网络编程（Modbus进阶）

思维导图

Modbus RTU（先学一点理论）

概念

Modbus RTU 是工业自动化领域 最广泛应用的串行通信协议，由 Modicon 公司（现施耐德电气）于 1979 年推出。它以 高效率、强健性、易实现的特点成为工业控制系统的通信标准。 包括RS232/485等工业总线协议。

与Modbus TCP区别

与modbus TCP不同的是RTU没有报文头MBAP字段，但是在尾部增加了两个CRC检验字节（CRC16），因为网络协议中自带校验，所以在TCP协议中不需要使用CRC校验码。

RTU和TCP的总体使用方法基本一致，只是在创建modbus对象时有所不同，TCP需要传入网络socket信息；而RTU需要传入串口相关信息。

特点

1.遵循主从问答的通信方式

2.采用串口的方式进行通信

设置串口参数时要求：（了解，后续还会用）

波特率为9600（波特率是指每秒钟传输的比特数）

8位数据位 （数据位是指每个字符中包含的比特数）

1位停止位 （停止位是指在每个字符传输结束后添加的比特数）

无流控 （流控是指在数据传输过程中控制数据流量的一种机制，无流控表示在该设置下没有额外的控制机制来控制数据流量）

modbus rtu协议格式

地址码 功能码 数据 校验码

地址码（1字节）：从机ID

功能码（1字节）：和modbus tcp一样（01 02 03 04 05 06 0f 10H）

数据：起始地址、地址、数量、数据、字节计数；和modbus tcp一样。

校验码（2字节）：对地址码、功能码、数据进行校验，由函数生成，循环冗余校验 (低字节在前)

其实modbus rtu协议的格式和modbus tcp是很像，就是把tcp的MBAP报文头去掉，只保留了一个字节的主机ID，最后结尾加上了两个字节的校验码。（校验码没有实际意义，是函数生成的不用管）

 以01发送的数据格式为例，可以看到数据位是一样的，上图就是tcp和rtu协议格式的区别。数据接收也是和tcp一样的，所以就不再讲了。

modbus 库

官方文档：libmodbus

1库的安装

第一步和第二步都要运行，第一步是为了安装配置，第二步是为了让你使用这个库更方便，把它放在你的C语言库里。​​​​​

1.1库的安装配置（共四步）

通过网盘分享的文件：sqlite-autoconf-3460000.tar.gz
链接: https://pan.baidu.com/s/1ro8-xbsFitDSEEK6mSYzwQ?pwd=3521 提取码: 3521

（直接复制命令，别手打，按顺序）

1. (先下载压缩包，CtrlC+V复制到虚拟机任意路径下)在linux中解压压缩包

tar -xvf libmodbus-3.1.7.tar.gz

2. 进入源码目录

cd libmodbus-3.1.7

3.创建文件夹(存放头文件、库文件)

mkdir install

4.执行脚本configure，进行安装配置（指定安装目录）

./configure --prefix=$PWD/install

5. 执行make

make                        //编译

6.执行make install

make install                //安装

执行完成后会在install文件夹下生产对应的头文件、库文件件夹install，用于存放产生的头文件、库文件等

1.2.库的使用

要想编译方便，可以将头文件和库文件放到系统路径下（直接复制命令，别手打，按顺序）

sudo cp include/modbus/*.h /usr/include

sudo cp lib/* -r /lib -d

后期编译时，可以直接gcc xx.c -lmodbus（和编译有关线程代码一样）

头文件默认搜索路径：/usr/include 、/usr/local/include（之前文章库里的内容）

库文件默认搜索路径：/lib、/usr/lib

2.函数接口

在上面的官方文档里包含所有的函数接口，以下是常用的modbus tcp函数接口，上个文章尝试自己写函数，这里就是使用这些别人写好的库函数（更方便）。

modbus_t* modbus_new_tcp(const char *ip, int port)

功能：以TCP方式创建Modbus实例，并初始化

参数：ip ：ip地址

           port：端口号

返回值：成功：Modbus实例

失败：NULL

int modbus_set_slave(modbus_t *ctx, int slave)

功能：设置从机ID

参数：ctx ：Modbus实例

           slave：从机ID

返回值：成功：0

               失败：-1

int modbus_connect(modbus_t *ctx)

功能：和从机（slave）建立连接

参数：ctx：Modbus实例

返回值：成功：0

               失败：-1

void modbus_free(modbus_t *ctx)

功能：释放Modbus实例

参数：ctx：Modbus实例

void modbus_close(modbus_t *ctx)

功能：关闭套接字

参数：ctx：Modbus实例

int modbus_read_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest)

功能：读取线圈状态，可读取多个连续线圈的状态（对应功能码为0x01）

参数：ctx ：Modbus实例

           addr ：寄存器起始地址

           nb ：寄存器个数

           dest ：得到的状态值

返回值：成功：读到的数量

               失败：-1

int modbus_read_input_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest)

功能：读取输入状态，可读取多个连续输入的状态（对应功能码为0x02）

参数：ctx ：Modbus实例

           addr ：寄存器起始地址

           nb ：寄存器个数

           dest ：得到的状态值

返回值：成功：返回nb的值

               失败：-1

int modbus_read_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)

功能：读取保持寄存器的值，可读取多个连续保持寄存器的值（对应功能码为0x03）

参数：ctx ：Modbus实例

           addr ：寄存器起始地址

           nb ：寄存器个数

           dest ：得到的寄存器的值

返回值：成功：读到寄存器的个数

               失败：-1

int modbus_read_input_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)

功能：读输入寄存器的值，可读取多个连续输入寄存器的值（对应功能码为0x04）

参数：ctx ：Modbus实例

           addr ：寄存器起始地址

           nb ：寄存器个数

           dest ：得到的寄存器的值

返回值：成功：读到寄存器的个数

               失败：-1

int modbus_write_bit(modbus_t *ctx, int addr, int status);

功能：写入单个线圈的状态（对应功能码为0x05）

参数：ctx ：Modbus实例

           addr ：线圈地址

           status：线圈状态

返回值：成功：1

               失败：-1

int modbus_write_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint8_t *src);

功能：写入多个连续线圈的状态（对应功能码为15）

参数：ctx ：Modbus实例

           addr ：线圈地址

           nb ：线圈个数

           src ：多个线圈状态

返回值：成功：写入的数量

               失败：-1

int modbus_write_register(modbus_t *ctx, int addr, int value);

功能： 写入单个寄存器（对应功能码为0x06）

参数： ctx ：Modbus实例

            addr ：寄存器地址

            value ：寄存器的值

返回值：成功：1

               失败：-1

int modbus_write_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint16_t *src);

功能：写入多个连续寄存器（对应功能码为16）

参数：ctx ：Modbus实例

           addr ：寄存器地址

           nb ：寄存器的个数

           src ：多个寄存器的值

返回值：成功：写入的数量

               失败：-1

有关读取浮点的就不全举例了，感兴趣可以去查看官方文档

float modbus_get_float_dcba(const uint16_t *src)

功能：读取浮点类型的数据

参数：src：读到数据的存放数组

返回值：转换后的浮点类型

编程

从上往下写就可以连接到Modbus Slave，ip要写主机的IP地址，不要写成虚拟机的IP地址。，你要是在虚拟机运行的Modbus Slave，那就可以写虚拟机地址。

编程步骤

1.创建实例

2.设置从机ID

3.建立连接

4.寄存器操作（按需选择）

5.关闭套接字

6.释放实例

编程实现

1.基础步骤实现：

#include <modbus.h>
#include <stdio.h>int main(int argc, char const *argv[])
{char ip[128] = {"192.168.50.224"};         //IPint port = 502;                            //端口号int slave = 1;                             //从机地址int addr = 0x0000;                         //寄存器地址int nb = 0x0002;                           //寄存器数uint16_t dest[12] = {0};                   //接收数组// 创建实例// IP与端口号可作为命令行传参modbus_t *modbus = modbus_new_tcp(ip, port);if (modbus == NULL){perror("err\n");return -1;}//设置从机IDmodbus_set_slave(modbus, slave);   //建立连接int con = modbus_connect(modbus);if (con == -1){perror("con:\n");return -1;}//寄存器操作int read = modbus_read_registers(modbus, addr, nb, dest);if (read == -1){perror("read:\n");return -1;}for (int i = 0; i < read; i++){printf("%d ", dest[i]);}putchar(10);//关闭套接字modbus_close(modbus);//释放实例modbus_free(modbus);return 0;
}

2.数据采集小项目：

编程实现采集传感器数据和控制硬件设备（传感器和硬件通过slave模拟）

传感器：2个，光线传感器、加速度传感器（x\y\z）

硬件设备：2个，led灯、蜂鸣器

要求：

1.多任务编程：建议多线程

2.循环1s采集一次数据，并将数据打印至终端

3.同时从终端输入指令控制硬件设备

        0 1：led灯打开

        0 0：led灯关闭

        1 1：蜂鸣器开

        1 0：蜂鸣器关

#include <stdio.h>
#include <modbus.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>void *handler1(void *arg){            //内不含阻塞，相当于后台运行uint8_t dest1[32] = {0};uint16_t dest2[32] = {0};modbus_t *modbusid = (modbus_t *)arg;int size = 0;while(1){								//读取线圈状态size = modbus_read_bits(modbusid,0,2,dest1);if(size == -1){					//容错判断perror("modbus_read_registers err");break;}printf("ＬＥＤ：%02x 蜂鸣器：%02x\n",dest1[0],dest1[1]);//查询寄存器数值size = modbus_read_registers(modbusid,0,2,dest2);if(size == -1){					//容错判断perror("modbus_read_registers err");break;}printf("温度传感器：%02x 加速度传感器：%02x\n",dest2[0],dest2[1]);sleep(5);                        //5秒打印一次}
}void *handler2(void *arg){                    //用于执行写操作，需要输入指令modbus_t *modbusid = (modbus_t *)arg;int addr,nb,status;int a = 0;				        //标志操作05,06while(1){scanf("%d",&a);				//选择操作if(a == 5){					//操作单个线圈scanf("%d %d",&addr,&status);modbus_write_bit(modbusid,addr,status);}else if(a == 6){			//操作单个寄存器scanf("%d %d",&addr,&nb);modbus_write_register(modbusid,addr,nb);}if(a == -1)break;}
}int main(int argc, const char *argv[])
{//创建实例modbus_t *modbusid = modbus_new_tcp("192.168.43.148",502);if(modbusid == NULL){perror("modbus_new_tcp err");return -1;}//设置从机IDint slave = 1;if(modbus_set_slave(modbusid,slave) == -1){perror("modbus_set_slave err");return -1;}//建立连接if(modbus_connect(modbusid) == -1){perror("modbus_connect err");return -1;}//寄存器操作pthread_t ptid1;pthread_create(&ptid1,NULL,handler1,modbusid);        //创建第一个线程pthread_detach(ptid1);pthread_t ptid2;pthread_create(&ptid2,NULL,handler2,modbusid);        //创建第二个线程pthread_join(ptid2,NULL);//关闭套接字modbus_close(modbusid);//释放实例modbus_free(modbusid);return 0;
}

五秒打印一次，终端还可以输入命令取改变寄存器和线圈值