Modbus 是一種通信協議，用于工業自動化領域中的設備之間的通信。它是一種串行通信協議，廣泛應用于連接不同設備、傳感器和執行器的工業控制系統。 Modbus 在工業控制系統、自動化設備、能源管理系統等領域得到廣泛應用。

Modbus 協議的基本特點：

通信方式： Modbus 支持串行通信和以太網通信。串行通信通常使用 RS-232、RS-485 或 RS-422 等標準。

協議類型： Modbus 協議有不同的變體，包括 Modbus RTU（二進制形式）和 Modbus ASCII（ASCII 文本形式）。此外，基于以太網的 Modbus TCP/IP 也是一種常見的變體。

數據幀： Modbus 通信使用數據幀（Frame）進行信息傳遞。幀包括地址、功能碼、數據和錯誤檢測字段。

功能碼： Modbus 定義了一系列功能碼，用于執行不同的操作。例如，讀取保持寄存器、寫入單個寄存器等。

寄存器： 數據在 Modbus 中以寄存器的形式存儲。有輸入寄存器、保持寄存器等不同類型。

主從結構： Modbus 通信通常涉及到主從結構。主設備（Master）發起通信請求，而從設備（Slave）響應請求。

數據幀

Modbus 通信使用數據幀（Frame）進行信息傳遞。幀包括地址、功能碼、數據和錯誤檢測字段。

網絡架構

每種類型的設備(PLC, HMI，控制面板，驅動程序，運動控制，I/O設備…)都可以使用MODBUS協議發起遠程操作。

同樣的通信可以在串行線上完成，也可以在以太網TCP/IP網絡上完成。網關允許使用MODBUS協議在幾種類型的總線或網絡之間進行通信

MODBUS協議定義了三個PDUs.
? MODBUS Request PDU, mb_req_pdu
? MODBUS Response PDU, mb_rsp_pdu
? MODBUS Exception Response PDU, mb_excep_rsp_pdu

Modbus主從通信

Modbus 通信通常涉及到一個主設備（Master）和一個或多個從設備（Slave）。以下是建立 Modbus 通信連接的一般步驟：

主設備（Master）的操作：

確定通信參數： 主設備需要確定與從設備通信時所需的參數，包括通信端口、波特率、奇偶校驗等。

選擇通信方式： 主設備可以選擇串行通信（RS-232、RS-485、RS-422等）或以太網通信（Modbus TCP/IP）。

創建 Modbus 請求幀： 主設備通過構建包含適當功能碼和數據的 Modbus 請求幀來發起通信請求。功能碼指示所需的操作，例如讀取寄存器、寫入寄存器等。

發送請求幀： 主設備通過選定的通信方式將請求幀發送到從設備。

等待響應： 主設備等待從設備的響應。響應幀包含所請求的數據或操作的結果。

解析響應： 主設備解析從設備發送的響應幀，提取所需的信息。

從設備（Slave）的操作：

接收請求幀： 從設備通過選定的通信方式接收主設備發送的請求幀。

解析請求： 從設備解析主設備發送的請求幀，確定所需執行的操作和相關參數。

執行操作： 從設備執行主設備請求的操作，例如讀取寄存器、寫入寄存器等。

創建響應幀： 從設備根據執行結果創建包含響應數據的 Modbus 響應幀。

發送響應幀： 從設備通過選定的通信方式將響應幀發送回主設備。

在通信過程中，主從設備都應該能夠處理可能的錯誤情況。這可能包括超時、通信中斷、校驗錯誤等。

modbus協議的主從通信

在 Linux 下使用 C/C++ 實現 Modbus 主從通信涉及到底層的串口或網絡通信編程，以及構建 Modbus 請求和響應幀的操作。以下是一個簡單的示例，使用串口通信（RS-485）實現 Modbus 主從通信，主設備讀取從設備的保持寄存器的例子.

安裝 Modbus 庫

sudo apt-get install libmodbus-dev

Modbus 從設備代碼

從設備代碼示例（modbus_slave.cpp)

#include <modbus/modbus.h>int main() {modbus_t *ctx;uint16_t holding_registers[2] = {0x1234, 0xABCD};// Create a new context with Modbus RTU over RS-485ctx = modbus_new_rtu("/dev/ttyUSB0", 9600, 'N', 8, 1);if (ctx == NULL) {fprintf(stderr, "Unable to create Modbus context\n");return -1;}// Set the Modbus device IDmodbus_set_slave(ctx, 1);// Start the Modbus server (listen for requests)modbus_mapping_t *mb_mapping = modbus_mapping_new(0, 0, 2, 0);modbus_mapping_set_base_address(mb_mapping, 0, 0);modbus_mapping_set_pointer(ctx, mb_mapping);while (1) {// Handle Modbus requestsmodbus_receive(ctx, mb_mapping);modbus_reply(ctx, mb_mapping, 0x01);  // 0x01 is the Modbus function code for reading holding registers}// Clean upmodbus_mapping_free(mb_mapping);modbus_close(ctx);modbus_free(ctx);return 0;
}

Modbus 主設備代碼

主設備代碼示例（modbus_master.cpp）

#include <modbus/modbus.h>int main() {modbus_t *ctx;uint16_t holding_registers[2];// Create a new context with Modbus RTU over RS-485ctx = modbus_new_rtu("/dev/ttyUSB0", 9600, 'N', 8, 1);if (ctx == NULL) {fprintf(stderr, "Unable to create Modbus context\n");return -1;}// Set the Modbus device IDmodbus_set_slave(ctx, 1);// Connect to the Modbus serverif (modbus_connect(ctx) == -1) {fprintf(stderr, "Modbus connection failed: %s\n", modbus_strerror(errno));modbus_free(ctx);return -1;}// Read holding registers from the Modbus serverint num_registers = modbus_read_registers(ctx, 0, 2, holding_registers);if (num_registers == -1) {fprintf(stderr, "Modbus read failed: %s\n", modbus_strerror(errno));} else {printf("Holding Register 0: 0x%04X\n", holding_registers[0]);printf("Holding Register 1: 0x%04X\n", holding_registers[1]);}// Disconnect and clean upmodbus_close(ctx);modbus_free(ctx);return 0;
}

編譯和運行

# 編譯從設備代碼
g++ modbus_slave.cpp -o modbus_slave -lmodbus# 編譯主設備代碼
g++ modbus_master.cpp -o modbus_master -lmodbus# 運行從設備
./modbus_slave# 在另一個終端運行主設備
./modbus_master

實際中需要根據具體設備的 Modbus 協議文檔和通信方式進行適當的配置和編碼。同時，對于網絡通信，可以使用 Modbus TCP/IP，而不是串口通信。