4、通信协议基础：串口通信(RS232/485)、TCP/IP通信、Modbus协议、CAN总线简介

各位同学好，我是老张。今天咱们聊聊通信协议这块硬骨头。

做模组校准，说白了就是让电脑和你的设备「说上话」。设备听不懂人话，它只认电信号。那怎么让它们沟通顺畅？这就得靠通信协议了。

我刚开始带项目那会儿，就吃过通信不稳定的亏。校准数据发过去，设备要么没反应，要么回一堆乱码。后来才明白，不是硬件坏了，是协议没选对，或者参数没配好。

今天我把最常用的四种协议串一遍：串口、TCP/IP、Modbus、CAN。你想想看，搞懂这些，产线上百分之九十的通信问题你都能搞定。

4.1 串口通信：RS232 与 RS485

串口通信，这是最基础、最常用的方式。说白了就是一根线发数据，一根线收数据，再加一根地线。简单粗暴，但够用。

RS232：点对点通信，距离短（15米左右），速率不高。我早期做传感器标定时就用它。优点是简单，电脑自带COM口就能用。缺点是抗干扰差，距离一长就丢包。

RS485：这个就厉害了。差分信号传输，抗干扰强，距离能到1200米，还能挂多个设备（最多256个）。产线上我基本都用RS485。

串口参数配置，记住这五个：

• 波特率：常见9600、115200。越高越快，但越容易出错。我一般用115200，平衡速度和稳定性。
• 数据位：通常8位。7位很少用了。
• 停止位：1位或2位。我习惯用1位。
• 校验位：None、Even、Odd。产线上我一般不用校验，省事。但关键数据建议用Even。
• 流控制：None。硬件流控制容易出问题，我从来不用。

// Python 串口通信示例
import serial

ser = serial.Serial(
    port='COM3',        // 端口号，Linux下是/dev/ttyUSB0
    baudrate=115200,    // 波特率
    bytesize=8,         // 数据位
    parity='N',         // 无校验
    stopbits=1,         // 1位停止位
    timeout=0.5         // 超时0.5秒
)

// 发送指令
ser.write(b'\xAA\x55\x01\x02\x03\x04')

// 读取响应
response = ser.read(10)
print(response.hex())

ser.close()

4.2 TCP/IP 通信

现在很多设备都带网口了。TCP/IP通信，说白了就是通过网络传数据。好处是速度快、距离远、稳定。

TCP是面向连接的。先建立连接（三次握手），再传数据，最后断开。保证数据不丢、不乱序。做标定工具时，我基本都用TCP，不用UDP。为什么？UDP不可靠，丢包了你都不知道。

// Python TCP 客户端示例
import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(('192.168.1.100', 502))  // 设备IP和端口

// 发送数据
client.send(b'\x01\x03\x00\x00\x00\x01')

// 接收数据
response = client.recv(1024)
print(response.hex())

client.close()

这里有个坑：TCP是流式协议，没有消息边界。你发两次数据，对方可能一次收到。所以应用层要自己定义帧格式，比如加帧头帧尾、长度字段。

4.3 Modbus 协议

Modbus是工业领域的事实标准。它定义了一套通用的数据读写规则。说白了，就是告诉你怎么「问」，设备怎么「答」。

Modbus有两种常见形式：

• Modbus RTU：基于串口（RS232/485）。数据用二进制传输，紧凑高效。
• Modbus TCP：基于以太网。就是把RTU的帧包在TCP包里发。

Modbus的帧结构很简单：

地址	功能码	数据	校验
1字节	1字节	N字节	2字节(CRC)

常用的功能码就几个：

• 0x03：读取保持寄存器。读参数用这个。
• 0x06：写单个寄存器。写参数用这个。
• 0x10：写多个寄存器。批量写数据用这个。

// Modbus RTU 读取寄存器示例（C语言风格伪代码）
// 发送：01 03 00 00 00 01 84 0A
// 含义：地址1，功能码03，起始地址0，读1个寄存器，CRC校验

// 接收：01 03 02 00 0A 38 43
// 含义：地址1，功能码03，2字节数据，数据值0x000A，CRC校验

// Python 用 pymodbus 库更简单
from pymodbus.client import ModbusSerialClient

client = ModbusSerialClient(method='rtu', port='COM3', baudrate=115200)
client.connect()

result = client.read_holding_registers(0, 1, unit=1)
print(result.registers[0])  // 打印寄存器值

client.close()

4.4 CAN 总线简介

CAN总线，汽车和高端工业设备用得最多。它也是差分信号，但比RS485更智能。

CAN的特点：

• 多主通信：任何设备都可以主动发数据，不用等主机问。
• 实时性好：优先级高的消息先发，不会堵车。
• 错误处理强：硬件自动检测错误，自动重发。

CAN的帧结构：

帧起始	仲裁场(ID)	控制场	数据场	CRC	ACK	帧结束
1位	11/29位	6位	0-8字节	15位	2位	7位

做标定工具时，CAN用得相对少一些。但如果你做汽车电子相关的模组校准，那就绕不开它。

// Python CAN 通信示例（使用 python-can 库）
import can

bus = can.interface.Bus(bustype='pcan', channel='PCAN_USBBUS1', bitrate=500000)

// 发送CAN消息
msg = can.Message(
    arbitration_id=0x123,  // 消息ID
    data=[0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08],  // 8字节数据
    is_extended_id=False   // 标准帧
)
bus.send(msg)

// 接收CAN消息
received_msg = bus.recv(timeout=1.0)
print(f"ID: {hex(received_msg.arbitration_id)}, Data: {received_msg.data.hex()}")

bus.shutdown()

4.5 如何选择通信协议？

嗯，这里我直接给结论：

• 距离短、设备少、速度要求不高：用RS232。简单，成本低。
• 距离远、设备多、环境噪声大：用RS485 + Modbus RTU。产线标配。
• 需要高速、长距离、方便调试：用TCP/IP + Modbus TCP。网口就是方便。
• 实时性要求高、多设备主动上报：用CAN总线。汽车电子必备。

我个人习惯是：能上网口就上网口，不行就485。232基本只在实验室用用。

好了，通信协议这块就聊到这儿。这些基础打牢了，后面写标定工具的时候，你就能把精力放在算法上，而不是跟通信较劲。

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