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Modbus协议与SerialPort端口读写

老牧童 • • 未分类 • 阅读 112

Modbus协议与SerialPort端口读写读寄存器消息帧格式请求从站地址功能码起始地址读取长度(2byte-16bit)CRC010300（Hi）00（Lo）00（Hi）0A（Lo）CSCD响应从站地址功能码字节数寄存器值（1）寄存器值（2）…寄存器值（20）CRC01031400（Hi）00（Lo）00（Hi）00（Lo）…00（Hi）00（Lo）XXXX代码如下实现方式一实现方式二…

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文章目录

一、Modbus协议

  • 概念
    Modbus协议是MODICON（莫迪康）（现施耐德品牌）在1979年开发的，是全球第一个真正用于现场的总线协议。
    Modbus协议是应用于电子控制器的一种通用语言。通过此协议，可以实现控制器相互之间、控制器经由网络和其他设备之间的通信。
  • 特点
    • 标准开放、公开发表、无版税要求、无许可证费（没有费用）
    • 支持多种接口（RS232\RS422\RS485\RJ45）；各种传输介质（双绞线，网线）
    • 格式简单、紧凑、通俗易懂，容易上手（好用）
  • Modbus总线通信环境
    • 基本通信
    • 从机编码

二、Modbus协议的分类

  • 分类
    • 串口 RS485（一注多从）：ModbusAscii【Ascii字符方式进行发送】、ModbusRTU
    • 以太网（点对点链接）ModbusTCP、ModbusUDP
  • Modbus协议下的数据存储
    • 数据存储中的位、字节byte （8位）、字 word（2个字节，16位）、双字 word(4个字节 32位)，C#中的数据显示：数据类型、显示格式
    • 内存分区与功能
      存储区 对象类型 访问类型 存储区标识 说明 可用功能码
      线圈状态 单个bit 读写 0XXXX 通过应用程序改变这种类型数据 01 05 15
      输入线圈 单个bit 只读 1XXXX I/O系统提供这种类型数据 02
      输入寄存器 16-位字 只读 3XXXX I/O系统提供这种类型数据 04
      保持寄存器 16-位字 读写 4XXXX 通过应用程序改变这种类型数据 03 06 16
    • 操作存储区的命令
      • 功能码：01、02、03、04、05、06、15、16
        在这里插入图片描述

三、Modbus通信报文解读

  • 读寄存器消息帧格式

    • TX：发送 RX：接收
      示例如下： 16进制 
           //01：读1号从站保持型寄存器 
     //03：功能码
     //00 00  :起始地址  （高低位）00 00 
     //00 0A  :读取数量  （高低位）00 0A
     //C5 CD:CRC校验
     Tx:000662-01 03 00 00 00 0A C5 CD
     Rx:000663-01 03 14 02 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 DA 85
    • 0x03 0x04
      • 请求
        从站地址 功能码 起始地址 读取长度(2byte – > 16bit) CRC
        01 03 00（Hi）00（Lo） 00（Hi）0A（Lo） CS CD
      • 响应
        从站地址 功能码 字节数 寄存器值（1） 寄存器值（2） … 寄存器值（20） CRC
        01 03 14 00（Hi）00（Lo） 00（Hi）00（Lo） … 00（Hi）00（Lo） XX XX
      • 代码如下
        • 实现方式一 
              SerialPort serialPort = new SerialPort("COM3", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
                    serialPort.Open();
                    Modbus.Device.ModbusMaster modbusMaster = Modbus.Device.ModbusSerialMaster.CreateRtu(serialPort);
                    Task.Run(() =>
                    {
                        while (true)
                        {
                            Task.Delay(5000).Wait();
                            ushort[] arry = modbusMaster.ReadInputRegisters(1, 0, 2);
                            Console.WriteLine($"温度：{(arry[1] * 0.1).ToString("#0.0")} ℃");
                            Console.WriteLine($"湿度：{(arry[0] * 0.1).ToString("#0.0")}%");
                        }
                    });
        • 实现方式二 
             SerialPort serialPort = new SerialPort("COM3", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
    serialPort.Open();

    List<byte> bytes = new List<byte>();
    //设备号
    bytes.Add(0x01);
    //功能码
    bytes.Add(0x03);
    //地址  两个字节
    ushort addr = 0;
    bytes.Add((byte)(addr / 256));  //高位
    bytes.Add((byte)(addr % 256)); //低位
                                   //数量
    ushort leng = 2;
    bytes.Add((byte)(leng / 256));  //高位
    bytes.Add((byte)(leng % 256)); //低位
                                   //CRC校验码
    bytes = CRC16(bytes);
    //发送报文
    serialPort.Write(bytes.ToArray(), 0, bytes.Count);
    //接收报文

    byte[] data = new byte[2 * 2 + 5];
    serialPort.Read(data, 0, data.Length);
    //解析报文  短整型    01 03 06 00 19 00 19 00 02 6C B1 
    for (int i = 3; i < data.Length - 2; i = i + 2)
    {
        byte[] vb = new byte[2] { data[i + 1], data[i] };
        ushort u = BitConverter.ToUInt16(vb);//无符号短整型   BitConverter 为小端处理
        Console.WriteLine(u);
    }

    //解析浮点型    ABCD
    for (int i = 3; i < data.Length - 2; i += 4)
    {
        var v = data[i + 3];  //D
        var v1 = data[i + 2];//C
        var v3 = data[i + 1];//B
        var v4 = data[i];//A
        byte[] vb = new byte[4] {
                data[i + 3],
                data[i + 2],
                data[i + 1],
                data[i]
            };
        float aa = BitConverter.ToSingle(vb);
        //   Console.WriteLine(u);
    }
    static List<byte> CRC16(List<byte> value, ushort poly = 0xA001, ushort crcInit = 0xFFFF)
    {
        if (value == null || !value.Any())
            throw new ArgumentException("");

        //运算
        ushort crc = crcInit;
        for (int i = 0; i < value.Count; 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

        List<byte> buffer = new List<byte>();
        buffer.AddRange(value);
        buffer.Add(lo);
        buffer.Add(hi);
        return buffer;
    }

  • 写单寄存器消息帧格式

    • 请求与响应
      从站地址 功能码 写入地址 写入值（2） CRC
      01 06 00（Hi）00（Lo） 00（Hi）00（Lo） XX XX
    • 代码如下 
              SerialPort serialPort = new SerialPort("COM1", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
        serialPort.Open();
        List<byte> bytes = new List<byte>();
        //设备号
        bytes.Add(0x01);
        //功能码
        bytes.Add(0x06);
        //地址  两个字节
        ushort addr = 3;
        bytes.Add((byte)(addr / 256));  //高位
        bytes.Add((byte)(addr % 256)); //低位
        // 写入寄存器的值
        ushort value = 100;
        bytes.Add((byte)(value / 256));  //高位
        bytes.Add((byte)(value % 256)); //低位
                                        //CRC校验码
        bytes = CRC16(bytes);
        serialPort.Write(bytes.ToArray(), 0, bytes.Count);

  • 写多寄存器消息帧格式

    • 请求
      从站地址 功能码 写入地址 写入数量 字节数 写入值 CRC
      01 10 00（Hi）00（Lo） 00（Hi）0A（Lo） 04 0A AB 00 01 XX XX
    • 响应
      从站地址 功能码 写入地址 写入数量 CRC
      01 0F 00（Hi）00（Lo） 00（Hi）0A（Lo） XX XX
    • 代码如下
      • 整形数据 
               SerialPort serialPort = new SerialPort("COM1",9600,Parity.None,8,StopBits.One);
        serialPort.Open();
        List<byte> list = new List<byte>();
        //设备号
        list.Add(0x01);
        //功能码
        list.Add(0x10);
        //地址
        ushort addr = 0;
        list.Add((byte)(addr / 256));//高位
        list.Add((byte)(addr % 256));//低位 
        //写入多个相同类型的值
        List<ushort> values = new List<ushort>();
        values.Add(111);
        values.Add(item: 222);
        values.Add(333);
        //写入数量 
        list.Add((byte)(values.Count / 256));//高位
        list.Add((byte)(values.Count % 256));//低位 
        //写入字节数 6个字节
        list.Add((byte)(values.Count*2));
        for (int i = 0; i < values.Count; i++)
        {
            //第一种
            //list.Add((byte)(values[i] / 256));
            //list.Add((byte)(values[i] %256));
            //第二种
            //list.Add(BitConverter.GetBytes(values[i])[1]);
            // list.Add(BitConverter.GetBytes(values[i])[0]);
            //第三种
            list.AddRange(BitConverter.GetBytes(values[i]).Reverse());
        }
        list = CRC16(list);
        serialPort.Write(list.ToArray(),0, list.Count);        
   //验证检验码
   static List<byte> CRC16(List<byte> value, ushort poly = 0xA001, ushort crcInit = 0xFFFF)
    {
        if (value == null || !value.Any())
            throw new ArgumentException("");

        //运算
        ushort crc = crcInit;
        for (int i = 0; i < value.Count; 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

        List<byte> buffer = new List<byte>();
        buffer.AddRange(value);
        buffer.Add(lo);
        buffer.Add(hi);
        return buffer;
    }
      • 浮点型数据 
               SerialPort serialPort = new SerialPort("COM1", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
        serialPort.Open();
        List<byte> list = new List<byte>();
        //设备号
        list.Add(0x01);
        //功能码
        list.Add(0x10);
        //地址
        ushort addr = 0;
        list.Add((byte)(addr / 256));//高位
        list.Add((byte)(addr % 256));//低位 
        List<float> values = new List<float>();
        values.Add(1.1f);
        values.Add(item: 2.1f);
        values.Add(item: 2.3f);
        //数量
        list.Add((byte)(values.Count * 2 / 256));
        list.Add((byte)(values.Count * 2 % 256));
        //字节长度
        list.Add((byte)(list.Count * 4));
        for (int i = 0; i < values.Count; i++)
        {
            list.Add(BitConverter.GetBytes(values[i])[3]);  //A
            list.Add(BitConverter.GetBytes(values[i])[2]); //B
            list.Add(BitConverter.GetBytes(values[i])[1]);//C
            list.Add(BitConverter.GetBytes(values[i])[0]);//D
        }
        list = CRC16(list);
        serialPort.Write(list.ToArray(), 0, list.Count);     
        //验证检验码
       static List<byte> CRC16(List<byte> value, ushort poly = 0xA001, ushort crcInit = 0xFFFF)
        {
            if (value == null || !value.Any())
                throw new ArgumentException("");

            //运算
            ushort crc = crcInit;
            for (int i = 0; i < value.Count; 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

            List<byte> buffer = new List<byte>();
            buffer.AddRange(value);
            buffer.Add(lo);
            buffer.Add(hi);
            return buffer;
        }

  • 线圈状态

    • 读线圈消息帧格式：OXO1，0X02
      • 请求
        从站地址 功能码 起始地址 读取长度 CRC
        01 01 00(HI) 00(LO) 00(HI) 0A(LO) xx xx
      • 响应
        从站地址 功能码 字节数 输出状态15-8 输出状态15-8 CRC
        01 01 02 00 00 xx xx
      • 代码如下 
                  SerialPort serialPort = new SerialPort("COM1", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
          serialPort.Open();
          List<byte> list = new List<byte>();
          // 设备名称
          list.Add(0x01);
          //功能码
          list.Add(0x01);
          //起始地址
          ushort addr = 0;
          list.Add((byte)(addr / 256));//高位
          list.Add((byte)(addr % 256));//低位 
          //读取寄存器数量
          ushort leng = 10;
          list.Add((byte)(leng / 256));  //高位
          list.Add((byte)(leng % 256)); //低位
          list = CRC16(list);
          serialPort.Write(list.ToArray(), 0, list.Count);

          //响应
          byte[] data = new byte[(int)Math.Ceiling(leng * 1.0 / 8) + 5];
          serialPort.Read(data, 0, data.Length);
          List<byte> dataList = new List<byte>();
          //获取字节数据  2个字节   16 位
          for (int i = 3; i < data.Length && dataList.Count < (int)Math.Ceiling(leng * 1.0 / 8); i++)
          {
              dataList.Add(data[i]);
          }
          int count = 0;
          //字节运算
          for (int i = 0; i < dataList.Count; i++)
          { 
              //按位与运算的方式
              for (int k = 0; k < 8; k++)
              {
                  //移位
                  byte temp = (byte)(1 << k % 8);
                  //与运算
                  byte b = (byte)(dataList[i] & temp);
                  //输出结果 
                  Console.WriteLine((dataList[i] & temp) != 0);
                  count++;
                  if (count == leng)
                      break;
              }
          }
      //CRC校验码
      static List<byte> CRC16(List<byte> value, ushort poly = 0xA001, ushort crcInit = 0xFFFF)
      {
          if (value == null || !value.Any())
              throw new ArgumentException("");

          //运算
          ushort crc = crcInit;
          for (int i = 0; i < value.Count; 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

          List<byte> buffer = new List<byte>();
          buffer.AddRange(value);
          buffer.Add(lo);
          buffer.Add(hi);
          return buffer;
      }
    • 写线圈状态帧 0x05
      • 请求
      • 响应
        从站地址 功能码 写入地址 写入值 CRC
        01 05 00(HI) 00(LO) FF（HI）/00(HI) 00(Lo) xx xx
      • 代码如下 
                  SerialPort serialPort = new SerialPort("COM1", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
          serialPort.Open();
          List<byte> data = new List<byte>();
          //设备名称
          data.Add(0x01);
          //功能码
          data.Add(0x05);
          //地址
          ushort addr = 11;
          data.Add((byte)(addr/256));//高位
          data.Add((byte)(addr % 256));//低位
          //写入值  on:0xFF  0x00 off:0x00 0x00
          data.Add(0x00);
          data.Add(0x00);
          //校验
          data = CRC16(data);
          serialPort.Write(data.ToArray(),0, data.Count);     
          
      //CRC校验码
      static List<byte> CRC16(List<byte> value, ushort poly = 0xA001, ushort crcInit = 0xFFFF)
      {
          if (value == null || !value.Any())
              throw new ArgumentException("");

          //运算
          ushort crc = crcInit;
          for (int i = 0; i < value.Count; 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

          List<byte> buffer = new List<byte>();
          buffer.AddRange(value);
          buffer.Add(lo);
          buffer.Add(hi);
          return buffer;
      }
    • 写多线圈状态帧 0x0F
      • 请求
        从站地址 功能码 写入地址 写入数量 字节数 写入值 CRC
        01 0F 00(HI) 00(LO) 00(HI) 0A(LO) 02 0A(Hi) AB(Lo) xx xx
      • 响应
        从站地址 功能码 写入地址 写入数量 CRC
        01 0F 00(HI) 00(LO) 00(HI) 00(LO) xx xx
      • 代码如下 
                  SerialPort serialPort = new SerialPort("COM1", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
          serialPort.Open();
          List<byte> data = new List<byte>();
          //设备名称
          data.Add(0x01);
          //功能码
          data.Add(0x0F);
          //地址
          ushort addr = 10;
          data.Add((byte)(addr / 256));//高位
          data.Add((byte)(addr % 256));//低位
       
          //输入值
          List<bool> state = new List<bool>() { true, false, true, false, true ,true, false, true, false, true };
          //写入数量  写入多少个寄存器 
          data.Add((byte)(state.Count / 256));//高位
          data.Add((byte)(state.Count % 256));//低位 

          byte data1 = 0;
          List<byte> list = new List< byte > ();
          int index = 0;
          //0000 0000 
          for (int i = 0; i < state.Count; i++)
          {
              if (i % 8 == 0)
                  list.Add(0x00);
              index = list.Count-1;
              if (state[i])
              {
                  //移位
                  byte temp = (byte)(1 << (i%8));
                  //或运算
                  list[index]  |=  temp;
              }
       
          }
          //字节数
          data.Add((byte)list.Count);
          // 添加
          data.AddRange(list);
          //校验
          data = CRC16(data);
          serialPort.Write(data.ToArray(),0,data.Count);

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