Modbus RTU通信协议那点儿事儿

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Modbus RTU（Remote Terminal Unit）通讯协议是一种串行通信协议，用于连接主设备与从设备，进行数据传输。它是Modbus协议家族中的一种，主要用于工业自动化系统 。

Modbus RTU协议的主要特点如下：

– 主从模式：一个主设备（通常是PLC或计算机）与多个从设备（如传感器、执行器等）通信。主设备发起请求，从设备响应。

– 串行通信：采用RS-232、RS-485或RS-422等串行通信标准。RS-485是最常用的，因为它支持长距离、高速率和多设备通信。

– 二进制数据：数据以二进制形式传输，采用8位字节。每个字节有1位起始位、8位数据位、1位停止位和可选的奇偶校验位。

– 数据帧结构：包括地址域（1字节）、功能码（1字节）、数据域（0-252字节）和CRC校验（2字节）。

– 功能码：定义了主设备请求的操作类型，如读/写寄存器、诊断等。

– 数据地址：寄存器和线圈的地址是从0开始的，分为离散输入、线圈、输入寄存器和保持寄存器四类。

– 错误处理：如果从设备收到错误的请求，会返回一个错误响应，包含错误码。

– 传输速率：Modbus RTU协议支持的波特率范围从300bps到bps，通常使用9600bps或19200bps。

– 超时与重传：如果主设备在规定时间内未收到从设备的响应，会重发请求或报告通信错误。

Modbus RTU协议的应用实例

为了更好地理解Modbus RTU协议的工作原理和应用场景，我们可以看一个简单的例子：

假设有一个主设备（PLC）和两个从设备（温度传感器和风扇），它们通过RS-485总线连接，并使用Modbus RTU协议进行通信。主设备需要定期读取温度传感器的温度值，并根据温度值控制风扇的开关。

首先，主设备需要给每个从设备分配一个唯一的地址，比如温度传感器为1，风扇为2。

然后，主设备需要知道每个从设备的功能码和数据地址。

假设温度传感器支持功能码3（读保持寄存器），并将温度值存储在地址0；风扇支持功能码5（写单个线圈），并将开关状态存储在地址0。

接下来，主设备可以按照以下步骤进行通信：

– 主设备向温度传感器发送一个读保持寄存器的请求报文，格式为：

| 地址 | 功能码 || 数据域长度 | 数据地址 | 数据个数 | CRC校验 |

| 1字节 | 1字节 | 0x00 | 0x01 | 0x00 | 0x01 | 2字节 |

其中，数据域长度表示数据域的字节数，数据地址表示要读取的寄存器的起始地址，数据个数表示要读取的寄存器的个数，CRC校验是对前面所有字节进行的循环冗余校验。

– 温度传感器收到请求报文后，检查地址和CRC校验是否正确，如果正确，就从地址0读取一个寄存器的值，假设为25°C。然后，温度传感器向主设备发送一个读保持寄存器的响应报文，格式为：

| 地址 | 功能码 || 数据域长度 | 数据值 | CRC校验 |

| 1字节 | 1字节 | 0x01 | 0x03 | 0x02 | 0x00 | 0x19 | 2字节 |

其中，数据域长度表示数据域的字节数，数据值表示读取到的寄存器的值，CRC校验是对前面所有字节进行的循环冗余校验。

– 主设备收到响应报文后，检查地址、功能码和CRC校验是否正确，如果正确，就解析出温度值为25°C。然后，主设备根据温度值判断是否需要开启或关闭风扇。

假设主设备设定了一个温度阈值为30°C，如果温度大于等于30°C，就开启风扇；如果温度小于30°C，就关闭风扇。

– 主设备向风扇发送一个写单个线圈的请求报文，格式为：

| 地址 | 功能码 || 数据地址 | 数据值 | CRC校验 |

| 1字节 | 1字节 | 0x02 | 0x05 | 0x00 | 0x00 | 0x00 | 0x00 | 2字节 |

其中，数据地址表示要写入的线圈的地址，数据值表示要写入的线圈的值，0x0000表示关闭，0xFF00表示开启，CRC校验是对前面所有字节进行的循环冗余校验。

– 风扇收到请求报文后，检查地址和CRC校验是否正确，如果正确，就根据数据值设置线圈的状态。然后，风扇向主设备发送一个写单个线圈的响应报文，格式与请求报文相同。

– 主设备收到响应报文后，检查地址、功能码、数据地址、数据值和CRC校验是否正确，如果正确，就确认风扇已经按照要求设置了线圈的状态。

– 主设备继续定期向温度传感器发送读保持寄存器的请求报文，并根据温度值调整风扇的开关状态。

以上就是一个Modbus RTU协议的应用实例，通过这个例子，我们可以看到Modbus RTU协议是如何实现主设备和从设备之间的数据交换和控制的。

如果时间允许，后续会陆续发modbus通信更详细的报文解释与通讯实验过程的文章。