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issue #30 » 一主一从RS485读取温度.md

鑫阳 张, 08/07/2026 06:44 AM

  
# 一主一从 RS485 读取 DS18B20 温度说明

## 项目目标

本项目实现一个主机通过 RS485 总线读取从机 DS18B20 温度，并在主机端通过串口和 OLED 显示温度结果。

当前验证通过的结构是：

​```text
主机 STM32  <->  主机 RS485 模块  <==== A/B 差分总线 ====>  从机 RS485 模块  <->  从机 STM32  <->  DS18B20

主机负责轮询从机，从机收到查询帧后读取 DS18B20 温度，并通过 RS485 返回温度数据。

系统功能

当前系统包含以下功能：

  1. 主机定时发送温度查询帧。
  2. 从机接收主机查询帧。
  3. 从机读取本地 DS18B20 温度。
  4. 从机将温度打包成协议帧并通过 RS485 返回。
  5. 主机解析从机回复帧。
  6. 主机通过串口打印温度。
  7. 主机通过 OLED 显示温度。
  8. 主机代码保留从机地址数组，后续可扩展多个从机地址。

硬件组成

主机端

主机端主要硬件包括：

STM32F407
RS485 模块
OLED 显示屏
调试串口

主机端作用：

发送查询命令
接收从机回复
解析温度数据
显示温度

从机端

从机端主要硬件包括：

STM32F407
RS485 模块
DS18B20 温度传感器

从机端作用：

等待主机查询
读取 DS18B20 温度
回复温度数据

RS485 通信原理

RS485 使用差分信号传输数据，主要依靠 A/B 两根线之间的电压差判断逻辑状态。

RS485 总线不是看 A 对地或 B 对地的单独电压，而是看：

A - B

或者：

B - A

只要 A/B 之间存在有效差分电压，就说明总线上有设备在驱动信号。

本项目使用 TTL 转 RS485 模块。STM32 的 UART 信号先进入 RS485 芯片，再由 RS485 芯片转换成 A/B 差分信号。

RS485 模块连接

主机 STM32 与主机 RS485 模块连接

主机使用 USART1 与 RS485 模块通信。

STM32 主机引脚 功能 RS485 模块 TTL 侧
PA9 USART1_TX RS485_IN_TX
PA10 USART1_RX RS485_IN_RX
3.3V 电源 3V3
GND 地 GND

注意：

RS485_IN_TX 接 MCU 的 TX
RS485_IN_RX 接 MCU 的 RX

这里不要按普通串口模块的“TX 接 RX、RX 接 TX”思路交叉接。
本模块的 RS485_IN_TX 表示“输入到 RS485 模块的 TX 信号”，所以应接 STM32 的 TX，也就是 PA9。

从机 STM32 与从机 RS485 模块连接

从机同样使用 USART1 与 RS485 模块通信。

STM32 从机引脚 功能 RS485 模块 TTL 侧
PA9 USART1_TX RS485_IN_TX
PA10 USART1_RX RS485_IN_RX
3.3V 电源 3V3
GND 地 GND

RS485 A/B 总线连接

主机 RS485 模块 从机 RS485 模块
A A
B B
GND GND

建议主机和从机之间共地：

主机 GND 连接 从机 GND

虽然 RS485 是差分通信，但实际调试和短距离通信中，共地可以减少共模干扰和异常电平问题。

DS18B20 连接

当前从机 DS18B20 使用 PE6 作为数据引脚。

DS18B20 引脚 连接
VCC 3.3V
GND GND
DQ PE6

DS18B20 的 DQ 数据线需要上拉到 3.3V。

推荐：

DQ 通过 4.7kΩ 电阻上拉到 3.3V

如果代码中配置了内部上拉，也建议保留外部 4.7kΩ 上拉，DS18B20 通信会更稳定。

STM32 外设配置

主机 USART1

主机使用 USART1 与 RS485 模块通信。

配置如下：

参数 配置
串口 USART1
TX PA9
RX PA10
波特率 115200
数据位 8
停止位 1
校验位 None
模式 TX_RX

主机调试串口

主机使用另一个串口输出调试信息，例如：

Slave 1: 25.62 C
Slave 1 timeout, rx=0

当前代码中 _write() 重定向到了 huart2，所以主机调试打印使用 USART2。

主机 OLED

主机 OLED 用于显示温度结果。

显示内容示例：

RS485 Temp
S1: 25.6 C

如果通信失败，则显示：

S1: ----

从机 USART1

从机使用 USART1 与 RS485 模块通信。

配置如下：

参数 配置
串口 USART1
TX PA9
RX PA10
波特率 115200
数据位 8
停止位 1
校验位 None
模式 TX_RX

从机 TIM3

DS18B20 使用微秒级时序，因此从机工程中使用 TIM3 提供 delay_us()。

当前 TIM3 配置目标是：

1 个计数 = 1 us

典型配置：

系统时钟 168MHz
TIM3 在 APB1
Prescaler = 83
Counter Period = 65535

这样 delay_us(480) 才能产生接近 480us 的延时。

通信协议

主机和从机之间使用自定义帧格式。

帧格式

SOF + addr + func + data_len + data + crc16 + EOF
字段 长度 说明
SOF 1 字节 帧头，固定 0xAA
addr 1 字节 从机地址
func 1 字节 功能码
data_len 1 字节 数据长度
data N 字节 数据内容
crc16 2 字节 Modbus CRC16，低字节在前
EOF 1 字节 帧尾，固定 0x55

功能码

功能码 名称 说明
0x02 FUNC_QUERY_TEMP 主机查询温度
0x01 FUNC_REPORT_TEMP 从机上报温度

查询帧

主机查询温度时，数据长度为 0。

格式：

AA addr 02 00 crcL crcH 55

示例：

AA 01 02 00 21 E0 55

含义：

字段 值
帧头 AA
从机地址 01
功能码 02
数据长度 00
CRC 21 E0
帧尾 55

回复帧

从机回复温度时，数据长度为 2。

温度用 int16_t 表示，单位为 0.01℃。

例如：

25.34℃

会转换为：

2534

再拆成两个字节：

高字节 = 2534 >> 8
低字节 = 2534 & 0xFF

回复格式：

AA addr 01 02 tempH tempL crcL crcH 55

主机工作流程

主机启动后执行以下流程：

初始化 RS485 接收模式
初始化环形缓冲区
开启 USART1 接收中断
初始化 OLED
进入循环

循环中：

选择当前从机地址
发送查询帧
切换到接收状态
等待从机回复
解析回复帧
更新串口输出
更新 OLED 显示
切换到下一个从机

当前主机代码保留了从机地址数组：

static const uint8_t slave_addrs[] = {1, 2, 3};

如果以后要增加从机，只需要改这个数组：

static const uint8_t slave_addrs[] = {1, 2, 3, 4};

SLAVE_COUNT 会自动根据数组长度计算。

从机工作流程

从机启动后执行以下流程：

初始化 RS485 接收模式
初始化 DS18B20
开启 USART1 接收中断
进入循环

从机平时处于接收状态。

当从机收到主机查询帧后：

解析帧头
检查地址是否等于 DEVICE_ADDR
检查功能码是否为 FUNC_QUERY_TEMP
检查 CRC 是否正确
置位 pending_query

主循环检测到 pending_query 后：

读取 DS18B20 温度
打包回复帧
通过 RS485 发送给主机
回到接收状态

从机地址配置

从机地址通过编译宏 DEVICE_ADDR 指定。

例如第 1 个从机：

-DDEVICE_ADDR=1

第 2 个从机：

-DDEVICE_ADDR=2

第 3 个从机：

-DDEVICE_ADDR=3

从机代码中有默认地址：

#ifndef DEVICE_ADDR
#pragma message("DEVICE_ADDR not defined, defaulting to 1")
#define DEVICE_ADDR 1
#endif

如果编译时没有指定 DEVICE_ADDR，默认地址就是 1。

DS18B20 读取方式

当前一主一从测温中，每个从机只接一个 DS18B20，因此可以使用 Skip ROM 方式读取温度。

核心命令如下：

ds18b20_write_byte(0xCC);   // Skip ROM
ds18b20_write_byte(0x44);   // Convert T

读取温度寄存器时：

ds18b20_write_byte(0xCC);   // Skip ROM
ds18b20_write_byte(0xBE);   // Read Scratchpad

这种方式适合：

一块从机板上只有一个 DS18B20

如果一块从机板上挂多个 DS18B20，才需要使用 Search ROM 搜索每个传感器的 ROM ID，再通过 Match ROM 读取指定传感器。

当前实际结构如果是：

多个从机，每个从机一个 DS18B20

不需要 DS18B20 搜索 ROM。
主机通过从机地址区分不同从机即可。

RS485 方向控制

本项目中 RS485 模块使用 THVD1406DR 这类自动方向控制芯片时，软件中保留了接口：

void RS485_SetTxMode(void);
void RS485_SetRxMode(void);

但函数内部可以为空：

void RS485_SetRxMode(void)
{
    /* THVD1406 自动方向控制，不需要 MCU 控制方向 */
}

void RS485_SetTxMode(void)
{
    /* THVD1406 自动方向控制，不需要 MCU 控制方向 */
}

保留这两个函数的原因是：

方便兼容以后更换普通 MAX485 模块

如果以后换成普通 MAX485 模块，需要用 GPIO 控制 DE/RE，例如：

发送前拉高 DE
发送完成后拉低 DE

调试过程中的关键问题

PA9 和 PA10 接反

调试过程中曾出现：

MCU PA9 = 3.3V
模块 D = 0.6V
主机 rx=0

这说明 MCU 的 TX 没有真正接到 RS485 模块的 D / RS485_IN_TX。

最终通过交换 PA9 和 PA10 对应接线后，RS485 通信恢复正常。

正确连接是：

PA9  -> RS485_IN_TX
PA10 -> RS485_IN_RX

A/B 有差分信号但主机收不到

如果 A/B 有差分电压，只能说明 RS485 总线上有人在驱动信号。
但主机能否收到数据，还取决于：

RS485 模块 R 输出是否接到 MCU RX
MCU RX 引脚是否配置正确
串口接收中断是否开启
TX/RX 是否接反

所以 A/B 有信号不等于 MCU 一定收到数据。

屏幕显示 0℃

如果屏幕显示 0℃，通信不一定有问题。

常见原因：

DS18B20 没初始化
DS18B20 读取函数返回 0
DS18B20_SensorNum 为 0
DQ 没有上拉
DQ 引脚配置不对
DS18B20 线序接错
使用了不匹配的 Search ROM 版本

本次最终确认：
原始 DS18B20 单探头版本可以正常读数，搜索 ROM 版本不适合当前一块从机一个探头的结构。

常见现象和判断

现象 可能原因 判断方向
主机显示 timeout, rx=0 主机完全没有收到字节 查 PA9/PA10、RS485_IN_TX/RX、A/B、GND
A/B 有差分但 rx=0 总线有信号，但 MCU RX 没收到 查模块 R 到 PA10
屏幕显示 0℃ 通信正常但温度为 0 查 DS18B20
固定 25℃ 能显示 RS485 和显示正常 问题在 DS18B20 读取
捏 DS18B20 温度变化 DS18B20 读取正常 系统完成
只显示 S1: ---- 主机没有成功解析回复 查协议、CRC、从机地址
显示 Slave 1 timeout, rx=6 收到不完整帧 查帧尾、CRC、解析长度
显示乱码或偶发错误 串口参数或接线干扰 查波特率、GND、线长、终端电阻

当前推荐连接汇总

主机

主机 STM32 连接
PA9 主机 RS485 模块 RS485_IN_TX
PA10 主机 RS485 模块 RS485_IN_RX
3.3V 主机 RS485 模块 3V3
GND 主机 RS485 模块 GND

从机

从机 STM32 连接
PA9 从机 RS485 模块 RS485_IN_TX
PA10 从机 RS485 模块 RS485_IN_RX
3.3V 从机 RS485 模块 3V3
GND 从机 RS485 模块 GND
PE6 DS18B20 DQ

总线

主机 RS485 从机 RS485
A A
B B
GND GND

DS18B20

DS18B20 从机 STM32
VCC 3.3V
GND GND
DQ PE6

当前代码思路

主机代码思路

主机核心逻辑：

1. 构造查询帧
2. 通过 USART1 发送到 RS485 模块
3. 接收从机回复
4. 根据 data_len 计算完整帧长度
5. 校验 SOF、EOF、CRC
6. 提取温度
7. 串口打印并刷新 OLED

温度打印使用整数方式格式化，避免 printf 浮点支持问题：

static void print_temp_2dec(uint8_t addr, float temp)
{
    int32_t raw = (int32_t)(temp * 100.0f + (temp >= 0.0f ? 0.5f : -0.5f));
    int32_t abs_raw = raw >= 0 ? raw : -raw;

    if (raw < 0) {
        printf("Slave %d: -%ld.%02ld C\r\n", addr, abs_raw / 100, abs_raw % 100);
    } else {
        printf("Slave %d: %ld.%02ld C\r\n", addr, abs_raw / 100, abs_raw % 100);
    }
}

从机代码思路

从机核心逻辑：

1. USART1 中断接收主机查询帧
2. 根据帧长度接收完整协议帧
3. 校验地址和功能码
4. 收到查询后设置 pending_query
5. 主循环读取 DS18B20 温度
6. 构造回复帧
7. 通过 USART1 返回给主机

从机不建议在中断里直接读取 DS18B20，因为 DS18B20 读取需要延时。
正确做法是：

中断里只解析帧并置位 pending_query
主循环里读取温度并发送回复

后续扩展

扩展多个从机

如果后续从 1 个从机扩展为 3 个从机，主机只需要配置：

static const uint8_t slave_addrs[] = {1, 2, 3};

每个从机编译时分别设置：

-DDEVICE_ADDR=1
-DDEVICE_ADDR=2
-DDEVICE_ADDR=3

接线方式：

主机 A 接所有从机 A
主机 B 接所有从机 B
所有设备 GND 共地

扩展一个从机多个 DS18B20

如果一个从机板上挂多个 DS18B20，就不能再用 Skip ROM。

需要改成：

Search ROM 搜索所有 DS18B20
保存每个 DS18B20 的 64 位 ROM ID
读取时用 Match ROM 指定某个传感器

这种模式下，ds18b20_get_temp(index) 的 index 才有实际意义。

当前一主一从、每个从机一个 DS18B20 的结构不需要搜索 ROM。

最终结论

本系统的核心思路是：主机通过 RS485 查询，从机收到查询后读取本地 DS18B20，并把温度按自定义协议返回。调试中最关键的问题不是协议，而是 RS485 模块 TTL 侧 TX/RX 接线方向。修正 PA9/PA10 与模块 RS485_IN_TX/RS485_IN_RX 的连接后，通信恢复正常。

当前结构下，每个从机只接一个 DS18B20，因此使用 Skip ROM 方式读取最简单、最稳定。主机通过从机地址区分不同温度采集节点。
(6-6/9)