当前智能汽车上一般配置有12路超声波雷达，这些专用超声波雷达内置了MCU，直接输出数字化的测距结果，一般硬件接口采用串口RS485，通信协议采用modbus。

一、RS485与RS232（UART）有什么不同？

1.接口物理结构

• RS232接口通常以9个引脚（DB-9）或25个引脚（DB-25）的形态出现，常见于个人计算机上，通常标记为COM1和COM2。

• RS485接口则没有具体的物理形状，它是根据工程实际情况而选择的接口。

2.接口电子特性

• RS232接口的信号电平值较高，任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。逻辑“1”为-3~-15V，逻辑“0”为+3~+15V，噪声容限为2V。这种高电平容易损坏接口电路的芯片，且与TTL电平不兼容，需要电平转换电路才能与TTL电路连接。

• RS485接口则采用差分信号传输，逻辑“1”以两线间的电压差+2V~+6V表示，逻辑“0”以两线间的电压差-6V~-2V表示。这种信号电平较低，不易损坏接口电路芯片，且与TTL电平兼容，方便与TTL电路连接。

3.通讯距离

• RS232适合本地设备的通信，传输距离相对较短，一般限制在20米以内，最大标准值为15米，且只能点对点通讯。

• RS485则具有更远的传输距离，从几十米到上千米不等，最大无线传输距离可达1200米。

4.多点通讯支持

• RS232通常用于单端一对一通信（一主一从），在总线上只允许连接1个收发器，不支持多站收发能力。

• RS485则支持一对多（一主多从）通信，在总线上允许连接多达128个收发器，具有多站通讯能力，方便建立设备网络。

5.传输速率

• RS232的传输速率相对较低，最大速率为20kB/s。

• RS485的传输速率则更高，最大传输速率可达10Mbps。

6.通讯线选择

• RS232可以采用三芯双绞线、三芯屏蔽线等。

• RS485则可以采用两芯双绞线、两芯屏蔽线等。

7.传输规范

• RS232是一种异步串口协议，采用异步传输方式，数据帧中不包含时钟信号，通过起始位和停止位确定数据传输时序。

• RS485则是一种半双工同步协议，采用差分传输方式，具有更好的抗干扰性。

二、Modbus协议是什么？

Modbus协议是一种串行通信协议，由Modicon公司（现为施耐德电气Schneider Electric）于1979年提出，用于可编程逻辑控制器（PLC）的通信。以下是对Modbus协议的主要特点和详细解释：

1.定义与标准

• Modbus协议已经成为工业领域通信协议的业界标准（De facto），并且是工业电子设备之间常用的连接方式。

• 它是一种基于主从结构的通信协议，定义了一系列规范和命令格式，用于实现不同设备之间的数据传输和通信。

2.版本与变种

• Modbus协议存在多种版本和变种，以适应不同的网络和接口需求。例如，有Modbus RTU（远程终端单元）和Modbus ASCII两种串行通信变种，以及Modbus/TCP用于TCP/IP网络。

• Modbus RTU采用二进制表示数据，具有紧凑和高效的特点；而Modbus ASCII则是一种人类可读的表示方式，但相对冗长。

3.特性与优势

• 免费且公开：Modbus协议是公开发表且无版权要求的，这使得它得到了广泛的应用。

• 支持多种接口：Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传输，如双绞线、光纤、无线等。

• 简单易懂：Modbus的帧格式简单，易于开发和部署。

• 可靠性好：Modbus协议需要对数据进行校验，确保数据传输的可靠性。在串行协议中，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验。

4.应用与架构

• Modbus协议被广泛应用于工业自动化领域，用于各种设备间的数据交换和通信。

• 它采用主从方式定时收发数据，在串行和MB+网络中，只有被指定为主节点的节点可以启动一个命令。

• Modbus应用协议是OSl模型第7层上的应用层报文传输协议，用于在通过不同类型的总线或网络连接设备之间的客户机/服务器通信。

5.数据模型与功能

• Modbus的数据模型是以一组具有不同特征的表为基础建立的，包括离散量输入、线圈、输入寄存器、保持寄存器4个基本表。

• Modbus应用协议使用功能码列表来读或写数据，或者在远程服务器上进行远程读/写寄存器列表、读/写比特列表、诊断以及标识等处理。

三、如果让你设计一款 12路车载超声波雷达，采用 stm32F103+HC-SR04超声波模块，对外提供RS485和Modbus协议，你的设计方案是什么？

（1）系统概述

本设计旨在开发一款12路车载超声波雷达系统，采用STM32F103作为主控制器，结合HC-SR04超声波模块实现距离测量。系统通过RS485接口和Modbus协议与外部设备通信，提供稳定可靠的数据传输和交互功能。

（2）硬件设计

1. 主控制器：采用STM32F103微控制器，具备高性能、低功耗和丰富的外设接口，满足系统对实时性和处理能力的需求。

2. 超声波模块：选用HC-SR04超声波模块，该模块具有测量范围远、精度高等优点，适用于车载雷达系统。通过STM32F103的GPIO端口与模块连接，实现距离测量功能。

3. RS485接口：采用RS485通信接口，实现与外部设备的长距离、高速率数据传输。选用合适的RS485收发器，将STM32F103的UART端口转换为RS485接口，实现数据通信。

4. 电源管理：设计合适的电源管理电路，为系统提供稳定的电源供应。考虑车载环境的特殊性，采用宽电压输入设计，保证系统在各种电压波动下均能正常工作。

（3）软件设计

1. 驱动程序：编写STM32F103的驱动程序，包括GPIO、UART等外设的初始化和配置。确保与HC-SR04超声波模块和RS485收发器的正常通信。

2. 超声波测距算法：根据HC-SR04超声波模块的工作原理，编写测距算法。通过STM32F103的定时器功能，精确测量超声波从发射到接收的时间，进而计算出距离值。

3. Modbus协议实现：在STM32F103上实现Modbus协议栈，包括数据帧的封装、解析和通信流程控制等。通过RS485接口与外部设备进行数据交换，支持Modbus RTU和ASCII两种模式。

4. 应用程序：编写应用程序，实现系统的整体功能和逻辑控制。包括超声波测距的周期性触发、数据处理和存储、Modbus通信的发起和响应等。

（4）系统测试与优化

1. 功能测试：对系统进行全面的功能测试，确保各个模块和接口均能正常工作。测试内容包括超声波测距的精度和稳定性、RS485通信的可靠性和速率等。

2. 性能优化：根据测试结果对系统进行性能优化，包括调整超声波测距算法的参数、优化Modbus通信的帧格式和通信流程等。以提高系统的整体性能和稳定性。

3. 抗干扰设计：考虑车载环境的复杂性和电磁干扰问题，在硬件和软件上采取相应的抗干扰措施。如采用差分信号传输、增加滤波电路、优化通信协议等。

通过以上设计方案，可以开发出一款稳定可靠、功能丰富的12路车载超声波雷达系统，满足车载雷达应用的需求。