минус

⚙️ Реализация в коде ESP32

Инициализация UART и SP3485E

void setupModbus() {
    // Настройка UART2 для Modbus
    Serial2.begin(9600, SERIAL_8N1, MODBUS_RX_PIN, MODBUS_TX_PIN);

    // Настройка пинов SP3485E
    pinMode(MODBUS_DE_PIN, OUTPUT);    // GPIO4
    pinMode(MODBUS_RE_PIN, OUTPUT);    // GPIO5
    digitalWrite(MODBUS_DE_PIN, LOW);  // Передатчик выключен
    digitalWrite(MODBUS_RE_PIN, LOW);  // Приемник включен

    // Инициализация Modbus
    node.begin(SENSOR_ID, Serial2);

    // Настройка обработчиков переключения режима
    node.preTransmission(preTransmission);   // Перед передачей
    node.postTransmission(postTransmission); // После передачи
}

// Управление направлением передачи SP3485E
void preTransmission() {
    digitalWrite(MODBUS_DE_PIN, HIGH);  // Режим передачи
    delayMicroseconds(50);
}

void postTransmission() {
    delayMicroseconds(50);
    digitalWrite(MODBUS_RE_PIN, LOW);   // Режим приема
}

Чтение данных

void readSensorData() {
    // Чтение pH
    uint8_t result = modbus.readHoldingRegisters(0x0006, 1);
    if (result == modbus.ku8MBSuccess) {
        uint16_t ph_raw = modbus.getResponseBuffer(0);
        float ph = ph_raw / 100.0;
    }

    // Чтение температуры
    result = modbus.readHoldingRegisters(0x0013, 1);
    if (result == modbus.ku8MBSuccess) {
        uint16_t temp_raw = modbus.getResponseBuffer(0);
        float temperature = temp_raw / 10.0;
    }

    // Чтение NPK (3 регистра за один запрос)
    result = modbus.readHoldingRegisters(0x001E, 3);
    if (result == modbus.ku8MBSuccess) {
        uint16_t nitrogen = modbus.getResponseBuffer(0);
        uint16_t phosphorus = modbus.getResponseBuffer(1);
        uint16_t potassium = modbus.getResponseBuffer(2);
    }
}

🛠️ Диагностика и отладка

Коды ошибок ModbusMaster

Код │ Константа              │ Описание
────┼────────────────────────┼─────────────────────────────
0   │ ku8MBSuccess           │ Успешное выполнение
1   │ ku8MBIllegalFunction   │ Недопустимая функция
2   │ ku8MBIllegalDataAddress│ Недопустимый адрес данных
3   │ ku8MBIllegalDataValue  │ Недопустимое значение данных
4   │ ku8MBSlaveDeviceFailure│ Ошибка ведомого устройства
224 │ ku8MBInvalidSlaveID    │ Недопустимый ID устройства
225 │ ku8MBInvalidFunction   │ Недопустимая функция
226 │ ku8MBResponseTimedOut  │ Таймаут ответа
227 │ ku8MBInvalidCRC        │ Ошибка CRC

Проверка связи

bool testModbusConnection() {
    logSystem("Тест связи с датчиком JXCT...");

    // Попытка чтения версии прошивки
    uint8_t result = modbus.readHoldingRegisters(0x0007, 1);

    if (result == modbus.ku8MBSuccess) {
        uint16_t version = modbus.getResponseBuffer(0);
        logSuccess("Датчик найден! Версия прошивки: %d.%d",
                  (version >> 8) & 0xFF, version & 0xFF);
        return true;
    } else {
        logError("Ошибка связи с датчиком: %d", result);
        return false;
    }
}

🔍 Расчет CRC16

MODBUS RTU использует CRC16 с полиномом 0xA001:

uint16_t calculateCRC16(uint8_t* data, size_t length) {
    uint16_t crc = 0xFFFF;

    for (size_t i = 0; i < length; i++) {
        crc ^= (uint16_t)data[i];
        for (int j = 0; j < 8; j++) {
            if (crc & 0x0001) {
                crc = (crc >> 1) ^ 0xA001;
            } else {
                crc = crc >> 1;
            }
        }
    }

    return crc;
}

🚨 Типичные проблемы и решения

1. Таймаут ответа (ku8MBResponseTimedOut)

Причины: - Неправильное подключение A+/B- - Неисправность кабеля RS485 - Неправильный адрес устройства - Проблемы с питанием датчика

Решение: 

// Проверка подключения
if (!testModbusConnection()) {
    logError("Проверьте подключение RS485 и питание датчика");
}

2. Ошибка CRC (ku8MBInvalidCRC)

Причины: - Помехи в линии RS485 - Плохое качество кабеля - Неправильная скорость передачи

Решение: - Использовать экранированный кабель - Проверить заземление - Добавить терминальные резисторы (120 Ом)

3. Недопустимый адрес данных (ku8MBIllegalDataAddress)

Причины: - Запрос несуществующего регистра - Различия в версиях прошивки датчика

Решение: 

// Проверка поддерживаемых регистров
const uint16_t test_registers[] = {0x0006, 0x0012, 0x0013, 0x0015};
for (int i = 0; i < 4; i++) {
    uint8_t result = modbus.readHoldingRegisters(test_registers[i], 1);
    if (result != modbus.ku8MBSuccess) {
        logWarn("Регистр 0x%04X недоступен: %d", test_registers[i], result);
    }
}

📐 Валидация данных

Допустимые диапазоны

bool validateSensorData(SensorData& data) {
    // Температура: -45°C до +115°C (диапазон датчика JXCT 7-in-1)
    if (data.temperature < SENSOR_TEMP_MIN || data.temperature > SENSOR_TEMP_MAX) return false;

    // Влажность: 0% до 100%
    if (data.humidity < SENSOR_HUMIDITY_MIN || data.humidity > SENSOR_HUMIDITY_MAX) return false;

    // pH: 3.0 до 9.0 (рабочий диапазон датчика JXCT 7-in-1)
    if (data.ph < SENSOR_PH_MIN || data.ph > SENSOR_PH_MAX) return false;

    // EC: 0 до 10000 µS/cm (рабочий диапазон датчика JXCT 7-in-1)
    if (data.ec < SENSOR_EC_MIN || data.ec > SENSOR_EC_MAX) return false;

    // NPK: 0 до 1999 мг/кг (рабочий диапазон датчика JXCT 7-in-1)
    if (data.nitrogen < SENSOR_NPK_MIN || data.nitrogen > SENSOR_NPK_MAX) return false;
    if (data.phosphorus < SENSOR_NPK_MIN || data.phosphorus > SENSOR_NPK_MAX) return false;
    if (data.potassium < SENSOR_NPK_MIN || data.potassium > SENSOR_NPK_MAX) return false;

    return true;
}

📋 Справочная информация

Документация производителя

  • Производитель: JXCT (Jingxun Changtong)
  • Модель: JXBS-3001 7-in-1 Soil Sensor
  • Интерфейс: RS485 Modbus RTU
  • Питание: 12-24V DC
  • Протокол: Modbus RTU

Связанные файлы проекта

  • src/modbus_sensor.h - Определения констант и структур
  • src/modbus_sensor.cpp - Реализация функций
  • include/jxct_config_vars.h - Настройки пинов
  • docs/API.md - REST API документация

Документ обновлен для версии JXCT v3.10.0

📞 Поддержка

💬 Связь с разработчиками

📚 Дополнительные ресурсы

🔗 Полезные ссылки