C# NModbus RTU串口通信

Modbus RTU 串口通信

虚拟串口工具：https://www.virtual-serial-port.org/

Modbus调试工具：https://www.modbustools.com/download.html

NOTE：都是付费软件，但是网上有盗版。

添加两个虚拟串口，这两个虚拟串口是互相连通的：

串口调试工具：https://github.com/SuperStudio/SuperCom

保证两个串口可以互相通信，然后打开Modbus Slave，并连接到COM2：

打开串口调试工具，先手工构造消息，熟悉一下Modbus协议。

NOTE：Modbus协议规范网上有中文版可以下载。

CRC计算工具：https://crccalc.com

位于地址1的设备的数据类型是线圈，现在读取1号设备的前4个线圈数据：

请求：

设备地址 1B	功能 1B	起始地址 2B	读取数量 2B	CRC校验码 2B
01	01	00 00	00 04	3D C9

计算器计算出的校验码是 C9 3D，但不能直接用，要将高位字节和低位字节反转，即 3D C9 。

响应：

设备地址 1B	功能 1B	数据个数 1B	线圈状态 NB	CRC校验码
01	01	01	08（00001000）	50 4E

根据协议规范：

• 响应数据数据从低位到高位起，依次对应设备中的线圈寄存器地址。
• 如果结果数量大于8个，则再加一个字节，新加的字节从低位到高位，依次对应剩余的寄存器地址（8 ~ N）。
• 如果数据数量不是8的倍数，则在高位补零。

所以可以看到1号设备的前三个寄存器值都是0，第4个（3号地址）值是1。

再试一下，读取1号设备前9个线圈的数据：

设备地址 1B	功能 1B	起始地址 2B	读取数量 2B	CRC校验码 2B
01	01	00 00	00 0A	BC 0D

响应：

设备地址 1B	功能 1B	数据个数 1B	线圈状态 NB	CRC校验码
01	01	02	C8 02（1100 1000 0000 0010）	6F FD

从响应结果来看，前10个寄存器中，地址为3、6、7、9的这四个寄存器值为1，其他都是0 。

看下模拟器是不是这样：

没毛病。注意地址为B的那个寄存器值也是1，但它是第12个寄存器，我们只请求了前10个，所以只给了前十个寄存器的值，剩余的比特位协议规定要补零，因为要按字节对齐。

再试一下发个错误的报文，看下错误响应。

错误类型：校验码错误

错误请求：01 01 00 00 00 0A BC 00

结果：无响应

错误类型：读取线圈数量65535

错误请求：01 01 00 00 FF FF 3D BA

结果：

设备地址 1B	功能码 1B （功能码 + 0x80）	异常码 1B	CRC校验码
01	81	03	00 51

Modbus协议规范中的异常码说明：

异常码	异常名称	备注
01	非法的功能码	服务器不认识功能码
02	非法的数据地址	与请求有关
03	非法的数据值	与请求有关
04	服务器故障	执行过程中，服务器故障
05	确认	服务器接收服务调用，但是需要相对长的时间完成服务， 因此，服务器仅返回一个服务调用接收的确认
06	服务器繁忙	服务器不能接受MODBUS请求的PDU， 客户应用有责任决定是否和何时重发请求
0A	网关故障	网关路径是无效的
0B	网关故障	目标设备没有响应时，网关生成这个异常信息

1号设备一共只有16个寄存器，要读取65535个寄存器，得到的响应是03：非法的数据值。

NModbus

NMondbus是C#中Modbus通信协议的一个实现。

安装

打开NuGet控制台，或者包管理器，安装下面几个包。NModbus.Serial 用于Modbus串口通信。

PM> Install-Package System.IO.Ports
PM> Install-Package NModbus
PM> Install-Package NModbus.Serial

官方示例

NMondbus Github仓库地址：https://github.com/NModbus/NModbus.git

官方示例：https://github.com/NModbus/NModbus/blob/master/Samples/Program.cs

串口通信

串口通信中，数据以帧的形式发送，每一帧通常包括：起始位（Start Bit）、数据位（Data Bits）、可选的奇偶校验位（Parity Bit）以及停止位（Stop Bits）。

同步通信

using System.IO.Ports;
using NModbus;
using NModbus.Serial;

var portName = "COM3";
var baudRate = 9600;

var port = new SerialPort();
// 设置串口名
port.PortName = portName;
// 设置波特率
port.BaudRate = baudRate;
// 设置奇偶校验方式，要跟Modbus Slave那边同步，默认是None，我这里改成偶校验了
port.Parity = Parity.Even;
// 停止位
port.StopBits = StopBits.One;

// 打开串口
port.Open();


var factory = new ModbusFactory();
// 创建一个Modbus RTU协议的Master
var master = factory.CreateRtuMaster(port);

// 数组输出为字符串
string ArrayToString<T>(T[] values, string sep = " ")
{
    return string.Join(sep, values.Select(r => Convert.ToString(r)).ToArray());
}

// 随机数对象
var random = new Random();

// 随机Boolean
bool RandomBoolean()
{
    return random.NextDouble() > 0.5;
}

// 随机ushort
ushort RandomUnsignedShort()
{
    return (ushort)random.Next(ushort.MinValue, ushort.MaxValue);
}

try
{
    // 写线圈
    var coilsToWrite = Enumerable.Range(0, 4).Select(i => RandomBoolean()).ToArray();
    Console.WriteLine($"写线圈：{ArrayToString(coilsToWrite)}");
    master.WriteMultipleCoils(1, 0, coilsToWrite);

    // 读线圈
    var coils = master.ReadCoils(1, 0, 4);
    Console.WriteLine($"读线圈：{ArrayToString(coils)}");

    // 写单个线圈 / 写之前
    Console.WriteLine($"读线圈：{ArrayToString(master.ReadCoils(1, 0, 4))}");

    // 写单个线圈
    var coilValue = RandomBoolean();
    master.WriteSingleCoil(1, 1, coilValue);
    Console.WriteLine($"写单个线圈（地址=1）：{coilValue}");

    // 写单个线圈
    coilValue = RandomBoolean();
    master.WriteSingleCoil(1, 2, coilValue);
    Console.WriteLine($"写单个线圈（地址=2）：{coilValue}");

    // 写单个线圈 / 写之后
    Console.WriteLine($"读线圈：{ArrayToString(master.ReadCoils(1, 0, 4))}");

    // 读输入状态
    var inputs = master.ReadInputs(2, 0, 4);
    Console.WriteLine($"读输入状态：{ArrayToString(inputs)}");

    // 写多个保持寄存器
    var registerValues = Enumerable.Range(0, 4).Select(i => RandomUnsignedShort()).ToArray();
    Console.WriteLine($"写保持寄存器：{ArrayToString(registerValues)}");
    master.WriteMultipleRegisters(3, 0, registerValues);

    // 写单个寄存器 / 写之前
    registerValues = master.ReadHoldingRegisters(3, 0, 4);
    Console.WriteLine($"读保持寄存器：{ArrayToString(registerValues)}");

    // 写单个寄存器
    var value = RandomUnsignedShort();
    Console.WriteLine($"写单个寄存器（地址=1）：{value}");
    master.WriteSingleRegister(3, 1, value);

    // 写单个寄存器
    value = RandomUnsignedShort();
    Console.WriteLine($"写单个寄存器（地址=2）：{value}");
    master.WriteSingleRegister(3, 2, value);

    // 写单个寄存器 / 写之后
    registerValues = master.ReadHoldingRegisters(3, 0, 4);
    Console.WriteLine($"读保持寄存器：{ArrayToString(registerValues)}");


    // 读多个输入寄存器
    var inputRegisters = master.ReadInputRegisters(4, 0, 4);
    Console.WriteLine($"读输入寄存器：{ArrayToString(inputRegisters)}");
}
catch (SlaveException ex)
{
    Console.WriteLine(ex.Message);
}

// 关闭串口
port.Close();