Modbus ASCII

简介

Modbus ASCII 使用ASCII字符集传递消息，方便阅读和调试。Modbus ASCII相比于Modbus RTU，协议帧中添加了起始和结束，更换了校验算法。

Modbus网络模型

这张图比较简洁清晰。Modbus网络中，只有一个Master，Master可以向Slave发起请求并获取响应，Slave只能被动发送响应而不能主动请求。

Slave最多可达247个 . 每个Slave由1到247之间的地址标识，0地址用来广播，剩余地址保留。

帧格式

字段描述

名称	字节数	描述
Start	1 B	以冒号 : 开头，ASCII十六进制值为3A
Address	2 B	十六进制节点地址，字符表示
Function	2 B	十六进制功能码，字符表示
Data	2 * n B	n是数据字节数，取决于功能码
LRC	2 B	LRC冗余校验码
End	2 B	CRLF

Modbus ASCII为了兼容Modbus RTU，是将二进制字节改用ASCII字符来表示，例如 0xFF 这个十六进制数，Modbus RTU中，使用二进制进行传输，传输的数据是 1111 1111 。Modbus ASCII中，传输数据就变成了 0100 0110 0100 0110 ，共两个字节，每个字节对应十进制70，是 F 的ASCII码。

传输示例

校验码计算

网上找不到计算工具，没办法，自己算吧。

校验算法叫LRC，纵向冗余校验。就是将所有字节相加（两个数字表示一个字节），截取最低的8位（忽略进位），再取补码。注意是十六进制数字相加，不是ASCII码。两行代码就可以算出来：

var msg = "020300030002";
// 两个十六进制数字表示一个字节，因此需要做一个转换，每两位字符转换为一个十六进制数，然后再计算LRC
// 
var bytes = Enumerable.Range(0, msg.Length / 2).Select(i => Convert.ToByte(msg.Substring(i * 2, 2), 16));
var lrc = ((bytes.Aggregate((a, b) => (byte)(a + b)) ^ 0xFF) + 1) & 0xFF;

Console.WriteLine(lrc.ToString("X2"));

下面的代码是NModbus库里面的：

/// <summary>
///     Converts a hex string to a byte array.
/// </summary>
/// <param name="hex">The hex string.</param>
/// <returns>Array of bytes.</returns>
public static byte[] HexToBytes(string hex)
{
    if (hex == null)
    {
        throw new ArgumentNullException(nameof(hex));
    }

    if (hex.Length % 2 != 0)
    {
        throw new FormatException(Resources.HexCharacterCountNotEven);
    }

    byte[] bytes = new byte[hex.Length / 2];

    for (int i = 0; i < bytes.Length; i++)
    {
        bytes[i] = Convert.ToByte(hex.Substring(i * 2, 2), 16);
    }

    return bytes;
}

/// <summary>
///     Calculate Longitudinal Redundancy Check.
/// </summary>
/// <param name="data">The data used in LRC.</param>
/// <returns>LRC value.</returns>
public static byte CalculateLrc(byte[] data)
{
    if (data == null)
    {
        throw new ArgumentNullException(nameof(data));
    }

    byte lrc = 0;
    
    foreach (byte b in data)
    {
        lrc += b;
    }

    lrc = (byte)((lrc ^ 0xFF) + 1);

    return lrc;
}

打开Modbus Slave模拟器，打开虚拟串口工具，串口调试工具，手动构造请求消息试一下。

读取2号设备的3号和4号寄存器

功能码0x03（读保持寄存器）的格式：

功能码	起始地址	读取数量
1 字节 / 2 字符	2 字节 / 4 字符	2 字节 / 4 字符

构造请求：

帧头	设备地址	功能码	起始地址	读取数量	校验码	结束符
:	02	03	00 03	00 02	F6	CRLF

:020300030002F6\r\n

得到响应：

:02030400070006EA\r\n

响应格式：

功能码	字节数	寄存器值
1 字节 / 2 字符	1 字节 / 2 字符	N * 2 字节 / N * 4 字符（N 为读取数量）

响应解析：

设备地址	功能码	字节数	寄存器值	校验码
02	03	04	00 07 00 06	EA

一个寄存器16位，一个字节8位，一个十六进制数4位。所以我们请求了两个寄存器的值，响应给了八个字符，一共四个字节的数据，没问题。再看数据对不对：

3号寄存器值为7，4号寄存器值为6，没毛病。

将2号设备的4号和5号寄存器置为1

功能码0x10（写多个寄存器）的格式：

功能码	起始地址	寄存器数量	字节数	寄存器值
1 字节 / 2 字符	2 字节 / 4 字符	2 字节 / 4 字符	1 字节 / 2 字符	N * 2 字节 / N * 4 字符（N 为寄存器数量）

构造请求：

设备地址	功能码	起始地址	寄存器数量	字节数	寄存器值	LRC校验码
02	10	00 04	00 02	04	00 01 00 01	F5

:0210000400020400010001E2

获得响应：

:021000040002E8

响应格式：

功能码	起始地址	寄存器数量
1 字节 / 2 字符	2 字节 / 4 字符	2 字节 / 4 字符

解析响应：

设备地址	功能码	起始地址	寄存器数量	LRC校验码
02	10	00 04	00 02	E8

看下结果：

4号和5号寄存器的值现在都是1，没毛病。

使用NModbus

使用NModbus库，编码时除了一开始的配置，基本上无需关心用的什么协议，库都帮你封装好了。

var factory = new ModbusFactory();
// 使用NModbus RTU，传进去一个SerialPort对象
var master = factory.CreateRtuMaster(port);
// 使用Modbus ASCII，传进去一个SerialPort对象
var master = factory.CreateAsciiMaster(port);
// 使用Modbus TCP，传进去一个TcpClient对象
var master = factory.CreateMaster(tcpClient);

// 其他API都一样，直接用就行了