ชุดใบงานปฏิบัติการ: ระบบ Modbus RTU & TCP ด้วย ESP32

ใบงานที่ 2: การอ่านค่าเซนเซอร์อุณหภูมิและความชื้น XY-MD02 (Modbus RTU Master)

วัตถุประสงค์: สื่อสารอ่านค่า Register จาก Modbus Slave จริง ผ่านฟังก์ชัน Read Input Registers (0x04)

โค้ดตัวอย่าง ESP32

#include <ModbusMaster.h>

#define MAX485_DE_RE 4
#define RX2_PIN 16
#define TX2_PIN 17

ModbusMaster node;

void preTransmission() {
  digitalWrite(MAX485_DE_RE, HIGH);
}

void postTransmission() {
  digitalWrite(MAX485_DE_RE, LOW);
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(MAX485_DE_RE, OUTPUT);
  digitalWrite(MAX485_DE_RE, LOW);

  Serial2.begin(9600, SERIAL_8N1, RX2_PIN, TX2_PIN);

  // ตั้งค่า Modbus Slave ID = 1
  node.begin(1, Serial2);
  node.preTransmission(preTransmission);
  node.postTransmission(postTransmission);
}

void loop() {
  uint8_t result;
  
  // อ่าน Input Register ตั้งแต่ 0x0001 จำนวน 2 ตัว
  result = node.readInputRegisters(0x0001, 2);

  if (result == node.ku8MBSuccess) {
    float temperature = node.getResponseBuffer(0) / 10.0;
    float humidity = node.getResponseBuffer(1) / 10.0;

    Serial.print("Temp: ");
    Serial.print(temperature);
    Serial.print(" C | Humidity: ");
    Serial.print(humidity);
    Serial.println(" %");
  } else {
    Serial.print("Modbus Error: ");
    Serial.println(result, HEX);
  }

  delay(2000);
}

ใบงานที่ 3: การอ่านค่าแร่ธาตุในดิน NPK 7-in-1 Soil Sensor

วัตถุประสงค์: อ่านค่าข้อมูลหลายค่าต่อเนื่องกัน (Multiple Registers) จากเซนเซอร์วัดคุณภาพดินอุตสาหกรรม

โค้ดตัวอย่าง ESP32

#include <ModbusMaster.h>

#define MAX485_DE_RE 4
#define RX2_PIN 16
#define TX2_PIN 17

ModbusMaster node;

void preTransmission() { digitalWrite(MAX485_DE_RE, HIGH); }
void postTransmission() { digitalWrite(MAX485_DE_RE, LOW); }

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(MAX485_DE_RE, OUTPUT);
  digitalWrite(MAX485_DE_RE, LOW);
  Serial2.begin(9600, SERIAL_8N1, RX2_PIN, TX2_PIN);

  node.begin(1, Serial2); // Slave ID 1
  node.preTransmission(preTransmission);
  node.postTransmission(postTransmission);
}

void loop() {
  uint8_t result;
  // อ่าน Read Holding Registers (0x03) ตั้งแต่ Address 0x0000 จำนวน 7 ตัว
  result = node.readHoldingRegisters(0x0000, 7);

  if (result == node.ku8MBSuccess) {
    float moisture = node.getResponseBuffer(0) / 10.0;
    float temp     = node.getResponseBuffer(1) / 10.0;
    uint16_t ec    = node.getResponseBuffer(2);
    float ph       = node.getResponseBuffer(3) / 10.0;
    uint16_t n     = node.getResponseBuffer(4);
    uint16_t p     = node.getResponseBuffer(5);
    uint16_t k     = node.getResponseBuffer(6);

    Serial.printf("Moist: %.1f%% | Temp: %.1fC | EC: %d us/cm | pH: %.1f
", moisture, temp, ec, ph);
    Serial.printf("N: %d mg/kg | P: %d mg/kg | K: %d mg/kg
", n, p, k);
    Serial.println("--------------------------------------------------");
  } else {
    Serial.println("Read Failed!");
  }
  delay(3000);
}

ใบงานที่ 4: การสั่งงานเปิด-ปิด RS485 Relay Board (Modbus Write Single Coil)

วัตถุประสงค์: เรียนรู้การส่งคำสั่งเขียนข้อมูล (Write Single Coil 0x05 / Write Single Register 0x06) เพื่อควบคุมเอาต์พุต

โค้ดตัวอย่าง ESP32

#include <ModbusMaster.h>

#define MAX485_DE_RE 4
#define RX2_PIN 16
#define TX2_PIN 17

ModbusMaster node;

void preTransmission() { digitalWrite(MAX485_DE_RE, HIGH); }
void postTransmission() { digitalWrite(MAX485_DE_RE, LOW); }

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(MAX485_DE_RE, OUTPUT);
  digitalWrite(MAX485_DE_RE, LOW);
  Serial2.begin(9600, SERIAL_8N1, RX2_PIN, TX2_PIN);

  node.begin(1, Serial2); // Relay Board Slave ID 1
  node.preTransmission(preTransmission);
  node.postTransmission(postTransmission);
}

void loop() {
  Serial.println("Turning Relay 1 ON...");
  // writeSingleCoil(Coil_Address, State)
  node.writeSingleCoil(0x0000, true); 
  delay(3000);

  Serial.println("Turning Relay 1 OFF...");
  node.writeSingleCoil(0x0000, false);
  delay(3000);
}

ใบงานที่ 5: การอ่านมิเตอร์ไฟฟ้า PZEM-017 AC/DC Energy Meter (Float/32-bit Data)

วัตถุประสงค์: จัดการข้อมูลขนาดใหญ่แบบ 32-bit (Combine 2 Registers) และค่าความแม่นยำสูง

โค้ดตัวอย่าง ESP32

#include <ModbusMaster.h>

#define MAX485_DE_RE 4
#define RX2_PIN 16
#define TX2_PIN 17

ModbusMaster node;

void preTransmission() { digitalWrite(MAX485_DE_RE, HIGH); }
void postTransmission() { digitalWrite(MAX485_DE_RE, LOW); }

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(MAX485_DE_RE, OUTPUT);
  digitalWrite(MAX485_DE_RE, LOW);
  Serial2.begin(9600, SERIAL_8N1, RX2_PIN, TX2_PIN);

  node.begin(1, Serial2);
  node.preTransmission(preTransmission);
  node.postTransmission(postTransmission);
}

void loop() {
  uint8_t result = node.readInputRegisters(0x0000, 6);

  if (result == node.ku8MBSuccess) {
    uint16_t voltage_raw = node.getResponseBuffer(0);
    uint16_t current_raw = node.getResponseBuffer(1);
    
    // Power ใช้ 32-bit (Reg 2 + Reg 3)
    uint32_t power_raw = ((uint32_t)node.getResponseBuffer(3) << 16) | node.getResponseBuffer(2);

    float voltage = voltage_raw * 0.1;
    float current = current_raw * 0.01;
    float power   = power_raw * 0.1;

    Serial.printf("Voltage: %.1f V | Current: %.2f A | Power: %.1f W
", voltage, current, power);
  } else {
    Serial.println("PZEM Read Error");
  }
  delay(2000);
}

ใบงานที่ 6: การสร้าง ESP32 จำลองตัวเองเป็น Modbus Slave (RTU Slave)

วัตถุประสงค์: ทำให้ ESP32 ทำหน้าที่เป็น Slave Device ตอบสนองต่อคำสั่งอ่าน/เขียนจาก Master (เช่น จอ HMI หรือ PLC)

โค้ดตัวอย่าง ESP32

ติดตั้งไลบรารี: ModbusRTUSlave โดย Carbonell

#include <ModbusRTUSlave.h>

#define MAX485_DE_RE 4
#define RX2_PIN 16
#define TX2_PIN 17

ModbusRTUSlave modbus(Serial2, MAX485_DE_RE);

// สร้างตารางข้อมูล Register ของ Slave
bool coils[8];
uint16_t holdingRegisters[8];

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial2.begin(9600, SERIAL_8N1, RX2_PIN, TX2_PIN);

  // ตั้งค่าป้ายชื่อบอก Modbus Slave
  modbus.configureCoils(coils, 8);
  modbus.configureHoldingRegisters(holdingRegisters, 8);

  // เริ่มต้น Slave ID = 2, Baudrate = 9600
  modbus.begin(2, 9600);
}

void loop() {
  // อัปเดตข้อมูลจำลองใส่ Holding Register 0
  holdingRegisters[0] = analogRead(34); // อ่านค่า ADC
  holdingRegisters[1] = millis() / 1000; // ค่าเวลา

  modbus.poll(); // คอยฟังสัญญาณคำสั่งจาก Master
}

ใบงานที่ 7: การรับ-ส่งข้อมูลระหว่าง ESP32 กับ PLC (Mitsubishi FX3U / Siemens S7)

วัตถุประสงค์: สื่อสารระหว่าง ESP32 (Master) และ PLC (Slave) ผ่าน Modbus RTU เพื่ออ่านค่า Register D และสั่งงาน M Relay

ตารางการแมป Address (Mitsubishi FX3U Modbus Map)

• D0 -> Holding Register Address 0x0000 (40001)
• D1 -> Holding Register Address 0x0001 (40002)
• M0 -> Coil Address 0x0000 (00001)

โค้ดตัวอย่าง ESP32 อ่าน D0 จาก PLC

#include <ModbusMaster.h>

#define MAX485_DE_RE 4
#define RX2_PIN 16
#define TX2_PIN 17

ModbusMaster plcNode;

void preTransmission() { digitalWrite(MAX485_DE_RE, HIGH); }
void postTransmission() { digitalWrite(MAX485_DE_RE, LOW); }

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(MAX485_DE_RE, OUTPUT);
  Serial2.begin(9600, SERIAL_8N1, RX2_PIN, TX2_PIN);

  plcNode.begin(1, Serial2); // PLC Station Address = 1
  plcNode.preTransmission(preTransmission);
  plcNode.postTransmission(postTransmission);
}

void loop() {
  // อ่านค่า Data Register D0 จาก PLC (Address 0x0000)
  uint8_t result = plcNode.readHoldingRegisters(0x0000, 1);

  if (result == plcNode.ku8MBSuccess) {
    uint16_t plc_d0_value = plcNode.getResponseBuffer(0);
    Serial.printf("PLC Register D0 Value: %d
", plc_d0_value);
  } else {
    Serial.println("PLC Communication Failed!");
  }
  delay(1000);
}

ใบงานที่ 8: การสื่อสาร Modbus TCP Master ผ่านเครือข่าย Wi-Fi

วัตถุประสงค์: เปลี่ยนจากการใช้สาย RS485 มาใช้การส่งข้อมูล Modbus ผ่านโครงข่าย Ethernet / Wi-Fi (IP Address & Port 502)

โค้ดตัวอย่าง ESP32 (Modbus TCP Client/Master)

ติดตั้งไลบรารี: ModbusIP_ESP8266 โดย emelianov

#include <WiFi.h>
#include <ModbusIP_ESP8266.h>

const char* ssid = "YOUR_WIFI_SSID";
const char* password = "YOUR_WIFI_PASSWORD";

IPAddress remoteServer(192, 168, 1, 100); // IP ของ Modbus TCP Slave Server
ModbusIP mb;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(ssid, password);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("
WiFi Connected!");

  mb.client(); // กำหนดโหมดเป็น Master (Client)
}

void loop() {
  if (mb.isConnected(remoteServer)) {
    uint16_t res[2];
    // อ่าน Holding Register Address 0 จำนวน 1 ค่า จาก Server
    mb.readHreg(remoteServer, 0, res, 1);
    mb.task(); // ประมวลผลแบ็กกราวด์ Modbus TCP
    
    Serial.printf("Data from TCP Server: %d
", res[0]);
  } else {
    mb.connect(remoteServer); // พยายามเชื่อมต่อ Server Port 502
    Serial.println("Connecting to Modbus TCP Server...");
  }
  delay(2000);
}

ใบงานที่ 9: การสร้าง ESP32 Modbus TCP Server (Slave) สำหรับ SCADA / Node-RED

วัตถุประสงค์: เปิด ESP32 เป็น Server ให้ซอฟต์แวร์ SCADA, Node-RED หรือ HMI มาอ่าน/เขียนข้อมูลผ่าน Wi-Fi

โค้ดตัวอย่าง ESP32 Modbus TCP Server

#include <WiFi.h>
#include <ModbusIP_ESP8266.h>

const char* ssid = "YOUR_WIFI_SSID";
const char* password = "YOUR_WIFI_PASSWORD";

// กำหนด Register Offset
const int SENSOR_HREG = 100;

ModbusIP mb;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(ssid, password);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
  }
  Serial.print("IP Address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());

  mb.server(); // กำหนดเป็น Server (Slave) Listen Port 502
  
  // เพิ่ม Holding Register ที่ Address 100
  mb.addHreg(SENSOR_HREG);
}

void loop() {
  mb.task(); // คอยรับ-ส่งข้อมูล TCP

  // อัปเดตค่าจำลองเข้าไปที่ Register 100
  uint16_t adcVal = analogRead(34);
  mb.Hreg(SENSOR_HREG, adcVal);

  delay(10);
}

ใบงานที่ 10: โปรเจกต์ RS485 to Modbus TCP Gateway (Bridge)

วัตถุประสงค์: สร้างอุปกรณ์แปลงโปรโตคอล (Gateway) รับข้อมูลจาก Modbus RTU (RS485) มาแปลงเป็น Modbus TCP ส่งต่อให้ SCADA ผ่าน Wi-Fi

ผังโครงสร้าง Gateway System

โค้ดตัวอย่าง ESP32 Full Gateway

#include <WiFi.h>
#include <ModbusMaster.h>
#include <ModbusIP_ESP8266.h>

#define MAX485_DE_RE 4
#define RX2_PIN 16
#define TX2_PIN 17

const char* ssid = "YOUR_WIFI_SSID";
const char* password = "YOUR_WIFI_PASSWORD";

ModbusMaster rtuNode;
ModbusIP tcpServer;

void preTransmission() { digitalWrite(MAX485_DE_RE, HIGH); }
void postTransmission() { digitalWrite(MAX485_DE_RE, LOW); }

unsigned long lastUpdate = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  
  // 1. Setup RS485 Hardware
  pinMode(MAX485_DE_RE, OUTPUT);
  Serial2.begin(9600, SERIAL_8N1, RX2_PIN, TX2_PIN);
  rtuNode.begin(1, Serial2); // อ่าน RTU Slave ID 1
  rtuNode.preTransmission(preTransmission);
  rtuNode.postTransmission(postTransmission);

  // 2. Setup Wi-Fi & Modbus TCP Server
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
  }
  Serial.print("Gateway IP: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());

  tcpServer.server();
  tcpServer.addHreg(0); // Map ค่า Temp จาก RTU
  tcpServer.addHreg(1); // Map ค่า Hum จาก RTU
}

void loop() {
  tcpServer.task(); // รักษาสายเชื่อมต่อ Modbus TCP

  // อ่านค่าจาก RS485 ทุกๆ 2 วินาที แล้วแมปลง TCP Register
  if (millis() - lastUpdate > 2000) {
    lastUpdate = millis();

    uint8_t result = rtuNode.readInputRegisters(0x0001, 2);
    if (result == rtuNode.ku8MBSuccess) {
      uint16_t tempRaw = rtuNode.getResponseBuffer(0);
      uint16_t humRaw  = rtuNode.getResponseBuffer(1);

      // อัปเดตข้อมูลเข้า Modbus TCP Server Register
      tcpServer.Hreg(0, tempRaw);
      tcpServer.Hreg(1, humRaw);

      Serial.printf("[Gateway Sync] Temp Raw: %d | Hum Raw: %d
", tempRaw, humRaw);
    }
  }
}