文章目录

  • 一、Modbus协议
  • 二、Modbus协议的分类
  • 三、Modbus通信报文解读

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

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 CDRx: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    ABCDfor (int i = 3; i < data.Length - 2; i += 4){var v = data[i + 3];  //Dvar v1 = data[i + 2];//Cvar v3 = data[i + 1];//Bvar v4 = data[i];//Abyte[] 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]);  //Alist.Add(BitConverter.GetBytes(values[i])[2]); //Blist.Add(BitConverter.GetBytes(values[i])[1]);//Clist.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 0x00data.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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