Modbus协议
Modbus概念
Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言，通过此协议，可以实现控制器相互之间或通过网络实现通信。
Modbus特点
Modbus协议标准开放、公开发表且无版权要求。
Modbus协议支持多种电气接口，包括RS232，TCP/IP等，还可以在各种介质上进行传输，如双绞线、光纤、红外、无线等。
Modbus消息帧格式简单、紧凑、通俗易懂。用户理解和使用简单、厂商容易开发和集成，方便形成工业控制网络。
Modbus在串行链路上的两种对比
Modbus在串行链路上的报文格式
对于每一帧报文都会有3.5个字符左右的报文间隔时间，这3.5个字符时间并不是一个固定的时间，而是一个相对时间，它和通讯的波特率相关。9600的波特率3.5
个字符大概占用4ms,如果是19200，那么这个时间将会更加的短。如果你同时发送两帧报文，时间间隔非常小，小于3.5个字符占用的时间，那么将会被视为是一
条报文，如果时间间隔大于3.5个字符占用的时间，那么就会被视为两条报文，这就是通信过程中常说的粘包。
Modbus存储区介绍
Modbus控制器涉及到的控制器（或Modbus设备）存储区以0XXXX,1XXXX,3XXXX,4XXXX标识：
Modbus三大利器
Modbus Poll：仿真Modbus Rtu主站或者Modbus Tcp客户端的软件
Modbus Slave:仿真Modbus Rtu从站或者Modbus Tcp服务器的软件
VSPD:虚拟电脑串口的软件
Modbus功能
1.读取输出线圈 功能码：01H
发送报文格式：从站地址+功能码+起始地址+线圈数量+CRC校验
返回报文格式：从站地址+功能码+字节计数+实际字节值+CRC校验
（1）主站询问报文格式
含义：读17号(十六进制数0x11是十进制数17)从站输出线圈，起始地址=0013H=19，对应地址00020；线圈数=001B=27；结束地址=00020+27-1=46，即读
11H（17号）从站输出线圈00020至00046共27个线圈状态。27/8>3,需要发送四个字节，因此从站也返回四个字节。
（2）从站应答报文格式
含义：返回11H(17)号从站输出线圈00020至00046，共27个线圈状态，分别为CD 6B B2 05
真正需要的数据也就是CD 6B B2 05四个字节。
测试方法一：使用Modus Poll和Modbus Slave测试
（1）Modbus Poll设置：
（2）Modbus Slave设置：
00020至00027为：1001 0000 =0x90
00028至00035为：0000 0000=0x00
00036至00043为：0000 0010=0x02
00044至00046为：001=0x01
分析报文：
Tx:11 01 00 13 00 1B 8F 54
Rx:11 01 04 90 00 02 01 07 B0
黑色加粗部分即为核心数据
测试方法二：使用串口调试助手和Modbus Slave，
串口调试助手实质上是对Mobus Poll软件的封装，使用串口调试助手发送11 01 00 13 00 1B 8F 54这条报文，应该会返回11 01 04 90 00 02 01 07 B0这条报文。
类似的，我们再看其他功能码。
说明：一个线圈是一个bit,是一位；寄存器和word、字是一个概念，一个字是两个字节，所以一个
寄存器也是两个字节。
下面基于Modbus协议开发通信类库。项目搭建如下：
步骤：
1.创建通信对象：打开/关闭串口。
#region 建立连接和断开连接 private void btn_Connect_Click(object sender, EventArgs e) { //判断是否已经连接 if (IsConnected) { AddLog(1, "ModbusRTU已经连接，请勿重复连接"); return; } //如果没有连接，则建立连接 // Parity iparity =(Parity)( Enum.Parse(typeof(Parity), this.cmb_Parity.SelectedItem.ToString(), false)); try { objModbus.OpenMyCom(int.Parse(this.cmb_Paud.Text.Trim()), this.cmb_Port.Text.Trim(), int.Parse(this.txt_DataBits.Text.Trim()), (Parity)(Enum.Parse(typeof(Parity), this.cmb_Parity.SelectedItem.ToString(), false)), (StopBits)(Enum.Parse(typeof(StopBits), this.cmb_StopBits.SelectedItem.ToString(), false))); } catch (Exception ex) { IsConnected = false; AddLog(1, "ModbusRTU连接失败：" + ex.Message); return; } IsConnected = true; AddLog(0, "ModbusRTU连接成功"); } private void btn_DisConn_Click(object sender, EventArgs e) { objModbus.CloseMyCom(); IsConnected = false; AddLog(0, "断开连接ModbusRTU"); } #endregion
2.根据上面不同的功能码编写通信类读取和写入线圈。
先编写一个操作字节数组的通用类：
using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading.Tasks; namespace DAL { public class ByteArray { List<byte> list = null; //初始化 public ByteArray() { list = new List<byte>(); } //添加单个字节 public void Add(byte item) { list.Add(item); } //添加数组 public void Add(byte[] item) { list.AddRange(item); } //清除 public void Clear() { list = new List<byte>(); } //获取数组 public byte[] array { get { return list.ToArray(); } } } }
（1）01F:读取输出线圈
#region 读取输出线圈 功能码01H /// <summary> /// 读取输出线圈方法 /// </summary> /// <param name="iDevAdd">从站地址</param> /// <param name="iAddress">起始地址</param> /// <param name="iLength">读取长度</param> /// <returns></returns> public byte[] ReadOutputStatus(int iDevAdd, int iAddress, int iLength) { //第一步：拼接报文 ByteArray SendCommand = new ByteArray(); SendCommand.Add(new byte[]{(byte)iDevAdd,0x01, (byte)(iAddress/256), (byte)(iAddress%256)}); SendCommand.Add(new byte[]{(byte)(iLength/256), (byte)(iLength%256)}); SendCommand.Add(Crc16(SendCommand.array, 6)); //第二步：发送报文 接受报文 int byteLength = 0; if (iLength % 8 == 0) { byteLength = iLength / 8; } else { byteLength = iLength / 8 + 1; } byte[] response = new byte[5 + byteLength]; if (SendData(SendCommand.array, ref response)) { //第三步：解析报文 //验证：核对发送的和返回的报文的功能码+字节计数 if (response[1] == 0x01 && response[2] == byteLength) { return GetByteArray(response, 3, byteLength); } else { return null; } } else { return null; } } #endregion
//CRC校验
#region CRC校验 private static readonly byte[] aucCRCHi = { 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40 }; private static readonly byte[] aucCRCLo = { 0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09, 0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3, 0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A, 0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26, 0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F, 0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5, 0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C, 0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C, 0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40 }; /// <summary> /// CRC检验,返回2个字节 /// </summary> /// <param name="pucFrame">要校验的字节数组</param> /// <param name="usLen">要校验的字节数组的长度</param> /// <returns></returns> private byte[] Crc16(byte[] pucFrame, int usLen) { int i = 0; byte[] res = new byte[2] { 0xFF, 0xFF }; UInt16 iIndex = 0x0000; while (usLen-- > 0) { iIndex = (UInt16)(res[0] ^ pucFrame[i++]); res[0] = (byte)(res[1] ^ aucCRCHi[iIndex]); res[1] = aucCRCLo[iIndex]; } return res; } #endregion
#region 通用发送报文并接受 /// <summary> /// 通用发送报文并接受 /// </summary> /// <param name="sendByte"></param> /// <param name="response"></param> /// <returns></returns> private bool SendData(byte[] sendByte, ref byte[] response) { //上锁 InteractiveLock.Enter(); try { //发送报文 MyCom.Write(sendByte, 0, sendByte.Length); //定义一个Buffer byte[] buffer = new byte[1024]; //定义一个内存 MemoryStream ms = new MemoryStream(); //定义读取开始时间 DateTime start = DateTime.Now; //【1】获取当前缓冲区的值，判断是否有值，如果有值，读取过来，放到内存中 //接着再去判断，如果当前缓冲区的值为0，说明读完了 //【2】如果每次读取都读不到，我们用超时时间来做判断 while (true) { Thread.Sleep(SleepTime); if (MyCom.BytesToRead >= 1) { int spcount = MyCom.Read(buffer, 0, buffer.Length); ms.Write(buffer, 0, spcount); } else { //判断是否超时 if ((DateTime.Now - start).TotalMilliseconds > this.ReceiveTimeOut) { ms.Dispose(); return false; } else if (ms.Length > 0) { break; } } } response = ms.ToArray(); ms.Dispose(); return true; } catch (Exception) { return false; } finally { //解锁 InteractiveLock.Leave(); } } #endregion
（2）02F 读取输入线圈
4556
