DLD154Pro/docs/rs485-modbus-protocol.md

# DLD154Pro RS485 Modbus RTU 协议

> 版本: V1.3 | 日期: 2026-07-29 | 状态: 定稿（待编码实现）
>
> 适用产品: DLD154Pro (CH591R, 单路线圈车检器)
>
> RS485 支持两种协议：700BS（已完成）和 Modbus RTU（待实现）。
> 协议选择通过 `g_function_mode` bit0 控制（BLE 小程序设置 `direction_mode` 高 4 位的 bit0）。

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## 1. 物理层

| 参数 | 值 |
|------|-----|
| 接口 | RS485 半双工 (UART0) |
| 引脚 | PA14 TX, PA15 RX, PA13 RE (方向控制) |
| 波特率 | 9600 (默认), 19200, 38400, 57600, 115200 |
| 数据位 | 8 |
| 校验 | 无 (N) |
| 停止位 | 1 |
| 从机地址 | 1–247 (默认 1) |
| 终端电阻 | 外接 120Ω（板载未集成） |

> **注意**：RS485 地址和波特率通过 **BLE 小程序** 修改，不通过 Modbus 寄存器修改（防止改错后设备失联）。Modbus 只读方式可查询当前值。

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## 2. 帧格式 (Modbus RTU)

```
| 地址 | 功能码 | 数据 | CRC16 |
| 1B   | 1B     | N B  | 2B    |
```

- **地址**：1–247，从机地址。0=广播（仅写操作），DLD154Pro 不响应广播。
- **CRC16**：多项式 `0xA001`，低字节在前。超时 3.5 字符作为帧间隔。
- **最大 PDU**：256 字节（含地址 + 功能码）。

### 异常响应

当请求无法处理时，功能码最高位置 1，数据区第一字节为异常码：

| 异常码 | 名称 | 说明 |
|--------|------|------|
| 0x01 | Illegal Function | 不支持的功能码 |
| 0x02 | Illegal Data Address | 寄存器地址超出范围 |
| 0x03 | Illegal Data Value | 写入值超出允许范围 |
| 0x04 | Slave Device Failure | 设备内部错误（如 flash 写入失败） |

---

## 3. 寄存器映射

### 3.1 离散输入 (Discrete Inputs) — 功能码 0x02

| 地址 | 名称 | 说明 | 位值 |
|------|------|------|------|
| 0x0000 | Car Present | 当前有车 | 0=无车, 1=有车 |
| 0x0001 | Loop Fault | 线圈故障（断开/短路） | 0=正常, 1=故障 |
| 0x0002 | Loop Stable | 线圈基线已稳定 | 0=收敛中, 1=稳定 |
| 0x0003 | Opto Input | 光耦输入状态 (PB10) | 0=低, 1=高 |
| 0x0004 | Power Up State | 上电初始化中 | 0=正常, 1=初始化 |
| 0x0005 | Relay Output | 继电器当前输出状态 | 0=释放, 1=吸合 |
| 0x0006 | Freq Low Fault | 频率下限异常 (Fre_Err bit0) | 0=正常, 1=频率过低 |
| 0x0007 | Freq High Fault | 频率上限异常 (Fre_Err bit4) | 0=正常, 1=频率过高 |
| 0x0008 | Init Flag | 复位后首次指示 (Init_B) | 0=正常, 1=复位后首次—上位机读后清零* |

> **Init Flag 清除机制**：上位机读到 1 后，应发送 **写 HR 0x00FE=0x0001** 清零。参见 §4.7。

### 3.2 输入寄存器 (Input Registers) — 功能码 0x04

| 地址 | 名称 | 类型 | 宽度 | 说明 |
|------|------|------|------|------|
| 0x0000 | Loop Freq Hi | uint16 | 2 寄存器 | 线圈振荡频率，高 16 位 (Hz) |
| 0x0001 | Loop Freq Lo | uint16 | | 线圈振荡频率，低 16 位 (Hz) |
| 0x0002 | CAPVD Hi | uint16 | **2 寄存器** | 归一化周期值 (32-bit)，高 16 位 |
| 0x0003 | CAPVD Lo | uint16 | | 归一化周期值，低 16 位 |
| 0x0004 | Origin Hi | uint16 | **2 寄存器** | 基线值 (32-bit)，高 16 位 |
| 0x0005 | Origin Lo | uint16 | | 基线值，低 16 位 |
| 0x0006 | Variation Hi | int16 | **2 寄存器** | 变化量 = CAPVD − Origin (32-bit 有符号)，高 16 位 |
| 0x0007 | Variation Lo | int16 | | 变化量，低 16 位 |
| 0x0008 | FW Version | uint16 | 1 寄存器 | 固件版本，高字节=主版本，低字节=子版本。例 `0x0300` = v3.00 |
| 0x0009 | HW Version | uint16 | 1 寄存器 | 硬件版本。例 `0x0301` = v3.01 |
| 0x000A | Freq Sens | uint16 | 1 寄存器 | 当前灵敏度等级 (0=低, 1=中低, 2=中高, 3=高) |
| 0x000B | Condition | uint16 | 1 寄存器 | 环境活跃度 (0=安静, 1–100=嘈杂) |
| 0x000C | DIP Virtual | uint16 | 1 寄存器 | 虚拟拨码（700BS 兼容）: bit[7:4]=function_mode, bit[3:0]=fusion_mode |

> **32-bit 值换算**：
> - 频率：`freq_hz = (reg[0x0000] << 16) | reg[0x0001]`，单位 Hz。典型空线圈 50–120kHz。
> - CAPVD：`capvd = (reg[0x0002] << 16) | reg[0x0003]`，归一化到 `MEASUREMENT_BASE = 524288`。
> - Origin：`origin = (reg[0x0004] << 16) | reg[0x0005]`，500 窗滑动平均累加值。
> - Variation：`var = (int32_t)((reg[0x0006] << 16) | reg[0x0007])`，正值=频率降低（可能有车），负值=频率升高。

### 3.3 保持寄存器 (Holding Registers) — 功能码 0x03 / 0x06 / 0x10

| 地址 | 名称 | 范围 | 默认 | R/W | 说明 |
|------|------|------|------|-----|------|
| 0x0000 | Sensitivity | 0–3 | 1 | R/W | 灵敏度等级 (0=低, 1=中低, 2=中高, 3=高) |
| 0x0001 | Fusion Mode | 0–6 | 0 | R/W | 输出组合模式（见 §6.5） |
| 0x0002 | Hold Time | 0–255 | 0 | R/W | 有限存在时间 (×5s), 0=永久存在 |
| 0x0003 | Output Delay | 0–255 | 10 | R/W | 离开延时 (×50ms), 例 10=500ms |
| 0x0004 | Freq Level | 0–1 | 0 | R/W | 线圈频率档: 0=高频, 1=低频 |
| 0x0005 | RS485 Baud Hi | — | — | **R** | RS485 波特率高 16 位（只读） |
| 0x0006 | RS485 Baud Lo | — | — | **R** | RS485 波特率低 16 位（只读） |
| 0x0007 | RS485 Addr | 1–247 | 1 | **R** | RS485 从机地址（只读） |
| 0x0008 | Protocol | 0–1 | 0 | **R** | 当前 RS485 协议: 0=700BS, 1=Modbus |
| 0x0009 | BT Timeout | 0–255 | 0 | R/W | 蓝牙空闲关闭超时 (分钟), 0=不关闭 |
| 0x000A | Safe Timeout | 0–255 | 0 | R/W | 安全模式超时 (×10s), 0=关闭 |
| 0x000B | Opto Func | 0–1 | 0 | **R** | 光耦功能: 0=雷达输入, 1=复位 |
| 0x00FE | Init Flag Clear | 0–1 | — | **W** | 写 1 清零 Init Flag (DI 0x0008) |
| 0x00FF | Device Reset | — | — | **W** | 写入 `0x5A5A` 触发复位初始化线圈（等效 700BS 0x2C） |

> **只读寄存器 (0x0005–0x0008, 0x000B)**：写操作返回异常 0x02（Illegal Data Address）。
> **写入寄存器 (0x00FE, 0x00FF)**：只写不读。读返回 0x0000。写入非魔数值返回异常 0x03。

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## 4. 命令示例

### 4.1 读离散输入 — 功能码 0x02

读取车辆存在状态：

```
>>> 01 02 00 00 00 01 B9 F8    (从机1, 读地址0x0000, 1个)
<<< 01 02 01 01 61 8C          (1字节数据=0x01, 有车)
```

### 4.2 读输入寄存器 — 功能码 0x04

读取频率 + CAPVD + Origin + Variation（共 8 个寄存器，16 字节）：

```
>>> 01 04 00 00 00 08 70 1F    (读 0x0000 起 8 个寄存器)
<<< 01 04 10
    00 01 38 80      ← Freq   = 0x00013880 = 80000 Hz
    00 07 FF C8      ← CAPVD  = 0x0007FFC8 = 524200
    00 08 00 00      ← Origin = 0x00080000 = 524288
    FF FF FF A8      ← Var    = 0xFFFFFFA8 = −88 (频率升高，有车)
    XX XX
```

### 4.3 读保持寄存器 — 功能码 0x03

读取全部可读写参数：

```
>>> 01 03 00 00 00 05 84 09    (读 5 个: 灵敏度/融合模式/存在时间/延时/频率档)
<<< 01 03 0A 00 01 00 00 00 00 00 0A 00 00 XX XX
    → 灵敏度=1(中), 融合模式=0(地感或光耦), 永久存在, 延时=500ms, 高频
```

### 4.4 写单个寄存器 — 功能码 0x06

修改灵敏度为"高"：

```
>>> 01 06 00 00 00 02 88 32    (写 0x0000=2)
<<< 01 06 00 00 00 02 88 32
```

修改融合模式为"地感或光耦"：

```
>>> 01 06 00 01 00 00 D9 F6    (写 0x0001=0, 地感或光耦)
<<< 01 06 00 01 00 00 D9 F6
```

### 4.5 批量写寄存器 — 功能码 0x10

一次写入灵敏度和存在时间(60s)：

```
>>> 01 10 00 00 00 02 04 00 02 00 0C XX XX
    地址 功能 起始 数量 字节 灵敏度=2 时间=12 CRC
<<< 01 10 00 00 00 02 40 31    (写入成功)
```

### 4.6 异常响应示例

写入超出范围的灵敏度值：

```
>>> 01 06 00 00 00 05 88 32    (写 0x0000=5, 超出 0–3)
<<< 01 86 03 02 63             (异常: 功能码 0x86, 异常码 0x03=Illegal Data Value)
```

### 4.7 触发设备复位 — 写 HR 0x00FF

```
>>> 01 06 00 FF 5A 5A xx xx    (写 0x00FF=0x5A5A, 触发复位)
<<< 01 06 00 FF 5A 5A xx xx    (回显, 随后设备复位)
```

> 复位后设备重新初始化线圈基线，Init Flag (DI 0x0008) 置 1。

### 4.8 清除 Init Flag — 写 HR 0x00FE

```
>>> 01 06 00 FE 00 01 xx xx    (写 0x00FE=1)
<<< 01 06 00 FE 00 01 xx xx    (Init Flag → 0)
```

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## 5. 功能码支持矩阵

| 功能码 | 名称 | 支持 | 说明 |
|--------|------|------|------|
| 0x01 | Read Coils | ✗ | 不使用 |
| 0x02 | Read Discrete Inputs | ✓ | 车辆状态、故障、继电器、光耦 |
| 0x03 | Read Holding Registers | ✓ | 读所有配置参数 |
| 0x04 | Read Input Registers | ✓ | 读传感器数据 (32-bit 跨双寄存器) |
| 0x05 | Write Single Coil | ✗ | 不使用 |
| 0x06 | Write Single Register | ✓ | 写单个参数 |
| 0x0F | Write Multiple Coils | ✗ | 不使用 |
| 0x10 | Write Multiple Registers | ✓ | 批量写参数 |
| 0x11 | Report Slave ID | ✓ | 返回设备型号 + 运行状态 |

---

## 6. 设计说明

### 6.1 为什么 CAPVD/Origin/Variation 用 2 个寄存器？

DLD154Pro 算法移植后，`MEASUREMENT_BASE = 524288 (2^19)`（CH591R@60MHz 无内部分频，需要比 DLD154V4B 更大的 BASE）。IIR 滤波后的 CAPVD 和 Origin 是 `uint32_t` 类型，典型值在 50 万级，远超 16 位（65535）。Variation 是差值且可能为负，需要完整 32-bit 有符号表示。因此各占 2 个 Modbus 寄存器（寄存器对，大端序）。

### 6.2 为什么不通过 Modbus 修改 RS485 地址/波特率？

如果在 Modbus 通信中写入错误的地址或波特率，设备将**立即失联**且无法通过同一条总线恢复。
- 通过 **BLE 小程序** 修改 RS485 地址和波特率（带外管理通道）
- Modbus 侧只读查询当前值，防止误操作

### 6.3 参数持久化

- `0x06` 或 `0x10` 写入 Holding Register → 立即更新 RAM → 写入 DataFlash → 返回响应
- Flash 写入失败 → 返回异常码 `0x04` (Slave Device Failure)
- 值超出范围（如灵敏度写 5）→ 返回异常码 `0x03` (Illegal Data Value)

### 6.4 灵敏度与 ΔL/L 对应关系

| 灵敏度值 | SensTable 进入 | ΔL/L 进入 | SensTable1 离开 | ΔL/L 离开 |
|---------|---------------|-----------|----------------|-----------|
| 3 (高) | 14 | **0.043%** | 12 | 0.037% |
| 2 (中高) | 28 | **0.085%** | 16 | 0.049% |
| 1 (中低) | 54 | **0.165%** | 32 | 0.098% |
| 0 (低) | 108 | **0.330%** | 81 | 0.247% |

ΔL/L 越大越不灵敏。高灵敏度 (3) 适合摩托车/安静环境，低灵敏度 (0) 适合强干扰环境。

> ⚠ 第 3 档 (sens=14) 信噪比余量仅约 2:1（20°C 温漂 ≈0.1% 感量偏移），仅推荐摩托车/小型车辆检测场景，需确保线圈安装质量。

### 6.5 输出组合模式 (Fusion Mode)

`direction_mode` 字段重构：

| 位段 | 名称 | 说明 |
|------|------|------|
| bit [7:4] | `function_mode` | 功能代码。bit0=RS485 协议选择(0=700BS, 1=Modbus), bit1=光耦功能(0=雷达输入, 1=复位) |
| bit [3:0] | `fusion_mode` | 输出组合模式 — **仅当光耦配置为"雷达输入"时有效** |

> DLD154Pro 为单路线圈、单刀双掷继电器，**仅支持存在输出**。继电器输出信号由线圈检测结果与雷达输入（光耦 PB10）按 `fusion_mode` 组合后驱动。

| 值 | 模式 | 继电器吸合条件 | 适用场景 |
|----|------|--------------|---------|
| 0 | 地感 **或** 光耦 | 线圈 OR 雷达 | 互补冗余，任一触发即吸合 |
| 1 | 地感 **且** 光耦 | 线圈 AND 雷达 | 双确认，防地感误触（如行人/拖车） |
| 2 | 人车混行防砸 | 有车后 coil OR opto，离场 3s 窗口内光耦有效 | 混合交通流防砸人 |
| 3 | ETC 模式 | 有车后 coil OR opto，光耦断开 500ms 防抖才释放 | ETC 专用逻辑 |
| 4 | 仅地感 | 线圈有车 | 纯线圈场景（默认，未接光耦时也用此模式） |
| 5 | 仅光耦 | 光耦输入有效（雷达有车） | 纯雷达，地感只做背景监控 |
| 6 | 光耦复位 | 线圈有车（光耦用于远程复位） | 需要远程复位功能 |

**模式 2（人车混行防砸）状态机**：IDLE（仅线圈检测）→ 线圈有车 → ARMED（线圈||光耦）→ 两者均释放 → WINDOW（3s 防砸窗口，光耦触发即续吸，连续进入持续防砸）→ 3s 超时 → IDLE。

**模式 3（ETC）状态机**：IDLE（仅线圈检测）→ 线圈有车 → ARMED（线圈||光耦）→ 两者均释放 → DEBOUNCE（500ms 防抖，期间触发即回 ARMED）→ 超时 → IDLE。

> **注意**：当光耦配置为复位功能（`function_mode` bit1=1）时，`fusion_mode` 无效，继电器仅由线圈检测结果驱动。模式 6 下光耦输入低电平 ≥400ms 后上升沿触发 `SYS_ResetExecute()` 芯片全复位。

### 6.6 实现要点（待编码时参考）

```c
// RS485 方向控制 (PA13)
#define RS485_RE_TX()  GPIOA_SetBits(GPIO_Pin_13)   // 发送
#define RS485_RE_RX()  GPIOA_ResetBits(GPIO_Pin_13)  // 接收

// 32-bit 值拆分为 2 个 Modbus 寄存器（大端序）
// CAPVD = 131196 → reg[0]=0x0002, reg[1]=0x007C
reg[0] = (uint16_t)(capvd >> 16);
reg[1] = (uint16_t)(capvd & 0xFFFF);

// CRC16 查表法：poly=0xA001, init=0xFFFF
// 帧间隔: t3.5 = 3.5 × 11 / baud (秒)
//         @9600  = 4.0ms
//         @19200 = 2.0ms
```

RS485 半双工时序：发送最后一字节后等待 **1 字节时间** 再切换 RE 为接收，
避免 RE 过早翻转导致最后一个字节被截断。

---

## 7. 700BS 协议兼容对照

DLD154Pro RS485 同时支持 700BS 协议（`g_fm_700bs_disable=0`）和 Modbus RTU（`g_fm_700bs_disable=1`）。
协议选择通过 BLE 小程序切换。参见 `docs/rs485-700bs-protocol.md`。

| 700BS 命令 | 700BS 字段 | Modbus 等价 | 说明 |
|-----------|-----------|------------|------|
| 0xFA 查询状态 | bit7=有车 | DI 0x0000 Car Present | ✅ |
| | bit5=线圈故障 | DI 0x0001 Loop Fault | ✅ |
| 0x1B 查询频率 | 3 字节 Freq | IR 0x0000–01 Freq (32bit) | ✅ |
| 0x2C 复位 | — | **HR 0x00FF** 写 0x5A5A | ✅ V1.2 新增 |
| 0x3D 查拨码 | DIP1-5 | **IR 0x000C DIP Virtual** | ✅ V1.2 新增 (DLD154Pro 无物理拨码，虚拟映射) |
| 0xAA 心跳 Init_B | A1=首次 | **DI 0x0008 Init Flag** | ✅ V1.2 新增 |
| 0xAA 心跳 Fre_Err | bit0=下限异常 | **DI 0x0006 Freq Low Fault** | ✅ V1.2 新增 |
| | bit4=上限异常 | **DI 0x0007 Freq High Fault** | ✅ V1.2 新增 |
| 0xAA 心跳 主动上报 | 5s/1s/事件 | — | ⚠️ Modbus 主从架构不支持 push，上位机周期性轮询 DI+IR 等价 |

> **主动上报限制**：Modbus RTU 为严格主从协议，从机不能主动发送数据。
> 700BS 的心跳/事件上报在 Modbus 模式下不可用。需上位机以 >=1s 周期轮询 DI 0x0000–01
> 并通过边沿检测模拟事件触发。

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## 8. 版本历史

| 版本 | 日期 | 作者 | 变更 |
|------|------|------|------|
| V1.4 | 2026-07-29 | wangfq | 枚举重排: 融合模式值重新分配 (0=或,1=且,2=混行,3=ETC,4=仅地感,5=仅光耦,6=复位); 默认融合模式 0→4(仅地感); 修正所有示例和说明文本 |
| V1.3 | 2026-07-29 | wangfq | 修正: 灵敏度档位 3→4 (范围 0–3, 默认 1); MEASUREMENT_BASE 131072→524288; Origin 窗口 100→500; 融合模式 5/6 待定义→已实现+状态机; 命令示例数值对齐实际硬件; 700BS 标注为已完成; 版本号 FW 3.00→3.01 |
| V1.2 | 2026-07-22 | wangfq | 700BS 兼容: +DI Freq Low/High Fault, +DI Init Flag, +IR DIP Virtual, +HR Device Reset(0x00FF), +HR Init Flag Clear(0x00FE); +§7 700BS 兼容对照表 |
| V1.1 | 2026-07-22 | wangfq | 修正: CAPVD/Origin/Variation 扩展为 32-bit (×2 寄存器); Output Mode 删除脉冲模式(仅存在输出); 新增 Fusion Mode(输出组合模式 0-6); direction_mode 字段重构说明 |
| V1.0 | 2026-07-22 | wangfq | 初版草案 |