IoTClient开发3 - ModBusTcp协议客户端实现
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2023-12-18 17:47:22
前言 进过前面两章的介绍，今天开始正式的实战。 进制转换 很多朋友对于进制转换可能是在刚学计算机的时候有接触，后来做高级语言开发可能就慢慢忘记了。我们做工控开发的时候需要经常进行进制转换，这里和大家一起复习下。 一个字节等8位（1byte = 8bit），可以存储2^8（0 255）共计256个数字 ......
前言
进过前面两章的介绍，今天开始正式的实战。
进制转换
很多朋友对于进制转换可能是在刚学计算机的时候有接触，后来做高级语言开发可能就慢慢忘记了。我们做工控开发的时候需要经常进行进制转换，这里和大家一起复习下。
一个字节等8位（1byte = 8bit），可以存储2^8（0-255）共计256个数字。所以我们要对8、256等数字要敏感。
int16（short）, int32（int）, int64（long） 分别是占用2个字节、4个字节、8个字节，single（float）也是占用4个字节。
bool system.boolean (布尔型，其值为 true 或者 false) byte system.byte (字节型，占 1 字节，表示 8 位正整数，范围 0 ~ 255) sbyte system.sbyte (带符号字节型，占 1 字节，表示 8 位整数，范围 -128 ~ 127) char system.char (字符型，占有 2 个字节，表示 1 个 unicode 字符) short system.int16 (短整型，占 2 字节，表示 16 位整数，范围 -32,768 ~ 32,767) ushort system.uint16 (无符号短整型，占 2 字节，表示 16 位正整数，范围 0 ~ 65,535) uint system.uint32 (无符号整型，占 4 字节，表示 32 位正整数，范围 0 ~ 4,294,967,295) int system.int32 (整型，占 4 字节，表示 32 位整数，范围 -2,147,483,648 到 2,147,483,647) float system.single (单精度浮点型，占 4 个字节) ulong system.uint64 (无符号长整型，占 8 字节，表示 64 位正整数) long system.int64 (长整型，占 8 字节，表示 64 位整数) double system.double (双精度浮点型，占8 个字节)
接着我们来看其他进制转十进制的计算
十进制转十进制 1263 = 1*10^3 + 2*10^2 + 6*10^1 + 3*10^0 = 1000 + 200 + 60 + 3 = 1263 二进制转十进制 1001 = 1*2^3 + 0*2^2 + 0*2^1 + 1*2^0 = 8 + 0 + 0 + 1 = 9 十六进制转十进制 3245 = 3*16^3 + 2*16^2 + 4*16^1 + 5*16^0 = 3*4096 + 2*256 + 4*16 + 5 = 12869
十进制转二进制
第八位 第七位 第六位 第五位 第四位 第三位 第二位 第一位 2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0 128 64 32 16 8 4 2 1 以上位二进制位能存储最大十进制数，所以我们反过来也可以对照把十进制转二进制。比如86， 86小于128多以第八位是0，86大于64所以第七位是1。86-64=22，22小于32所以第六位是0，22大于16所以第五位是1。。。
所以最好转成二进制是：0101 0110
二进制转十六进制
我们用二进制 0101 0110来演示，也就是上面十进制的86。
当然，你最好用计算器验证下
modbustcp协议介绍
我们在对进制转换进行复习过后，接下来讲modbustcp协议。
modbus协议是现在工控里面用的比较多比较通用的一种协议，什么可靠啊、简单啊等等一些优点就不说了，直接入正题。
modbus分为rtu、ascii、tcp三种方式进行通信，今天我们只讲tcp。
在modbus里面有站号、功能码、寄存器地址等概念。
- 站号：多设备的标识号
- 功能码：一些功能的标识号
功能码详解：
01：读线圈 02：读离散量 03：读保持寄存器（每个寄存器含有两个字节） 04：读输入寄存器 05：写单个线圈 06：写单个寄存器 15：用于写多个线圈 16：写多个寄存器
modbustcp报文分析
协议的理解和实现主要就是要对协议报文理解。（注意：以下报文数据都是十六进制）
数据【读取-请求报文】：19 b2 00 00 00 06 02 03 00 04 00 01
- 19 b2 是客户端发的检验信息，随意定义。
- 00 00 代表是基于tcp/ip协议的modbus
- 00 06 标识后面还有多长的字节
- 02 表示站号地址
- 03 为功能码（读保持寄存器）
- 00 04 为寄存器地址
- 00 01 为寄存器的长度(寄存器个数)
数据【读取-响应报文】（分两次获取）
第一次获取前八个字节（map报文头）：19 b2 00 00 00 05 02 03 02 00 20
- 19 b2 检验验证信息(复制的客户端发的，配件检验)
- 00 00 代表是基于tcp/ip协议的modbus(复制的客户端发的)
- 00 05 为当前位置到最后的长度
- 02 表示站号地址(复制的客户端发的)
- 03 为功能码(复制的客户端发的)
第二次获取的报文：02 00 20
- 02 字节个数
- 00 20 响应的数据
数据【写入-请求报文】：19 b2 00 00 00 09 02 10 00 04 00 01 02 00 20
- 19 b2 是客户端发的检验信息，随意定义。
- 00 00 代表是基于tcp/ip协议的modbus
- 00 09 从本字节下一个到最后
- 02 站号
- 10 功能码（转十进制就是16）
- 00 04 寄存器地址
- 00 01 寄存器的长度(寄存器个数)
- 02 写字节的个数
- 00 20 要写入的值（转十进制为32）
数据【写入-响应报文】：19 b2 00 00 00 06 02 10 00 04 00 01
和请求报文的区别
- 没有了请求报文的数据值
- 00 09 变成了00 06 因为报文长度变了
- 其他的报文意义和请求报文一致
modbustcp对寄存器的读取
有了上面的三个报文做参考，我们就可以用socket来实现modbustcp协议了。其实协议就是按照报文的规定来，也没有想的那么复杂，和我们前面实现的聊天通讯软件区别不大。
第一步，我们先实现数据读取报文的组装：
/// <summary>
/// 获取读取命令（此方法传入参数后就可以得到类似19 b2 00 00 00 06 02 03 00 04 00 01这样的请求报文）
/// </summary>
/// <param name="address">寄存器起始地址</param>
/// <param name="stationnumber">站号</param>
/// <param name="functioncode">功能码</param>
/// <param name="length">读取长度</param>
/// <returns></returns>
public static byte[] getreadcommand(ushort address, byte stationnumber, byte functioncode, ushort length)
{
byte[] buffer = new byte[12];
buffer[0] = 0x19;
buffer[1] = 0xb2;//client发出的检验信息
buffer[2] = 0x00;
buffer[3] = 0x00;//表示tcp/ip 的协议的modbus的协议
buffer[4] = 0x00;
buffer[5] = 0x06;//表示的是该字节以后的字节长度
buffer[6] = stationnumber; //站号
buffer[7] = functioncode; //功能码
buffer[8] = bitconverter.getbytes(address)[1];
buffer[9] = bitconverter.getbytes(address)[0];//寄存器地址
buffer[10] = bitconverter.getbytes(length)[1];
buffer[11] = bitconverter.getbytes(length)[0];//表示request 寄存器的长度(寄存器个数)
return buffer;
}
第二步，就是建立我们的socket连接，并发送请求报文
//1 创建socket var socket = new socket(addressfamily.internetwork, sockettype.stream, protocoltype.tcp); //2 建立连接 socket.connect(new ipendpoint(ipaddress.parse(ip), 端口)); //3 获取命令[组装请求报文]（寄存器起始地址：4、站号：2、功能码：3、读取寄存器长度：1） byte[] command = getreadcommand(4, 2, 3, 1); //4 发送命令 socket.send(command);
第三步，解析响应报文，得到数据值
//5 读取响应 byte[] buffer1 = new byte[8];//先读取前面八个字节（map报文头） socket.receive(buffer1, 0, buffer1.length, socketflags.none); //5.1 获取将要读取的数据长度 int length = buffer1[4] * 256 + buffer1[5] - 2;//减2是因为这个长度数据包括了单元标识符和功能码，占两个字节 //5.2 读取数据 byte[] buffer2 = new byte[length]; var readlength2 = socket.receive(buffer2, 0, buffer2.length, socketflags.none); byte[] buffer3 = new byte[readlength2 - 1]; //5.3 过滤第一个字节（第一个字节代表数据的字节个数） array.copy(buffer2, 1, buffer3, 0, buffer3.length); var buffer3reverse = buffer3.reverse().toarray(); var value = bitconverter.toint16(buffer3reverse, 0); //6 关闭连接 socket.shutdown(socketshutdown.both); socket.close();
modbustcp对寄存器的写入
对于数据写入就更简单了。
第一步，组装请求报文
/// <summary>
/// 获取写入命令
/// </summary>
/// <param name="address">寄存器地址</param>
/// <param name="values"></param>
/// <param name="stationnumber">站号</param>
/// <param name="functioncode">功能码</param>
/// <returns></returns>
public static byte[] getwritecommand(ushort address, byte[] values, byte stationnumber, byte functioncode)
{
byte[] buffer = new byte[13 + values.length];
buffer[0] = 0x19;
buffer[1] = 0xb2;//检验信息，用来验证response是否串数据了
buffer[4] = bitconverter.getbytes(7 + values.length)[1];
buffer[5] = bitconverter.getbytes(7 + values.length)[0];//表示的是header handle后面还有多长的字节
buffer[6] = stationnumber; //站号
buffer[7] = functioncode; //功能码
buffer[8] = bitconverter.getbytes(address)[1];
buffer[9] = bitconverter.getbytes(address)[0];//寄存器地址
buffer[10] = (byte)(values.length / 2 / 256);
buffer[11] = (byte)(values.length / 2 % 256);//写寄存器数量(除2是一个寄存器两个字节，寄存器16位。除以256是byte最大存储255。)
buffer[12] = (byte)(values.length); //写字节的个数
values.copyto(buffer, 13); //把目标值附加到数组后面
return buffer;
}
第二步，建立socket连接，并发送报文
//1 创建socket var socket = new socket(addressfamily.internetwork, sockettype.stream, protocoltype.tcp); //2 建立连接 socket.connect(new ipendpoint(ipaddress.parse(ip), 端口)); //值的转换 short value = 32; var values = bitconverter.getbytes(value).reverse().toarray(); //3 获取并发送命令（寄存器起始地址、站号、功能码） var command = getwritecommand(4, values, 2, 16); socket.send(command); //4 关闭连接 socket.shutdown(socketshutdown.both); socket.close();
结束
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