Modbus協議

Modbus概念

Modbus協議是應用於電子控制器上的一種通用語言，通過此協議，可以實現控制器相互之間或通過網絡實現通信。

Modbus特點

Modbus協議標准開放、公開發表且無版權要求。

Modbus協議支持多種電氣接口，包括RS232，TCP/IP等，還可以在各種介質上進行傳輸，如雙絞線、光纖、紅外、無線等。

Modbus消息幀格式簡單、緊湊、通俗易懂。用戶理解和使用簡單、廠商容易開發和集成，方便形成工業控制網絡。

Modbus在串行鏈路上的兩種對比

 Modbus在串行鏈路上的報文格式

 對於每一幀報文都會有3.5個字符左右的報文間隔時間，這3.5個字符時間並不是一個固定的時間，而是一個相對時間，它和通訊的波特率相關。9600的波特率3.5

個字符大概占用4ms,如果是19200，那么這個時間將會更加的短。如果你同時發送兩幀報文，時間間隔非常小，小於3.5個字符占用的時間，那么將會被視為是一

條報文，如果時間間隔大於3.5個字符占用的時間，那么就會被視為兩條報文，這就是通信過程中常說的粘包。

Modbus存儲區介紹

Modbus控制器涉及到的控制器（或Modbus設備）存儲區以0XXXX,1XXXX,3XXXX,4XXXX標識：

 Modbus三大利器

Modbus Poll：仿真Modbus  Rtu主站或者Modbus Tcp客戶端的軟件

Modbus Slave:仿真Modbus Rtu從站或者Modbus Tcp服務器的軟件

VSPD:虛擬電腦串口的軟件

Modbus功能

 1.讀取輸出線圈 功能碼：01H

發送報文格式：從站地址+功能碼+起始地址+線圈數量+CRC校驗

返回報文格式：從站地址+功能碼+字節計數+實際字節值+CRC校驗

 （1）主站詢問報文格式

含義：讀17號(十六進制數0x11是十進制數17)從站輸出線圈，起始地址=0013H=19，對應地址00020；線圈數=001B=27；結束地址=00020+27-1=46，即讀

11H（17號）從站輸出線圈00020至00046共27個線圈狀態。27/8>3,需要發送四個字節，因此從站也返回四個字節。

（2）從站應答報文格式

含義：返回11H(17)號從站輸出線圈00020至00046，共27個線圈狀態，分別為CD 6B B2 05

 真正需要的數據也就是CD 6B B2 05四個字節。

測試方法一：使用Modus Poll和Modbus Slave測試

（1）Modbus Poll設置：

（2）Modbus Slave設置：

 

 00020至00027為：1001 0000 =0x90

 00028至00035為：0000 0000=0x00

 00036至00043為：0000 0010=0x02

 00044至00046為：001=0x01

分析報文：

Tx:11 01 00 13 00 1B 8F 54
Rx:11 01 04 90 00 02 01 07 B0

黑色加粗部分即為核心數據

測試方法二：使用串口調試助手和Modbus Slave，

串口調試助手實質上是對Mobus Poll軟件的封裝，使用串口調試助手發送11 01 00 13 00 1B 8F 54這條報文，應該會返回11 01 04 90 00 02 01 07 B0這條報文。

類似的，我們再看其他功能碼。

 

 

 

 

 說明：一個線圈是一個bit,是一位；寄存器和word、字是一個概念，一個字是兩個字節，所以一個

寄存器也是兩個字節。

下面基於Modbus協議開發通信類庫。項目搭建如下：

 

 步驟：

1.創建通信對象：打開/關閉串口。

   #region 建立連接和斷開連接

        private void btn_Connect_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //判斷是否已經連接
            if (IsConnected)
            {
                AddLog(1, "ModbusRTU已經連接，請勿重復連接");
                return;
            }

            //如果沒有連接，則建立連接

            // Parity iparity =(Parity)( Enum.Parse(typeof(Parity), this.cmb_Parity.SelectedItem.ToString(), false));

            try
            {
                objModbus.OpenMyCom(int.Parse(this.cmb_Paud.Text.Trim()), this.cmb_Port.Text.Trim(), int.Parse(this.txt_DataBits.Text.Trim()),

                    (Parity)(Enum.Parse(typeof(Parity), this.cmb_Parity.SelectedItem.ToString(), false)), (StopBits)(Enum.Parse(typeof(StopBits), this.cmb_StopBits.SelectedItem.ToString(), false)));
            }
            catch (Exception ex)
            {
                IsConnected = false;
                AddLog(1, "ModbusRTU連接失敗：" + ex.Message);
                return;
            }

            IsConnected = true;
            AddLog(0, "ModbusRTU連接成功");
        }
        private void btn_DisConn_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            objModbus.CloseMyCom();
            IsConnected = false;
            AddLog(0, "斷開連接ModbusRTU");
        }
        #endregion

 2.根據上面不同的功能碼編寫通信類讀取和寫入線圈。

先編寫一個操作字節數組的通用類：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace DAL
{
    public class ByteArray
    {
        List<byte> list = null;
        //初始化
        public ByteArray()
        {
            list = new List<byte>();
        }
        //添加單個字節
        public void Add(byte item)
        {
            list.Add(item);
        }
        //添加數組
        public void Add(byte[] item)
        {
            list.AddRange(item);
        }
        //清除
        public void Clear()
        {
            list = new List<byte>();
        }
        //獲取數組
        public byte[] array
        {
            get { return list.ToArray(); }
        }
    }
}

 （1）01F:讀取輸出線圈

        #region 讀取輸出線圈 功能碼01H
        /// <summary>
        /// 讀取輸出線圈方法
        /// </summary>
        /// <param name="iDevAdd">從站地址</param>
        /// <param name="iAddress">起始地址</param>
        /// <param name="iLength">讀取長度</param>
        /// <returns></returns>
        public byte[] ReadOutputStatus(int iDevAdd, int iAddress, int iLength)
        {
            //第一步：拼接報文
            ByteArray SendCommand = new ByteArray();
            SendCommand.Add(new byte[]{(byte)iDevAdd,0x01, (byte)(iAddress/256), (byte)(iAddress%256)});
            SendCommand.Add(new byte[]{(byte)(iLength/256), (byte)(iLength%256)});
            SendCommand.Add(Crc16(SendCommand.array, 6));
            //第二步：發送報文  接受報文
            int byteLength = 0;
            if (iLength % 8 == 0)
            {
                byteLength = iLength / 8;
            }
            else
            {
                byteLength = iLength / 8 + 1;
            }

            byte[] response = new byte[5 + byteLength];

            if (SendData(SendCommand.array, ref response))
            {
                //第三步：解析報文
                //驗證：核對發送的和返回的報文的功能碼+字節計數
                if (response[1] == 0x01 && response[2] == byteLength)
                {
                    return GetByteArray(response, 3, byteLength);
                }
                else
                {
                    return null;
                }
            }
            else
            {
                return null;
            }
        }
        #endregion

//CRC校驗

       #region  CRC校驗

        private static readonly byte[] aucCRCHi = {
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
             0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
             0x00, 0xC1, 0x81, 0x40
         };
        private static readonly byte[] aucCRCLo = {
             0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7,
             0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E,
             0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09, 0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9,
             0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC,
             0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,
             0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32,
             0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D,
             0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A, 0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38,
             0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF,
             0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,
             0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1,
             0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4,
             0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F, 0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB,
             0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA,
             0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,
             0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0,
             0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97,
             0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C, 0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E,
             0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89,
             0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,
             0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83,
             0x41, 0x81, 0x80, 0x40
         };

        /// <summary>
        ///   CRC檢驗,返回2個字節
        /// </summary>
        /// <param name="pucFrame">要校驗的字節數組</param>
        /// <param name="usLen">要校驗的字節數組的長度</param>
        /// <returns></returns>
        private byte[] Crc16(byte[] pucFrame, int usLen)
        {
            int i = 0;
            byte[] res = new byte[2] { 0xFF, 0xFF };

            UInt16 iIndex = 0x0000;

            while (usLen-- > 0)
            {
                iIndex = (UInt16)(res[0] ^ pucFrame[i++]);
                res[0] = (byte)(res[1] ^ aucCRCHi[iIndex]);
                res[1] = aucCRCLo[iIndex];
            }
            return res;
        }

        #endregion

       #region 通用發送報文並接受
        /// <summary>
        /// 通用發送報文並接受
        /// </summary>
        /// <param name="sendByte"></param>
        /// <param name="response"></param>
        /// <returns></returns>
        private bool SendData(byte[] sendByte, ref byte[] response)
        {
            //上鎖
            InteractiveLock.Enter();

            try
            {
                //發送報文
                MyCom.Write(sendByte, 0, sendByte.Length);

                //定義一個Buffer
                byte[] buffer = new byte[1024];

                //定義一個內存
                MemoryStream ms = new MemoryStream();

                //定義讀取開始時間
                DateTime start = DateTime.Now;

                //【1】獲取當前緩沖區的值，判斷是否有值，如果有值，讀取過來，放到內存中

                //接着再去判斷，如果當前緩沖區的值為0，說明讀完了

                //【2】如果每次讀取都讀不到，我們用超時時間來做判斷

                while (true)
                {
                    Thread.Sleep(SleepTime);
                    if (MyCom.BytesToRead >= 1)
                    {
                        int spcount = MyCom.Read(buffer, 0, buffer.Length);
                        ms.Write(buffer, 0, spcount);
                    }
                    else
                    {
                        //判斷是否超時
                        if ((DateTime.Now - start).TotalMilliseconds > this.ReceiveTimeOut)
                        {
                            ms.Dispose();
                            return false;
                        }
                        else if (ms.Length > 0)
                        {
                            break;
                        }
                    }
                }
                response = ms.ToArray();
                ms.Dispose();

                return true;
            }
            catch (Exception)
            {
                return false;
            }

            finally
            {
                //解鎖
                InteractiveLock.Leave();
            }

        }

        #endregion

（2）02F 讀取輸入線圈