IoTClient开发5 - ModBusRtu协议

程序员文章站 2022-08-28 13:57:18

前言前面我们介绍了 "ModBusTcp协议" 。今天我们接着来介绍ModBusRtu协议。和ModBusTcp不同的是ModBusRtu基于串口通信，ModBusTcp是基于Tcp以太网通信。所以我们在讲解ModBusRtu协议之前会先介绍下串口通信。串口通信串口出现在1980年前后，当初 ......

前言

前面我们介绍了modbustcp协议。今天我们接着来介绍modbusrtu协议。和modbustcp不同的是modbusrtu基于串口通信，modbustcp是基于tcp以太网通信。
所以我们在讲解modbusrtu协议之前会先介绍下串口通信。

串口通信

串口出现在1980年前后，当初主要目的是用来做电脑外设设备的连接，如鼠标、键盘等。现在最新的电脑慢慢的取消了原始的串口接口，不过依然广泛用于工控和测量等设备。

串口通信参数

串口通信指的是串口按位(bit)发送和接收字节，串口通信参数主要有波特率、数据位、停止位、校验位。

波特率

波特率表达的是串口通信的速率，一秒钟内传送的信号单元(码元)个数。信号单元一般包含10位(7个数据位、1个校验位、1到2个停止位)。注意：波特率和距离成反比

数据位

通信中实际的数据，有效值为6、7和8。

停止位

用来表示单个包的最后一位，有效值为1、1.5和2。停止位可用来表示传输的结束和校正时钟同步。注意：停止位的位数越多，时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率会越慢。

校验位

奇偶校验作为通信中的检错方式，如果发现错误则重新发送。

示例数据	偶校验位	奇校验位
0000000	00000000	00000001
1010001	10100011	10100010
1101001	11010010	11010011
1111111	11111111	11111110

从上可以看出奇偶校验就是在数据最后加一位，使数据中的1的数量保持偶数或奇数。

波特率和比特率（扩展知识）

比特率是我们常用来表达宽带速率的一种方法。看上去和波特率很像，如果波特率的信号码元只传1比特(bit)，那么它们之间是相等的。如果波特率的信号码元传10比特，那么波特率是比特率的10倍。所以，波特率和比特率表达的意义是不一样的，不要搞混了。

宽带比特率的实际下载速度（扩展知识）

mbps和mbit/s等效、kbit/s和kbps等效、bps和bit/s等效
1mbps(mbit/s) = 11024kbit(kbit/s) = 11024*1024bps(bit/s)，注意他们的单位都是bit(比特)，而不是byte(字节)，所以实际下载速度要除以八。1024 / 8 = 128 kb/s。

crc16校验

crc，cyclic redundancy check循环冗余检验，是基于数据计算一组效验码，用于核对数据传输过程中是否被更改或传输错误。而modbusrtu用到的是其中的crc16校验。
其计算原理，可参考、、3
以下是crc16反向算法，经测试可用于modbusrtu的crc计算。

public class crc16
{
    /// <summary>
    /// 验证crc16校验码
    /// </summary>
    /// <param name="value">校验数据</param>
    /// <param name="poly">多项式码</param>
    /// <param name="crcinit">校验码初始值</param>
    /// <returns></returns>
    public static bool checkcrc16(byte[] value, ushort poly = 0xa001, ushort crcinit = 0xffff)
    {
        if (value == null || !value.any())
            throw new argumentexception("生成crc16的入参有误");

        var crc16 = getcrc16(value, poly, crcinit);
        if (crc16[crc16.length - 2] == crc16[crc16.length - 1] && crc16[crc16.length - 1] == 0)
            return true;
        return false;
    }

    /// <summary>
    /// 计算crc16校验码
    /// </summary>
    /// <param name="value">校验数据</param>
    /// <param name="poly">多项式码</param>
    /// <param name="crcinit">校验码初始值</param>
    /// <returns></returns>
    public static byte[] getcrc16(byte[] value, ushort poly = 0xa001, ushort crcinit = 0xffff)
    {
        if (value == null || !value.any())
            throw new argumentexception("生成crc16的入参有误");

        //运算
        ushort crc = crcinit;
        for (int i = 0; i < value.length; i++)
        {
            crc = (ushort)(crc ^ (value[i]));
            for (int j = 0; j < 8; j++)
            {
                crc = (crc & 1) != 0 ? (ushort)((crc >> 1) ^ poly) : (ushort)(crc >> 1);
            }
        }
        byte hi = (byte)((crc & 0xff00) >> 8);  //高位置
        byte lo = (byte)(crc & 0x00ff);         //低位置

        byte[] buffer = new byte[value.length + 2];
        value.copyto(buffer, 0);
        buffer[buffer.length - 1] = hi;
        buffer[buffer.length - 2] = lo;
        return buffer;
    }
}

协议报文分析

数据【读取-请求报文】：01 03 00 04 00 01 c5 cb

01 站号
03 功能码
00 04 读取的寄存器的起始地址
00 01 读取寄存器的个数
c5 cb 为crc16的校验码【使用上面的crc16类进行的计算结果，crc16.getcrc16([01,03,00,04,00,01])】

数据【读取-响应报文】：01 03 02 00 21 78 5c

01 站号
03 功能码
02 数据的字节长度
00 21 数据
78 5c 为crc16的校验码

数据【写入-请求报文】：01 10 00 04 00 01 02 00 21 67 cc

01 站号
10 功能码
00 04 写入的寄存器的起始地址
00 01 写入寄存器的个数
02 写字节的个数
00 21 要写的数据
67 cc 为crc16的校验码

数据【写入-响应报文】：01 10 00 04 00 01 40 08

01 站号
10 功能码
00 04 写入的寄存器的起始地址
00 01 写入寄存器的个数
40 08 为crc16的校验码

有了报文的分析，具体的协议实现也就不难了。完整实现可参考https://github.com/zhaopeiym/iotclient/blob/master/iotclient/clients/modbus/modbusrtuclient.cs

iotclient中modbusrtu协议的使用

安装

nuget安装 install-package iotclient
或图形化安装
IoTClient开发5 - ModBusRtu协议

使用

//1、实例化客户端 - [com端口名称,波特率,数据位,停止位,奇偶校验]
modbusrtuclient client = new modbusrtuclient("com3", 9600, 8, stopbits.one, parity.none);

//2、写操作 - 参数依次是：地址 、值 、站号 、功能码
client.write("4", (short)33, 2, 16);
client.write("4", (short)3344, 2, 16);

//3、读操作 - 参数依次是：地址 、站号 、功能码
var value = client.readint16("4", 2, 3).value;
var value2 = client.readint32("4", 2, 3).value;

//4、如果没有主动open，则会每次读写操作的时候自动打开自动和关闭连接，这样会使读写效率大大减低。所以建议手动open和close。
client.open();

//5、读写操作都会返回操作结果对象result
var result = client.readint16("4", 2, 3);
//5.1 读取是否成功（true或false）
var issucceed = result.issucceed;
//5.2 读取失败的异常信息
var errmsg = result.err;
//5.3 读取操作实际发送的请求报文
var requst  = result.requst;
//5.4 读取操作服务端响应的报文
var response = result.response;
//5.5 读取到的值
var value3 = result.value;

参考

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