Modbus RTU協議及modbus庫函數使用

一、與Modbus?TCP的區別

在一般工業場景使用modbus?RTU的場景還是更多一些，modbus?RTU基于串行協議進行收發數據，包括RS232/485等工業總線協議。

與modbus?TCP不同的是RTU沒有報文頭MBAP字段，但是在尾部增加了兩個CRC檢驗字節（CRC16），因為網絡協議中自帶校驗，所以在TCP協議中不需要使用CRC校驗碼。

RTU和TCP的總體使用方法基本一致，只是在創建modbus對象時有所不同，TCP需要傳入網絡socket信息；而RTU需要傳入串口相關信息。

二、Modbus?RTU特點

Modbus?RTU也是主從問答協議，由主機發起，一問一答

Modbus?RTU通過串口進行通信

設置串口參數：

設置串口參數時要求：

波特率為9600

8位數據位

1位停止位

無流控

三、Modbus?RTU協議格式

ModbusRTU數據幀包含：地址碼 功能碼 數據 校驗碼

地址碼：一個字節?從機ID

功能碼：一個字節?同TCP（八種）

數據：起始地址?數量??數據

校驗碼：2個字節，對?地址碼+功能碼+數據進行校驗，可以通過函數自動生成。

四、報文詳解

03功能碼為例

主機---》從機：

01?03?00?00?00?01?84?0a

01：地址碼

03：功能碼

00?00?：起始地址

00?01：讀的數量

84?0a?:校驗碼

從機--》主機：

01?03?02?00?14?b8?44

01：地址碼

03：功能碼

02：字節計數（只計算數據的個數）

00?14：數據

b8?44：校驗碼?

參考示例：

值得收藏 Modbus RTU 協議詳解-CSDN博客

五、模擬器的使用

由于實際硬件產品成本較高，我們這里可以使用Modbus軟件模擬器，進行數據模擬從而分析Modbus協議。

使用工具：

1.?ModbusPoll（模擬主機）和ModbusSlave（模擬從機）

2.?vspd虛擬串口

3.?UartAssist串口調試工具

設置串口參數要求：波特率為9600???8位數據位??1位停止位?無流控??無校驗

虛擬串口的使用：

  • 虛擬串口的安裝
  1. 將壓縮包解壓后，雙擊vspd.exe文件進行安裝

2.安裝完成后，找到安裝目錄，將Cracked下的文件復制到軟件安裝目錄

  1. 打開軟件，添加COM1和COM2端口（用完之后記得刪除端口）

4.添加完端口后，打開設備管理器，這里出現如下圖所示即可。

或

二、虛擬機綁定端口

  1. ?將虛擬機在系統關機（必須是關機狀態，掛起不行）狀態下，點擊虛擬機->設置->硬件->添加串行端口，添加COM1
  2. 添加完成后，第一次使用需要將電腦重啟
  3. 重啟之后，打開虛擬機，點擊虛擬機->可移動設備->串行端口->連接
  4. 當連接上虛擬串口后，在終端輸入dmesg?|?grep?tty，可以查看到對應的設備文件，其中默認的會有ttyS0文件，剩下的就是虛擬串口對應的設備文件
  • 測試通信

1.Windows打開串口調試工具，選擇好串口COM2->COM1,設置對應的波特率

2.?在虛擬機運行minicom

在虛擬機安裝minicom軟件

sudo?apt-get?install?minicom

在終端執行sudo?minicom?-s

1）選擇serial?port?setup，回車

2）設置設備文件，波特率，關閉流控，按如下圖設置（文件改成自己的）

dmesg?|?grep?tty?查看文件名

3）修改完成后，回車，保存修改，選擇save?setup?as?dfl，敲回車，再次選擇exit回車

4）退出后就可以和windows下的串口調試工具進行通信測試

5）也可以在這個界面輸入字符，查看串口助手的顯示情況。

6）退出：ctrl+A、Z，在彈出的界面里輸入X，即可退出。

四、將Modbus?Slave模擬器作為RTU設備的從機

虛擬機綁定COM1端口，slave連接COM2端口，虛擬機通過編程測試串口通信

Modbus?Slave端的配置如下：

五、可能會遇到的問題

1.?虛擬串口完成主機與vmware下虛擬機進行串口通信

虛擬串口完成主機與vmware下虛擬機進行串口通信_xcom2v2.0怎么用-CSDN博客

2.?VSPD虛擬串口工具——從此告別硬件串口調試

『實用教程』VSPD虛擬串口工具——從此告別硬件串口調試_虛擬串口vspd-CSDN博客

3.?vmware虛擬機檢測不到vspd虛擬串口問題

vmware虛擬機檢測不到vspd虛擬串口問題_vmware虛擬機 串口 vspd-CSDN博客

練習：代碼完成通過串口讀取slave端

串口初始化與校驗碼獲取函數一起編譯，管理員身份執行命令，

六、Modbus庫

  1. 安裝庫
    1. 安裝配置

1.?在linux中解壓壓縮包

tar?-xvf?libmodbus-3.1.7.tar.gz

2.?進入源碼目錄，創建文件夾(存放頭文件、庫文件)

cd?libmodbus-3.1.7

mkdir?install?

3.?執行腳本configure，進行安裝配置（指定安裝目錄）

./configure?--prefix=$PWD/install

4.?執行make和make?install

make//編譯

make?install//安裝

執行完成后會在install文件夾下生產對應的頭文件、庫文件件夾install，用于存放產生的頭文件、庫文件等

    1. 庫的使用

要想編譯方便，可以將頭文件和庫文件放到系統路徑下

sudo??cp?install/include/modbus/*.h??/usr/include?

sudo??cp?install/lib/*??-r?/lib?-d

后期編譯時，可以直接gcc?xx.c?-lmodbus

頭文件默認搜索路徑：/usr/include??、/usr/local/include

庫文件默認搜索路徑：/lib、/usr/lib

  1. 函數接口
  1. 以TCP方式創建Modbus實例，并初始化

modbus_t*???modbus_new_tcp(const?char?*ip,?int?port)
功能：以TCP方式創建Modbus實例，并初始化
參數：
????ip???：ip地址
????port：端口號
返回值：成功：Modbus實例
??????失敗：NULL

  1. 設置從機ID

int?modbus_set_slave(modbus_t?*ctx,?int?slave)
功能：設置從機ID
參數：
????ctx???：Modbus實例
????slave：從機ID
返回值：成功：0
???????失敗：-1

  1. 和從機（slave）建立連接

一個modbus實例只能鏈接一個從機：根據提供的引用內容，一個modbus實例只能連接一個從機ID。因為modbus通信協議是基于主從模式的，每個從機都有一個唯一的從機地址，主機通過從機地址來訪問不同的從機。因此，一個modbus實例只能連接一個從機ID，如果需要連接多個從機，需要創建多個modbus實例。

int???modbus_connect(modbus_t?*ctx)
功能：和從機（slave）建立連接
參數：
????ctx：Modbus實例
返回值：成功：0
???????失敗：-1

  1. 釋放Modbus實例

void???modbus_free(modbus_t?*ctx)
功能：釋放Modbus實例
參數：ctx：Modbus實例

  1. 關閉套接字

void???modbus_close(modbus_t?*ctx)
功能：關閉套接字
參數：ctx：Modbus實例

  1. 讀取線圈狀態，可讀取多個連續線圈的狀態（對應功能碼為0x01）

int?modbus_read_bits(modbus_t?*ctx,?int?addr,?int?nb,?uint8_t?*dest)
功能：讀取線圈狀態，可讀取多個連續線圈的狀態（對應功能碼為0x01）
參數：
????ctx???：Modbus實例
????addr?：寄存器起始地址
????nb????：寄存器個數
????dest?：得到的狀態值

7)讀取輸入狀態，可讀取多個連續輸入的狀態（對應功能碼為0x02）

int??modbus_read_input_bits(modbus_t?*ctx,?int?addr,?int?nb,?uint8_t?*dest)
功能：讀取輸入狀態，可讀取多個連續輸入的狀態（對應功能碼為0x02）
參數：
????ctx???：Modbus實例
????addr?：寄存器起始地址
????nb???：寄存器個數
????dest?：得到的狀態值
返回值：成功：返回nb的值

  1. 讀取保持寄存器的值，可讀取多個連續保持寄存器的值（對應功能碼為0x03）

int??modbus_read_registers(modbus_t?*ctx,?int?addr,?int?nb,?uint16_t?*dest)
功能：讀取保持寄存器的值，可讀取多個連續保持寄存器的值（對應功能碼為0x03）
參數：
????ctx???：Modbus實例
????addr?：寄存器起始地址
????nb????：寄存器個數
????dest?：得到的寄存器的值
返回值：成功：讀到寄存器的個數
???????失敗：-1

  1. 讀輸入寄存器的值，可讀取多個連續輸入寄存器的值（對應功能碼為0x04）

int???modbus_read_input_registers(modbus_t?*ctx, int?addr, int?nb,?uint16_t?*dest)
功能：讀輸入寄存器的值，可讀取多個連續輸入寄存器的值（對應功能碼為0x04）
參數：
????ctx???：Modbus實例
????addr?：寄存器起始地址
????nb????：寄存器個數
????dest?：得到的寄存器的值
返回值：成功：讀到寄存器的個數
???????失敗：-1

  1. 寫入單個線圈的狀態（對應功能碼為0x05）

int??modbus_write_bit(modbus_t?*ctx,?int?addr,?int?status);
功能：寫入單個線圈的狀態（對應功能碼為0x05）
參數：
????ctx?????：Modbus實例
????addr??：線圈地址
????status：線圈狀態
返回值：成功：0
??????失敗：-1

  1. 寫入多個連續線圈的狀態（對應功能碼為15）

int??modbus_write_bits(modbus_t?*ctx,?int?addr,?int?nb,?const?uint8_t?*src);
功能：寫入多個連續線圈的狀態（對應功能碼為15）
參數：
????ctx?????：Modbus實例
????addr??：線圈地址
????nb?????：線圈個數
????src????：多個線圈狀態
返回值：成功：0
??????失敗：-1

  1. 寫入單個寄存器（對應功能碼為0x06）

int??modbus_write_register(modbus_t?*ctx,?int?addr,?int?value);
功能：??寫入單個寄存器（對應功能碼為0x06）
參數：?
????ctx????：Modbus實例
????addr??：寄存器地址
????value?：寄存器的值?
返回值：成功：0
???????失敗：-1

12)寫入多個連續寄存器（對應功能碼為16）

int  modbus_write_registers(modbus_t?*ctx, int?addr, int?nb, const uint16_t *src);
功能：寫入多個連續寄存器（對應功能碼為16）
參數：
????ctx????：Modbus實例
????addr??：寄存器地址
????nb?????：寄存器的個數
????src????：多個寄存器的值?
返回值：成功：0
??????失敗：-1

  1. 編程流程
  1. 創建實例?modbus_new_tcp
  2. 設置從機id?modbus_set_slave
  3. 建立連接?modbus_connect
  4. 寄存器操作
  5. 關閉套接字?modbus_close
  6. 釋放實例?modbus_free
  1. 練習

通過庫函數實現03功能碼采集數據

注意：編譯不要忘了鏈接庫、查看網絡是否能用，查看slave端協議是否正確，查看slave端是否有對應的寄存器類型，查看slave?id是否一致

gcc?modbus.c?-lmodbus

#include?<stdio.h>
#include?<sys/types.h>?/*?See?NOTES?*/
#include?<sys/socket.h>
#include?<netinet/in.h>
#include?<netinet/ip.h>?/*?superset?of?previous?*/
#include?<arpa/inet.h>
#include?<unistd.h>
#include?<stdlib.h>
#include?<string.h>
#include?<modbus.h>
int?main(int?argc,?char?const?*argv[])
{
????int?ret;
????uint16_t?buf[32];
????//?1.創建實例?modbus_new_tcp,端口號字符型轉整型
????modbus_t*?md?=?modbus_new_tcp(argv[1],atoi(argv[2]));
????//?2.設置從機id?modbus_set_slave
????ret?=?modbus_set_slave(md,?1);
????if?(ret?<?0)
????{
????????printf("set?err\n");
????}
????//?3.建立連接?modbus_connect
????ret?=?modbus_connect(md);
????if?(ret?<?0)
????{
????????printf("connect?err.\n");
????}
????//?4.寄存器操作
????//從0開始讀十個寄存器值
????ret?=?modbus_read_registers(md,?0,?10,?buf);
????for?(int?i?=?0;?i?<?10;?i++)
????{
????????printf("%#x?",?buf[i]);
????}
????//?5.關閉套接字?modbus_close,先關閉套接字,再釋放實例
????modbus_close(md);???
????//?6.釋放實例?modbus_free
????modbus_free(md);
????return?0;
}

1.任務：編程實現采集傳感器數據和控制硬件設備（傳感器和硬件通過slave模擬）

傳感器：2個，光線傳感器、加速度傳感器（x\y\z）

硬件設備：2個，led燈、蜂鳴器

要求：

1.多任務編程：多線程

2.循環1s采集一次數據，并將數據打印至終端

3.同時從終端輸入指令控制硬件設備

0??1?：led燈打開

0??0：led燈關閉

1??1：蜂鳴器開

1?0?:??蜂鳴器關

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