modbus-tk学习笔记

对于modbus ASCII 模式，使用的是高位字节在前，低位字节在后。使用LRC校验。

对于modbus rtu 模式，使用的是低位字节在前，高位字节在后。使用CRC校验。

参考博客：

MODBUS学习笔记——modbus tk modbus TCP主机实现_物联网 IoT 经验分享-CSDN博客_modbus_tk

0.前言

modbus是一种古老但是高效的应用层协议。在嵌入式和PC机领域有多种方法实现modbus协议栈，modbus又分为从机和主机，从机和主机在协议栈的实现上存在不同。在不能运行linux的嵌入式系统中，freemodbus是一个完善的从机协议栈，在能够运行linux的嵌入式系统中存在多种选择，而modbus tk是使用python语言实现的modbus协议栈，该函数库即支持主机也支持从机，即支持RTU也支持TCP。
有了modbus TK，那么在树莓派中加入一个modbus TCP实现从机功能，也就是分分钟的事情。

官方源码：git clone https://github.com/ljean/modbus-tk.git

用到的软件：

链接：https://pan.baidu.com/s/1iCfk3c_eRQlzY5cEDJa-cA
提取码：2g3l

1、名词解释

功能码：用于表示信息帧的功能

参考博客：modbus功能码定义和样例

0x01: 读线圈寄存器
0x02: 读离散输入寄存器
0x03: 读保持寄存器
0x04: 读输入寄存器
0x05: 写单个线圈寄存器
0x06: 写单个保持寄存器
0x0f: 写多个线圈寄存器
0x10: 写多个保持寄存器

线圈寄存器：实际上就可以类比为开关量，每个bit都对应一个信号的开关状态。所以一个byte就可以同时控制8路的信号。比如控制外部8路io的高低。线圈寄存器支持读也支持写，写在功能码里面又分为写单个线圈寄存器和写多个线圈寄存器。对应上面的功能码也就是：0x01 0x05 0x0f
离散输入寄存器：如果线圈寄存器理解了这个自然也明白了。离散输入寄存器就相当于线圈寄存器的只读模式，他也是每个bit表示一个开关量，而他的开关量只能读取输入的开关信号，是不能够写的。比如我读取外部按键的按下还是松开。所以功能码也简单就一个读的 0x02
保持寄存器：这个寄存器的单位不再是bit而是两个byte，也就是可以存放具体的数据量的，并且是可读写的。比如我我设置时间年月日，不但可以写也可以读出来现在的时间。写也分为单个写和多个写，所以功能码有对应的三个：0x03 0x06 0x10
输入寄存器：只剩下这最后一个了，这个和保持寄存器类似，但是也是只支持读而不能写。一个寄存器也是占据两个byte的空间。类比我我通过读取输入寄存器获取现在的AD采集值。对应的功能码也就一个 0x04

报文：一个报文就是一帧数据，一个数据帧就一个报文：指的是一串完整的指令数据，就像下面的一串数据。

01 06 00 01 00 17 98 04

01	06	00 01	00 17	98 04
从机地址	功能码	数据地址	数据	CRC校验

这一串数据的意思是：把数据 0x0017(十进制23) 写入1号从机地址 0x0001数据地址。

通用MODBUS帧

ADU：应用数据单元
PDU：协议数据单元

CRC校验：上面的 98 04 是它前面的数据（01 06 00 01 00 17）通过一算法计算出来的。

作用：在数据传输过程中可能数据会发生错误，CRC检验检测接收的数据是否正确。比如主机发出01 06 00 01 00 17 98 04，那么从机接收到后要根据01 06 00 01 00 17 再计算CRC校验值，从机判断自己计算出来的CRC校验是否与接收的CRC校验（98 04主机计算的）相等，如果不相等那么说明数据传输有错误这些数据不能要。

2、数据传输

INT8U   OX[20];/*输出线圈*/
INT8U   IX[20];/*输入线圈*/
INT16U  HoldDataReg[30];/*保存寄存器*/
INT16U  InDataReg[30];/*输入寄存器*/

2.1、主机对从机写数据操作

如果从机接收到一个报文那么就对报文进行解析执行相应的处理

01	06	00 01	00 17	98 04
从机地址	功能码	数据待写入起始地址	数据	CRC校验

假如本机地址是 1 ，那么单片机接收到这串数据根据数据计算CRC校验判断数据是否正确，如果判断数据无误，则结果是：HoldDataReg[1] = 0x0017;
MODBUS主机就完成了一次对从机数据的写操作，实现了通讯。

2.2、主机对从机读数据操作

主机进行读HoldDataReg[1] 操作，则报文是：

主机发送给从机

01	03	00 01	00 01	D5 CA
从机地址	功能码	数据地址	读取数据个数	CRC校验

单片机接收到这串数据根据数据计算CRC校验判断数据是否正确，如果判断数据无误，则返数据给主机，返回的信息也是有格式的：

从机发送给主机

01	03	02	0017	F8 4A
从机地址	功能码	数据字节个数	两个字节数据	CRC校验

MODBUS主机就完成了一次对从机数据的读操作，实现了通讯。

3、实验

主机写从机：master.execute(slave 地址，功能码，数据待写入起始地址，output_value=[待写入的数据，列表形式])：CRC不需要我们添加。
主机读从机：master.execute(slave 地址，功能码，数据待读取起始地址，读取数据个数)：CRC不需要我们添加。

写线圈寄存器（只有0和1）：

red = master.execute(2, cst.WRITE_MULTIPLE_COILS, 0, output_value=[1,1,0,1,0])

2:Slave ID（Slave地址）

cst.WRITE_MULTIPLE_COILS：功能码

0：数据起始地址

output_value：数据

读线圈寄存器（只有0和1）：

red = master.execute(2, cst.READ_COILS, 0, 2)

返回：(1, 1)

其他的寄存器操作类似。

4、源码

# -*- coding: utf_8 -*-


import serial
import modbus_tk
import modbus_tk.defines as cst
from modbus_tk import modbus_rtu


def mod(PORT="com1"):
    red = []
    alarm = ""
    try:
        # 设定串口为从站
        master = modbus_rtu.RtuMaster(serial.Serial(port=PORT,
                                                    baudrate=9600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1))
        master.set_timeout(5.0)
        master.set_verbose(True)


        red = master.execute(2, cst.READ_COILS, 0, 2)  # 这里可以修改需要读取的功能码
        print(red)
        alarm = "正常"
        return list(red), alarm

    except Exception as exc:
        print(str(exc))
        alarm = (str(exc))

    return red, alarm  ##如果异常就返回[],故障信息


if __name__ == "__main__":
    mod()