Bras Robot éducatif- Arduino, ROS2 Etat de l'art Bras robot low-cost Modèles commerciaux fermés Niryo Ned 2 6DOF + Pince https://niryo.com/fr/produit/bras-robotise-6-axes/ https://github.com/NiryoRobotics DAGU Six-servo Robot Arm 5DOF Manipulateur + 1DOF Pince 6 servos 3x 13 kg.cm torque metal gear, 40.4 * 19.8 * 36 mm, 48g, 0.22s/60° 1x 3.2 kg.cm, 39.5 x20.0x35.5mm, 41g, 0.27s/60° 2x 2.3 kg.cm, 28 x14x29.8mm, 18g, 0.13/60° Carte de contrôle AREXX Intelligence Centre https://seafile.unistra.fr/d/693101e6046d4819a3af/ https://arexx.com/product/robot-arm/ www.arexx.com.cn Modèles Open Source https://github.com/AntoBrandi/Robotics-and-ROS-2-Learn-by-Doing-Manipulators Trossen Robotics ALOHA Stationary https://docs.trossenrobotics.com/trossen_arm/main/specifications.html https://docs.trossenrobotics.com/aloha_docs/2.0/specifications.html#aloha-stationary https://docs.trossenrobotics.com/aloha_docs/2.0/operation/stationary.html Solo Dimensions 1019D x 1066H x 1225W mm Leader Arms WidowX 250 S - Aloha Version Follower Arms ViperX 300 S - Aloha Version Camera 2x Intel RealSense D405 Chassis Modular Computer Coming Soon USB Hubs Yes 1X https://docs.trossenrobotics.com/aloha_docs/2.0/specifications.html#aloha-solo https://docs.trossenrobotics.com/aloha_docs/2.0/operation/solo.html Trossen Robotics (Interbotix) X-Series Arms https://docs.trossenrobotics.com/interbotix_xsarms_docs/specifications.html ALOHA WidowX-250 6DOF ALOHA ViperX-300 6DOF Waveshare RoArm 5DOF + pince Waveshare https://github.com/waveshareteam/roarm_ws https://www.waveshare.com/product/roarm-m3.htm?sku=30444 ROBOTIS OMX Follower: 5DOF + pince https://ai.robotis.com/omx/introduction_omx.html Leader: ROBOTIS Open Manipulator-P 5DOF + pince Modbus-RTU https://emanual.robotis.com/docs/en/platform/openmanipulator_p/overview/ ROBOTIS Open Manipulator-X https://emanual.robotis.com/docs/en/platform/openmanipulator_x/specification/#specification 4 DOF Manipulateur + 1 DOF Pince 6x Dynamixel XM430-W350 https://emanual.robotis.com/docs/en/dxl/x/xm430-w350/ Carte de contrôle Robotis OpenCR1.0 https://emanual.robotis.com/docs/en/parts/controller/opencr10/ SO-ARM100 https://github.com/TheRobotStudio/SO-ARM100 5 DOF Manipulateur + 1 DOF Pince 6 servos Feetech STS3215 https://www.feetechrc.com/en/2020-05-13_56655.html Waveshare Serial Bus Servo Driver Board https://www.waveshare.com/wiki/Bus_Servo_Adapter_(A) OU Feetech FE-URT-1 https://www.feetechrc.com/FE-URT1-C001.html https://github.com/huggingface/lerobot/blob/main/examples/10_use_so100.md https://medium.com/@sarohapranav/my-experiences-and-tips-for-creating-a-robotic-so100-arm-3df779a4aae7 https://github.com/JafarAbdi/ros2_so_arm100 pince compatible SO-ARM Waveshare https://www.waveshare.com/gripper-a.htm?sku=30386 Poppy Ergo JR 6DOF mais architecture semble optimisée pour faible le coût, qui n'a plus trop de sens avec le coût des servos Feetech. Une architecture 5DOF ou "typique industrielle" de type épaule poignet semble plus intéressante. https://www.poppy-education.org/robots/poppy-ergo-jr/ Cartes de contrôle OpenCR1.0 https://emanual.robotis.com/docs/en/parts/controller/opencr10/ STM32F746ZGT6 / 32-bit ARM Cortex®-M7 with FPU (216MHz, 462DMIPS)Reference Manual, Datasheet Programmer : ARM Cortex 10pin JTAG/SWD connectorUSB Device Firmware Upgrade (DFU)Serial Digital I/O 32 pins (L 14, R 18) *Arduino connectivity 5Pin OLLO x 4 GPIO x 18 pins PWM x 6 I2C x 1 SPI x 1 Communication Ports USB x 1 (Micro-B USB connector/USB 2.0/Host/Peripheral/OTG) TTL x 3 (B3B-EH-A / DYNAMIXEL) RS485 x 3 (B4B-EH-A / DYNAMIXEL) UART x 2 (20010WS-04) CAN x 1 (20010WS-04) Waveshare Serial Bus Servo Driver Board https://www.waveshare.com/wiki/Bus_Servo_Adapter_(A) Supports connecting to a host or MCU up to 253 ST/SC series serial bus servos RS485 UART pour contrôle depuis Arduino, ESP32, STM32 (RX-RX, TX-TX) USB pour contrôle via Raspberry, Jetson ou PC 9~12.6V voltage input (the input voltage and the servo voltage must be matched) Feetech FE-URT-1 https://www.feetechrc.com/FE-URT1-C001.html AREXX Intelligence Centre https://seafile.unistra.fr/d/693101e6046d4819a3af/ atmega168 MCU RS232 default baud rate is 115.2k Wifi wireless control reserve the ISP downloaded, you can download the MCU controller program using the STK500 ISP cable dual - Power Supply 6 ~ 12 V SCM power 4.8 ~ 6 V, 1.2A servo motor power [servo motor power supply Road 1-16 respectively, a 17-32 road supply port]) Servomoteurs Dynamixel XM430-W350 https://emanual.robotis.com/docs/en/dxl/x/xm430-w350/ 4.1 [N.m] (at 12.0 [V], 2.3 [A]) 46 [rev/min] (at 12.0 [V]) 10.0 ~ 14.8 [V] Operating Modes Current Control Mode Velocity Control Mode Position Control Mode (0 ~ 360 [°]) Extended Position Control Mode (Multi-turn) Current-based Position Control Mode PWM Control Mode (Voltage Control Mode) baud rate 9,600 [bps] ~ 4.5 [Mbps] TTL Half Duplex Asynchronous Serial Communication with 8bit, 1stop, No Parity RS485 Asynchronous Serial Communication with 8bit, 1stop, No Parity Feetech STS3215 https://www.feetechrc.com/en/2020-05-13_56655.html SO-ARM100 - Robotique éducative Les bases d'un bras robot https://docs.phospho.ai/learn/overview Pilotage bras robot avec Scratch https://www.poppy-education.org/activites/initiation-ergo-jr-et-scratch/ Pilotage du SO-ARM100 avec Phospho https://docs.phospho.ai/learn/overview Simulation et pilotage du SO-ARM100 avec ROS2 Attention avant d'utiliser le robot avec ROS2, il faut avoir calibré les servomoteurs, par ex. avec le script de calibration du projet LeRobot https://github.com/JafarAbdi/ros2_so_arm100 https://discourse.openrobotics.org/t/interactive-so-101-ik-in-ros-2-with-viser-robokin/53850 Jumeau numérique Pilotage de la simulation ou du vrai robot https://github.com/tessel-la/robo-boy Adapter le tuto suivant au SO-ARM100 : https://innovation.iha.unistra.fr/books/robotique-open-source/page/programmer-un-robot-avec-moveit2-jumeau-numerique Contrôle des moteurs par un GUI de "jogging" Joint Trajectory Controller ros2 run rqt_joint_trajectory_controller rqt_joint_trajectory_controller https://github.com/tessel-la/robo-boy Contrôle de l'outil sans collisions via le plugin MoveIt de RViz Cartesian Trajectory ros2 launch so_arm100_moveit_config moveit_rviz.launch.py Réalisation d'un programme en Python https://moveit.picknik.ai/main/doc/examples/motion_planning_python_api/motion_planning_python_api_tutorial.html#single-pipeline-planning-pose-goal # set plan start state to current state panda_arm.set_start_state_to_current_state() # set pose goal with PoseStamped message pose_goal = PoseStamped() pose_goal.header.frame_id = "panda_link0" pose_goal.pose.orientation.w = 1.0 pose_goal.pose.position.x = 0.28 pose_goal.pose.position.y = -0.2 pose_goal.pose.position.z = 0.5 panda_arm.set_goal_state(pose_stamped_msg=pose_goal, pose_link="panda_link8") # plan to goal plan_and_execute(panda, panda_arm, logger) En utilisant l'environnement de développement Jupyter Notebook https://moveit.picknik.ai/main/doc/examples/jupyter_notebook_prototyping/jupyter_notebook_prototyping_tutorial.html Pilotage du bras robot par LeRobot (IA, VR, etc.) Environnement Python sous Windows ou Linux Contrôle du bras par clavier ou manette Avec LeRobot+Phospho https://docs.phospho.ai/basic-usage/teleop ou avec ROS2+MoveIt2 https://moveit.picknik.ai/main/doc/examples/jupyter_notebook_prototyping/jupyter_notebook_prototyping_tutorial.html Contrôle du bras par Oculus Quest Compatible LeRobot (WIndows et Ubuntu) : alternative gratuite et open source à phospho https://github.com/vladfatu/telerobot Depuis Windows : Appli Oculus Phospho https://docs.phospho.ai/examples/teleop 222€ https://www.meta.com/en-gb/experiences/phospho-teleoperation/8873978782723478/ Depuis Ubuntu avec ROS2 et moveit_servo : https://github.com/ZorAttC/franka_vr https://moveit.picknik.ai/main/doc/examples/realtime_servo/realtime_servo_tutorial.html https://github.com/rail-berkeley/oculus_reader Enable Oculus Quest development mode Always allow USB debugging from this computer Connexion USB (ADB) ou wifi Autre : https://github.com/lts0429/teleoperation Contrôle du bras via un modèle d'IA https://docs.phospho.ai/basic-usage/inference Créer un compte huggingface.ia Sign In dans phosphobot Dans les paramètres, ajouter la clé d'API huggingface Par défaut l'inférence du modèle d'IA qui permet de piloter le robot depuis l'image des caméras tournera sur un GPU sur les serveurs de huggingface ou phospho On peut faire tourner l'inférence du modèle d'IA sur le PC local s'il a une bonne carte graphique NVidia Suivre ces instructions : https://github.com/phospho-app/phosphobot/tree/main/inference#setup-a-server Démarrer le serveur d'inférence uv uv run ACT/server.py --model_id= Appeler le serveur d'inférence depuis un script python : https://docs.phospho.ai/basic-usage/inference#2-call-your-inference-server-from-a-python-script Pilotage ST3215 depuis un ESP32 (embarqué, micro-ROS) Sans utiliser la carte de contrôle Feetech/Waveshare (5€) : https://github.com/sepastian/ESP32_ST3215 Pilotage bluetooth depuis un smartphone Utiliser l'ESP32 pour faire l'interface bluetooth vers une télécommande smartphone ? Avec ou sans carte de contrôle officielle (cf. ci-dessus) ? Micro-ROS avec bras robot approche pour grasping référencée capteur via un TOF-sensor https://micro.ros.org/docs/tutorials/demos/openmanipulator_demo/ Télécommander une pose relative de la pince via un capteur https://micro.ros.org/docs/tutorials/demos/moveit2_demo/ 6-DoF Inertial Measurement Unit (LSM6DSL), composed of an accelerometer and a gyroscope, and a 3-DoF magnetometer (LIS3MDL). The fusion of the measurements fetched by these sensors outputs the pose, or relative orientation of the board with respect to a fixed reference frame. ROS2 avec SO-ARM101 ROS2 et MoveIt2 Installer les paquets ROS2 du SO-ARM100 : Cloner le paquet dans un workspace ROS2 https://github.com/JafarAbdi/ros2_so_arm100 Cloner le submodule https://github.com/TheRobotStudio/SO-ARM100 dans so_arm100_description/SO-ARM100 (https://www.freecodecamp.org/news/how-to-use-git-submodules/) Ou simplement : mkdir -p ~/ws_so_arm100/src cd ~/ws_so_arm100/src git clone --recurse-submodules https://github.com/JafarAbdi/ros2_so_arm100 cd ~/ws_so_arm100 sudo rosdep init rosdep update && rosdep install --ignore-src --from-paths src -y colcon build --symlink-install # dans une VM ajouter --parallel-workers 1 source install/setup.bash ros2 launch so_arm100_moveit_config demo.launch.py hardware_type:=mock_components # hardware_type:=real for running with hardware Tester la démo en simulation : Lancer un des scripts : https://github.com/JafarAbdi/ros2_so_arm100?tab=readme-ov-file#usage Pilotage des servomoteurs : TTL, RS232, RS485 Modes de contrôle des servomoteurs Regarder la classification des constructeurs permet de se rendre compte des différentes manières de piloter un servomoteur : Feetech https://www.feetechrc.com/ Robotis : https://www.robotis.fr/index.php?id_category=7&controller=category https://emanual.robotis.com/docs/en/dxl/ https://www.dynamixel.com/ https://www.dynamixel.com/whatisdxl.php Cela va donc du contrôle PWM jusqu'aux bus et protocoles industriels : Servos de modélisme asservis en position "servo 180°" ou en vitesse "servo 360°" via signal PWM Feetech "PWM series servo" https://www.feetechrc.com/pwm%20series%20servo.html  https://arduino.blaisepascal.fr/conversion-numeriqueanalogique-pwm/ https://arduino.blaisepascal.fr/communication-2/ https://arduino.blaisepascal.fr/premiers-pas/faire-tourner-les-servos-2/ https://arduino.blaisepascal.fr/servo-suiveur/ https://arduino.blaisepascal.fr/les-servomoteurs/ https://arduino.blaisepascal.fr/controle-dun-servomoteur/ Servos pédagogiques Dynamixel "série X" ou Feetech "Smart Serial Bus Servo" TTL, ex. Feetech STS3235 RS485, ex. Feetech SMS.. Servos professionnels Dynamixel "série P" ou Feetech "Modbus RTU Series Servo", par ex. Modbus RTU https://celka.fr/ocw/plc-control/modbus/intro-modbus/intro/ Modbus TCP https://celka.fr/ocw/plc-control/modbus/modbus-tcp/modbus-tcp/ Introduction au contrôle PLC https://celka.fr/ocw/plc-control/modbus/intro-modbus/intro/ Protocoles de communication Dynamixel : Dynamixel Protocol 2.0 https://emanual.robotis.com/docs/en/dxl/protocol2/ Modbus RTU pour les Dynamixel Pro (PH, RH, PM) https://emanual.robotis.com/docs/en/dxl/p/ph42-020-s300-r/#protocol-type13 Feetech : Modbus RTU pour les modèles : https://www.feetechrc.com/modbus-rtu%20series%20servo.html Exemple servo 24V 24kg  https://www.feetechrc.com/24v-24kgcm-modbus-rtu%E8%88%B5%E6%9C%BA.html https://esp32io.com/tutorials/esp32-rs485 Transmission TTL et protocole RS485 Transmission série Avantages Câble plus fin, plus souple, moins coûteux. Connecteur simplifié, meilleur marché, plus vite monté. Plus de problème de synchronisation de signaux On ne transmet qu’un seul signal. Seules les horloges doivent être de fréquence très voisine, ce qui n’est pas difficile en électronique. Isolation diaphonique. Plus de risque d’interférence entre signaux, il n’y a qu’un seul signal. Utilisable sur des longueurs nettement plus importantes (km). Inconvénients Débit A une même fréquence, on transporte un seul bit à la fois. Electronique plus compliquée du côté émetteur et encore plus compliquée côté récepteur (synchronisation d’horloge). UART : Universal Asynchronous Receiver Transmitter. L’UART peut être désynchronisé, l’information reçue est alors invalide. Transmission série synchrone Transmission série asynchrone Exemple : port série RS232 du PC Exemple d’un adapteur FTDI USB-RS232 Transmission série asynchrone TTL Exemple de trame série (TTL) ‘1’ logique = +5V ‘0’ logique = 0V Transmission série asynchrone RS485 vs RS232 Transmission série asynchrone RS485 Liaisons multipoints Penser aux résistances de Terminaison de 120 Ω au début et à la fin de la liaison RS485. Half Duplex Définition Liaison bidirectionnelle. 1 canal de transmission est partagé : Il est utilisé dans un sens et dans l’autre. Une règle doit définir comment gérer l’accès au média. Moins cher, plus facile, mais plus lent. Exemple De nombreux bus de terrain, RS485, Topologie : Bus Principe Connections de toutes les stations sur un même câble Toujours half duplex. 2 topologies selon les possibilités techniques connexion en T "par prise vampire" chaînage Avantages Simplicité d’adjonction de stations. Fonctionne même en cas de panne d’une station. Transmission en diffusion ( broadcasting , multicasting Longueur de câble réduite. Inconvénients 1 seule station peut émettre à la fois. Les résistances de terminaison sont externes (à câbler). Liaison en chaîne : échange d’appareil impossible sans arrêt du système. Liaison en T : coûts de connexion plus importants. Exemples Connexion en prise vampire : ASi Profibus, Modbus Source : Cours IUT Haguenau - Département GEII - Automatisme Spé. 4 - Réseaux Locaux Industriels - Philippe Celka, le 28.02.2022 Philippe Celka Copyright © 2025 CC Attribution-Non Commercial-Share Alike 4.0 InternationalIntroduction à Modbus Protocole Modbus Introduction Modbus est un protocole de communication non propriétaire créé par Modicon en 1979. Les spécifications du protocole sont données librement sur le site de la Modbus Organization. Ce consortium a été créé par Schneider suite au rachat de Modicon en 1997 pour promouvoir Mobdus auprès des fabricants et utilisateurs. Modbus est très populaire dans les environnement industriels car c’est un protocole simple, facile à intégrer, efficace, fiable, ouvert et royalty-free ! Vous pouvez très facilement intégrer Modbus dans vos projets à base d’ESP32, Raspberry, STM32 … Le protocole Modbus était à l’origine un protocole sur bus série (Modbus RTU). Il a évolué pour s’intégrer aux technologies TCP/IP quand Ethernet est monté en puissance. On le retrouve dans les domaines de: gestion technique des bâtiments systèmes de management de l’énergie processus complexes d’automatisation industrielle C’est une couche applicative (niveau 7 OSI) qui se base sur les liaison séries ou sur les trames Ethernet et les couches TCP/IP. Stack de communication Modbus : On distingue les différents modes de communication : Modbus TCP : communication TCP/IP basée sur le modèle client/serveur Modbus RTU : transmission série asynchrone via RS-485, RS-232 ou RS-422. Modbus ASCII : similaire au protocole RTU, format sur 7 bit (utilisation très rare) Nous débuterons l’analyse du protocole suivant la chronologie avec l’étude du Mobdus RTU (Remote Terminal Unit) sur liaison série. Modbus RTU Principe du protocole Master / Slave utilisé en Modbus Serial La terminologie Master / Slave est remise en cause ces dernières années dans la communauté des développeurs et l’on évite de l’utiliser sur de nouveaux projets. Comme ces termes sont utilisés dans les spécifications officielles “Modbus Serial”, je continuerai des les employer sur cet exemple par cohérence avec les documentations. Principe de fonctionnement : Seul un Master (au même moment) est connecté au bus, et un ou plusieur (247 maxi) Slaves sont également connecté sur le bus. Une communication Modbus est toujours initié par le Master. Les Slaves ne vont jamais transmettre de données sans requête du Master. Les Slaves ne peuvent pas communiquer entre eux. Le Master peut initier une transaction avec le Slave suivant deux modes : mode unicast le Master s’adresse à un Slave individuel. Après réception de la requête et traitement de celle-ci, le Slave renvoie la réponse au Master. Dans ce mode, une transaction Modbus consiste en deux messages: la requête du Master (request) et la réponse du Slave (reply). Chaque Slave doit posseder une adresse unique (de 1 à 247) de manière à ce qu’il puisse être interrogé indépendament des autres Slaves. Le fait d’interroger les Slaves les uns à la suite des autres consiste à effectuer du “Polling”. mode broadcast le Master envoie un message à l’ensemble des Slaves. Les messages de broadcast sont forcément de type écriture. L’adresse 0 est reservée pour identifier un échange de type broadcast. Description du protocole Le protocole Modbus définie un Protocol Data Unit (PDU) indépendant des couches de communication. Il s’agit de la structure du message de base : Function Code représente le type d’ordre (lire, écrire) et les datas sont les paramètres de l’ordre (lire 4 registres mémoire depuis l’adresse 0x3214 par exemple). Empaqueter le protocole Modbus sur un bus série ou Ethernet nécessite des champs additionels au PDU. Sur une liaison Modbus série, l’Address field contient uniquement l’adresse du Slave. Le champ CRC contient un code de contrôle d’intégrité de message pour détecter les erreurs de transmission. Les règles d’adressage Modbus Les adresses des appareils (devices) Modbus sont codés sur 1 octet (8 bits). Il y a donc 256 adresses possibles. 0 From 1 to 247 From 248 to 255 Broadcast address Slave individual addresses Reserved L’adresse 0 est réservée comme adresse de broadcast. Le Master Modbus n’a pas d’adresse spécifique. Seuls les Slaves doivent posséder une adresse qui doît être unique sur le bus série. Le fait que les spécifications Modbus indiquent qu’il est possible d’affecter des adresses comprises entre 1 et 247 ne veut pas forcément dire que tous les fabricants permettent cet interval (certains fabricants limitent les adresses de 1 à 100). Les types de données Il y a deux types de données en Modbus, le bit et le Word (16 bits). Type d’objet Accès Exemple Discrete Input bit Read-Only Entrée TOR, fin de course, contact auxilliaire de disjoncteurs, … Coil bit Read-Write Sortie TOR, bit interne, RAZ d’un compteur d’énergie, … Input Register Word (16 bits) Read-Only Entrée analogique, lecture d’un capteur, … Holding Register Word (16 bits) Read-Write Sortie analogique, variable de programme (ex : temporisation, opérande d’un calcul,…) Valeur de paramétrage d’un équipement (ex: consigne de vitesse d’un variateur de fréquence,…) Input et Input Register correspondent à des entrées. Ce sont des variables que l’on peut uniquement accéder en lecture (Read-Only). Coil (bobine) et Holding Register correspondent à des sorties que l’on peut forcer (write) mais également lire (read). Un registre est codé sur 16 bits. Holding Register correspond ainsi à 16 Coil en mode Read-Write tandis que Input Register correspond à 16 entrées que l’on peut seulement acceder en lecture (Read-only). Rappel : 1 Word = 2 bytes = 16 bits 1 Register est codé sur un Word soit 16 bits Les fonctions Modbus Les “Function Code” correspondent aux types d’ordres, lire ou écrire par exemple, ainsi que le type d’accès (accès au niveau bit ou au niveau registre de 16 bits). Les fonctions sont identifiées par un code sur 8 bits qui peut être représenté en décimal ou en hexa. Bit access Code Hex Nom de fonction Commentaire 02 0x02 Read Discrete Inputs Physical Discrete Inputs 01 0x01 Read Coils Internal Bits or Physical coils 05 0x05 Write Single Coil Internal Bits or Physical coils 15 0x0F Write Multiple Coils Internal Bits or Physical coils 16-bit access (register) Code Hex Nom de fonction Commentaire 04 0x04 Read Input Register Physical Input Registers 03 0x03 Read Holding Registers Internal Registers or Physical Output Registers 06 0x06 Write Single Register Internal Registers or Physical Output Registers 16 0x10 Write Multiple Registers Internal Registers or Physical Output Registers Les tableaux ci-dessus ne sont pas exhaustif, il y a également des Function Code pour réaliser du diagnostique. Il faut savoir que les fabricants de matériel Modbus n’intègre pas forcément toutes les fonctions possibles. Les fonctions Modbus disponibles sont données dans la documentation technique du constructeur. Description d’une trame Modbus série Une communication Modbus série est définie par vitesse en bit/s ( 9600, 19200, 115200, autre ) 1 bit de start 8 bits de données (LSB envoyé en premier) 1 bit de parité 1 ou 2 bit de stop Classiquement, en Modbus RTU, c’est la parité paire (Even) qui est utilisée. Si l’on choisit de ne pas implémenter le contrôle de parité (None) il faut placer 2 bits de stop. Une trame Modbus RTU est composée a minima de 4 octets et au maximun de 256 octets. Chaque octet (byte) qui compose une trame Modbus est codé de la manière suivante : Une trame Modbus RTU Une trame Modbus RTU est ainsi composée : 1 byte pour Slave Address 1 byte pour Function Code 0 à 252 byte pour Data 2 bytes pour le CRC La taille maximale d’une trame Modbus RTU est de 256 bytes. Le CRC est calculé avec l’algo CRC-16-MODBUS. Acquisition d’une trame Modbus de type request Le décodage de trame Modbus intégré donne au format hexa la trame suivante : 01 03 00 01 00 02 95 CB On en déduit : Slave Address : 01 Function Code : 03 -> Read Holding Register Data : 00 01 00 02 CRC : 95 CB Pour Data, suivant les caractéristiques de la fonction 03 Read Holding Register, les deux premiers bytes 00 01 corresponde à l’adresse de registre de départ et les deux suivants 00 02 correspondent aux nombre de registres que l’on souhaite lire à partir du registre de départ. En résumé: la trame Modbus RTU suivante effectue la requête suivante -> Au Slave 01, donne la valeur des 00 02 premiers registres à partir de l’adresse mémoire 00 01. Branchement Modbus RTU en configuration 2 Wire Le branchement Modbus RTU classique est le “2 Wire” en conformité avec le standard RS-485. Sur un “2W-Bus”, seul un driver à la fois a la possibilité de transmettre un message. LT : Line Terminator, c’est les résistance de terminaison (polarisation) du Bus. Elles font classiquement 120Ω120Ω ou 150Ω150Ω Les résistances de terminaison sont placées au début du bus et à la fin du bus. Balanced Pair : Paire de fils torsadés qui constituent le support de transmission. On parle de topologie 2 fils (2-Wire), mais on se rend compte sur le schéma, que finalement, 3 fils sont utilisés avec la masse (Common). Modbus Name RS-485 Name Autre Nom Description D1 B D+ ou Data+ Transceiver Terminal 1 (V1>V0 for binary 1 [OFF] state) D0 A D- ou Data- Transceiver Terminal 0 (V0>V1 for binary 0 [ON] state) Common C 0v ou GND Commun, Masse (0V) En RS-485, à 9600 bit/s sur une paire torsadée en AWG26, on arrive à une longueur de bus maximale de 1000 m! Les résistances de polarisation (RPull−UpRPull−Up​ et RPull−DownRPull−Down​) permettent de limiter le bruit sur le bus quand il n’y a pas de communication. Les valeurs de ces résistances sont comprises entre 450Ω450Ω et 650Ω650Ω. Remarques : Il existe également des configurations de branchement en 4 fils (4-Wire) mais c’est rare. Connectique Modbus RTU En Modbus RTU RS-485, trois types de connecteurs connecteurs sont souvent utilisés : bornier à visser (ou borne automatique) connecteur DB9 connecteur RJ45 Bornier à visser : Sur le Wago Controller 100, la connexion se fait par un bornier automatique et utilise les abréviations D+ (D1 ou B) et D- (D0 ou A). L’abréviation GND est utilisée pour le commun (0V) et SH (Shield) pour une connexion au blindage. Connecteur DB9 : L’automate PFC200 de chez Wago utilise une connectique DB9 qui permet de réaliser des liaisons RS-485 ou RS232. Pour le Modbus RTU, c’est la RS-485 qui est classiquement utilisée. PFC200 WAGO Connecteur DB9 La documentation constructeur donne les informations suivantes pour la connectique DB9 du PFC200 en mode RS485. Contact Signal RS-485 Description 1 NC Not assigned 2 NC Not assigned 3 A (Tx/Rx+) Transmitt/receive Data+ 4 NC Not assigned 5 FB_GND Ground 6 FB_5V Power Supply 7 NC Not assigned 8 B (Tx/Rx-) Transmitt/receive Data- 9 NC Not assigned Housing Shield Shield On se rend compte que Wago ne respecte pas la norme Modbus dans ce produit ! Ils appellent A -> Data + et B -> Data - qui correspond à la dénomination Profibus de Siemens ! Si votre communication ne fonctionne pas, il suffit parfois d’inverser les fils A-B car le fabricant a mélangé la norme. Connecteur RJ45 Les fabricants utilisent aussi parfois un connecteur RJ45 pour les liaison RS-485 ! L’erreur est de croire que l’on peut connecter ce type d’appareils sur un switch ou sur le port RJ45 de votre PC. NE LE FAITES PAS ! Bien qu’il s’agisse d’un connecteur RJ45, il s’agit d’une liaison série qui est transportée et il faut donc l’associer à une interface série et non au port RJ45 de votre PC ou de votre switch ! Les fabricants adoptent parfois la connectique RJ45 car les câbles sont peu chers avec un branchement qui est facile et rapide. La documentation Wago donne l’association des broches du connecteur RJ45 : Pin Function 1 Ub 2 Ub 3 n.c. 4 A (Data+) 5 B (Data-) 6 n.c. 7 GND 8 GND Toujours la même erreur chez Wago. Ils appellent A -> Data+ et B -> Data- qui correspond à la dénomination Profibus de Siemens. Connexion RJ45 et DB9 selon spécifications Modbus Pin on RJ45 Pin on DB9 Level of requirement Modbus RS-485 Description 3 3 optional PMC - Port Mode Control 4 5 required D1 B Transceiver terminal 1, V1 Voltage (V1>V0 for binary 1 [OFF] state) 5 9 required D0 A Transceiver terminal 0, V0 Voltage (V0>V1 for binary 0 [ON] state) 7 2 recommended VP - Positive 5..24 Vdc Power Supply 8 1 required Common C Signal and Power Supply Common On se rend compte que Wago n’a pas suivi les recommandations de câblage fixées par la Modbus Organization, de nombreux fabricants font de même. Quand il s’agit d’appareillages d’un même constructeur, cela ne pose pas de soucis, par contre, il faut parfois inverser les signaux A et B quand on mélange les appareillages de fabricants différents sur un même bus Modbus RTU. En Modbus TCP, comme c’est sur du câble Ethernet, on n’a pas ce problème. Exemple : Modbus RTU avec un capteur de Température et Humidité Dans cet exemple, je vais connecter un capteur de température et d’humidité PKTH100B-CZ1 qui communique en Modbus RTU avec mon ordinateur portable. Pour que le PC portable puisse communiquer en RS-485, je lui ajoute un convertisseur FTDI USB-RS485, ainsi qu’un Oscilloscope pour visualiser les trames Modbus-RTU (côté didactique) Capteur PKTH100B-CZ1 FTDI USB-RS485 Oscilloscope L’analyse de la documentation du câble FTDI USB-RS485 nous donne les informations suivantes : Les câble USB-RS485 Signal Couleur de fil GND Noir (A) Data - Jaune +5V Rouge R de 120Ω120Ω pin 1 Brun (B) Data + Orange R de 120Ω120Ω pin 2 Vert Le capteur Terminals number 1 2 3 4 Identifying GND VCC B A Description Power- Power+ RS485- RS485+ On remarque que sur la documentation du capteur, le signal A est nommé RS485+ tandis que sur la document du convertisseur USB-RS485, le signal A est nommé Data - … On va rester pragramatique et brancher le fil A (jaune) sur le bornier A (4) du capteur et le fil B (Orange) du convertisseur vers la borne B (3) du capteur. Si jamais cela ne fonctionne pas, il suffira d’inverser ;) Les masses devant être communes, on branchera le fil GND (noir) du convertisseur à la borne GND (1) du capteur. Pour alimenter le capteur, j’utilise une alimentation de laboratoire de 24Vdc. Pareil, je brancherai le +24Vdc de l’alimentation à la borne VCC (2) du capteur et le 0V de l’alimentation à la borne GND (1) du capteur. Pour les résistances de terminaison de 120Ω120Ω, je fais le choix de ne pas les placer dans un premier temps car la longueur de bus est très faible. La manipulation La documentation (en chinois) indique les paramètres suivants : Vitesse de transmission : 9600 bit/s 8 bits de données Parity : None 1 Stop bit (non respect de la norme) Slave Address (factory) : 1 La document indique également que la requête à envoyer est une fonction de type 03 Read Holding Resgister à l’adresse de Slave 1 et que l’on lit à partir du registre mémoire 0 un nombre de 2 registres. La trame à envoyer avec le CRC est la suivante : 01 03 00 00 00 02 C4 0B J’utilise le logiciel QModMaster pour générer facilement la trame et et bien sur, cela ne fonctionne pas :( On va essayer d’inverser les fils A et B -> boum, ça fonctionne…bref Les différentes étapes de la configuration de qModMaster On le numéro du port Com utilisé par le convertisseur USB-RS485 avec le gestionnaire de périphériques Windows. On remarque que dans mon cas, c’est le COM5 qui lui a été attribué. Cela nous permet de paramétrer la liaison série RTU dans QModMaster avec le bon numéro de Com et l’on saisie également les paramètres de liaison du capteur de température (9600 bit/s 8bits de données 1 bit de stop et parity None) Gestionnaire de périphériques Config Serial dans QModMaster Dans QModMaster, je choisis le Mode RTU, le Slave Address à 1, le Function Code à 0x03 pour Read Holding Register, le Start Address à 0 et Number of Coils (Registers) à 2. Dans le Bus Monitor, on remarque que la trame de request vaut : 01 03 00 00 00 02 C4 0B -> ce qui était demandé par la doc, donc on est OK ! La trame de réponse (reply) du capteurs vaut : 01 03 04 01 28 02 22 FA BE QModMaster Bus Monitor Le décodage du résultat est donné directement par QModMaster: Le premier registre vaut : 296 en décimal Le second registre vaut : 546 en décimal La documentation du capteur indique que la valeur du premier registre correspond à la température multipliée par 10. On en déduit qu’il fait 29,6°C en cette journée d’août -> c’est OK L’humidité multipliée par 10 est dans le second registre. On en déduit que l’humidité relative Hr=54.6%Hr​=54.6% ce qui est conforme. Méthode de décodage à partir de la trame de réponse La trame de réponse (reply) du capteurs vaut : 01 03 04 01 28 02 22 FA BE . On peut décoder le contenu de la manière suivante : 01: correspond à l’adresse du capteuur qui donne la réponse 03: indique qu’il répond à une réquête de type 03 Read Holding Register 04: c’est la valeur de la fonction 03 + 1 pour dire que tout c’est bien passé ! 01 28: c’est la valeur en hexa du contenu du premier registre avec 01 l’octet de poids fort et 28 l’octet de poids faible. Converti en décimal, on obtient 296 02 22: correspond à la valeur en hexa du second registre. Converti en décimal, on obtient 546. FA BE: correspond au CRC de la trame de réponse. Capture des trames Modbus RTU avec l’oscilloscope On peut observer la trame de request générée par QModMaster qui vaut 01 03 00 00 00 02 C4 0B Et la trame de réponse du capteur qui vaut 01 03 04 01 28 02 22 FA BE Source https://celka.fr/ocw/plc-control/modbus/intro-modbus/intro/ Philippe Celka Copyright © 2025 CC Attribution-Non Commercial-Share Alike 4.0 International