基于ModebusRTU通信采集温度湿度项目案例

目录

一、模拟温湿度模拟

【1.1】温湿度仪表参数

【1.1】使用电脑模拟传感器

【1.2】使用Codesys软件模拟传感器

二、自定义控件UI设计

【2.1】自定义控件温度湿度柱状设计

​编辑

【2.1.1】设置温度湿度柱状实际显示【属性】

【2.1.2】设置温度湿度柱状的背景颜色【属性】

三、窗体UI设计

四、实现Modbus通讯源码

【4.1】读取保持寄存器读取测试

【4.2】封装读取保持寄存器类

五、窗体UI后端代码

六、测试效果

【6.1】与电脑模拟

【6.2】与Codesys模拟

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一、模拟温湿度模拟

【1.1】温湿度仪表参数

【1.1】使用电脑模拟传感器

• 开启虚拟串口

• 通过串口调试助手测试客户端和服务器

走到这里说明这组参数是可以成功的。

【1.2】使用Codesys软件模拟传感器

• 配置Codesys控制器为从站

• 通过串口调试助手测试客户端和服务器,注意：PLC和仪表寄存器定位不同，Codesys需要用0x04功能码读取IW寄存器的值。

二、自定义控件UI设计

【2.1】自定义控件温度湿度柱状设计

第一步：创建类库项目，创建用户控件Windows(窗体) 
第二步：创建一个panel控件，用于与图片配合，panel控件的大小需要比被设计图片的大小相等或者大于。panel控件属性设计->BackgroundImage 背景图像：导入图片。Size 调整控件大小尺寸：需要比图片大或者相等。BackgroundImageLayout 背景图像布局：Tile 图像沿控件的矩形工作区平铺。

【2.1.1】设置温度湿度柱状实际显示【属性】

【设计思路】

第一步：拖动Label控件充当白色部分。Label控件属性设计->Name 标识对象名称：lblBarAutoSize 关闭自动调整大小：falseSzie 调整控件合适大小->Width(9)Height(135)BackColor 背景颜色：白色

【控件后台代码】

// 设置温度湿度柱状显示和实际温度湿度显示【属性】
private const float _barHightValue = 135.0F;
private float _barHightMemory = 0.0F;
public float BarHightValue
{get{return _barHightMemory;}set{if(value < 0 || value > 70){MessageBox.Show("温度值或湿度值必须在0~70之间！", "信息提示");}else{// 根据value计算实际(颜色bar)需要的像素显示大小float fRealValue = (_barHightValue / 70) * value;// 求出(白色bar)需要的像素显示大小this.lblBar.Height = Convert.ToInt32(_barHightValue - fRealValue);}_barHightMemory = value;}
}

【Form页测试】

【2.1.2】设置温度湿度柱状的背景颜色【属性】

第一步：在Resources文件夹下添加图片资源。

【控件后台代码】

// 设置温度湿度柱状的背景颜色【属性】
public enum BarColor
{Red,Green
}private BarColor _barImageColor = BarColor.Green;
public BarColor BarImageColor
{get{return _barImageColor;}set{// 设置用户选择的颜色对应图片if (value == BarColor.Red)this.panel.BackgroundImage = Properties.Resources.red_all;else if (value == BarColor.Green)this.panel.BackgroundImage = Properties.Resources.green_all;_barImageColor = value;}
}

【Form页测试】

三、窗体UI设计

第一步：窗体的Text属性->基于ModbusRTU通讯实现温度、湿度实时采集案例
第二步：窗体的Icon属性->选择窗体图标
第三步：窗体的MaxximizeBox 设置false
第四步：窗体的StartPosition 设置CenterScreen
第五步：窗体的FormBorderStyle 设置不可调整大小的工具窗口边框。第六步：自定义的温度湿度柱控件->湿度Name ccMeterH 温度Name ccMeterT第七步：温度湿度字体Label标签->Font 字体设置：华文楷体, 14.25pt, style=Bold第八步：温度湿度数值Label标签->湿度Name lblHumidityValue温度Name lblTemperatureValueFont 字体设置 华文楷体, 14.25pt, style=BoldFontColor 字体颜色设置 LimeAutoSize 设置falseTextAlign 设置MiddleCenter中间位置

 

第一步：容器控件GroupBox控件->Text 设备连接第二步：端口号 波特率 站地址Label控件->Text 端口号 波特率 站地址Font 微软雅黑, 15.75pt第三步：端口号ComboBox控件->Name cobPort第四步：波特率ComboBox控件->Name cobBaudRate第五步：站地址NumericUpDown->Name nudSlaveAddress第六步：状态Label->Name lalStateText 设置文字●ForeColor 设置字体颜色Gray第七步：打开断开连接Button按钮Name btnOpenAndCloseText 设置文字 打 开 连 接Font 设置字体样式 微软雅黑, 14.25pt, style=BoldFlatStyle 设置按钮样式Flat该控件以平面显示FlatAppearance->BorderSize设置按钮周围的边框的大小0ForeColor 设置文字颜色ButtonFaceBackColor 设备按钮背景颜色Green[Click] 单击事件

// 这里提前脱取组件定时器timer->Name timerModbusReadinterval 设置定时器1000毫秒[Tick] 定时事件 

四、实现Modbus通讯源码

【4.1】读取保持寄存器读取测试

// 命名空间
using System.IO.Pipes;/* 程序入口函数 */ 
static void Main(string[] args)
{// [1] 创建串行端口资源对象SerialPort serialPort = new SerialPort();// [2] 设置协议属性serialPort.PortName = "COM1";       // 设置端口号 COM1serialPort.BaudRate = 9600;         // 设置波特率 9600serialPort.Parity = Parity.None;    // 设置校验   无校验serialPort.DataBits = 8;            // 设置数据位 8serialPort.StopBits = StopBits.One; // 设置停止位 1// [3] 打开串口serialPort.Open();while(true){// 将当前线程挂起等待一定时间Thread.Sleep(1000); // [4] 拼接报文byte[] sendBytes = new byte[]{// 站地址 功能码  起始地址     数据长度     CRC校验0x01,  0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x02, 0xC4, 0x0B};// [5] 发送报文serialPort.Write(sendBytes, 0, sendBytes.Length);Thread.Sleep(100); // 将当前线程挂起等待一定时间(通讯时间需要延时接收)// [6] 接受报文byte[] recvBytes = new byte[serialPort.BytesToRead]; // BytesToRead获取接收缓冲区字节个数。serialPort.Read(recvBytes, 0, recvBytes.Length);// [7] 解析恢复报文 - 当前寄存器的值是：40001[FE = 254] 40002[AF = 175]if (recvBytes[0] == 0x01 && recvBytes[1] == 0x03){// 解析前分析// 发：// 源报文16进制：01 03 00 00 00 02 C4  0B// 发报文10进制: 1  3  0  0  0  2  196 176// 收：// 源报文16进制：01 03 04 00 FE  00 AF  DB  BF// 发报文10进制: 1  3  4  0  254 0  175 219 191 // 字节到10进制高低位转换：收报文其中[0  254] = (254/256)=0  (254%256)=254//                       收报文其中[0  175] = (175/256)=0  (175%256)=175// 开始解析// 湿度 = 高字节 * 256 + 低字节int iHumidity = recvBytes[3] * 256 + recvBytes[4];// 温度 = 高字节 * 256 + 低字节int iTempperature = recvBytes[5] * 256 + recvBytes[6];Console.WriteLine($"湿度：{iHumidity * 0.1}% 温度：{iTempperature * 0.1}℃");}}
}// 读取的打印结果：
湿度：25.4% 温度：17.5℃
湿度：25.4% 温度：17.5℃
湿度：25.4% 温度：17.5℃
湿度：25.4% 温度：17.5℃
湿度：25.4% 温度：17.5℃
湿度：25.4% 温度：17.5℃

【4.2】封装读取保持寄存器类

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;using System.IO.Ports;
using System.Threading;
namespace Approach.TemperatureHumidity.DAL
{/// <summary>/// ModbusRTU通讯类封装/// </summary>public class ModbusRTU{/// <summary>/// 串口资源对象字段/// </summary>private SerialPort serialPort = null; /// <summary>/// 无参构造方法/// </summary>public ModbusRTU() {}/// <summary>/// 带参构造方法/// </summary>/// <param name="delay"></param>public ModbusRTU(int delay){this.ReceiveDelay = delay;  }/// <summary>/// 接收报文延时时间属性/// </summary>private int _receiveDelay = 100;public int ReceiveDelay{get {return _receiveDelay;}set{if(value < 10 || value > 2000)_receiveDelay = 100;else_receiveDelay = value;  }}/// <summary>/// 打开串口/// </summary>/// <param name="portName"> 串行端口号 </param>/// <param name="baudRate"> 波特率 </param>/// <param name="parity"> 校验位 </param>/// <param name="dataBits"> 数据位 </param>/// <param name="stopBits"> 停止位 </param>public void Connect(string portName, int baudRate = 9600, Parity parity = Parity.None, int dataBits = 8, StopBits stopBits = StopBits.One){//>实例化串口资源对象serialPort = new SerialPort(portName, baudRate, parity, dataBits, stopBits);//>异常保护try{//>打开串口serialPort.Open();}catch(Exception ex){throw new Exception("ModbusRTU打开串口失败：" + ex.Message);}}/// <summary>/// 关闭串口/// </summary>public void Disconnect() {//>确认串口已打开if(serialPort != null && serialPort.IsOpen){//>关闭串口serialPort.Close();}}/// <summary>/// 读取保持寄存器->功能码0x03/// </summary>/// <param name="slaveId"> 从站地址 </param>/// <param name="startAddress"> 读取起始地址 </param>/// <param name="count"> 读取寄存器数量 </param>/// <returns>  </returns>public byte[] ReadHoldingRegister(byte slaveId, int startAddress, int count){// [1] 封装【请求】报文byte[] sendBytes = new byte[8];// 从站地址sendBytes[0] = slaveId;// 功能码sendBytes[1] = 0x03;// 起始寄存器sendBytes[2] = (byte)(startAddress / 256); //>高位sendBytes[3] = (byte)(startAddress % 256); //>低位// 寄存器数量sendBytes[4] = (byte)(count / 256);sendBytes[5] = (byte)(count % 256);// CRC校验码byte[] crcBytes = CRC16(sendBytes, 6);sendBytes[6] = crcBytes[0];sendBytes[7] = crcBytes[1];// 异常处理byte[] recvBytes = null;try{// [2] 发送【请求】报文serialPort.Write(sendBytes, 0, sendBytes.Length);Thread.Sleep(ReceiveDelay);// [3] 接收【应答】报文recvBytes = new byte[serialPort.BytesToRead]; //>BytesToRead: 获取接收缓冲区字节个数。serialPort.Read(recvBytes, 0, recvBytes.Length);}catch(Exception ex){throw new Exception("ModbusRTU发送或接收报文出现问题：" + ex.Message);}// [4] 解析【应答】报文int dataByteLen = 2 * count; //>响应报文数据字节数长度if (recvBytes.Length == 5 + dataByteLen){// CRC校验正确 && 响应报文功能码正确 && 响应报文数据字节正确if (CheckCRC(recvBytes) && recvBytes[1] == 0x03 && recvBytes[2] == dataByteLen){// 截取数据：去掉[从站地址][功能码][字节计数]...[CRC校验]byte[] returnBytes = new byte[dataByteLen];// 数组复制出需要的数据Array.Copy(recvBytes, 3, returnBytes, 0, dataByteLen);return returnBytes;}return null;}return null;}#region  CRC校验【查表法 - 速度很快】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};private byte[] CRC16(byte[] pucFrame, int usLen){int i = 0;byte[] res = new byte[2] { 0xFF, 0xFF };ushort iIndex;while (usLen-- > 0){iIndex = (ushort)(res[0] ^ pucFrame[i++]);res[0] = (byte)(res[1] ^ aucCRCHi[iIndex]);res[1] = aucCRCLo[iIndex];}return res;}private bool CheckCRC(byte[] value){if (value == null) return false;if (value.Length <= 2) return false;int length = value.Length;byte[] buf = new byte[length - 2];Array.Copy(value, 0, buf, 0, buf.Length);byte[] CRCbuf = CRC16(buf, buf.Length);if (CRCbuf[0] == value[length - 2] && CRCbuf[1] == value[length - 1])return true;return false;}#endregion}
}

五、窗体UI后端代码

using Approach.TemperatureHumidity.DAL;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.IO.Ports;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;namespace Approach.TemperatureHumidity.App
{public partial class FrmMain : Form{ModbusRTU modbusRtu = new ModbusRTU();#region [窗体启动初始化功能]public FrmMain(){InitializeComponent();Initialize();}/// <summary>/// 初始化所有控件状态/// </summary>private void Initialize(){// 初始化绑定波特率下拉框列表string[] BaudRuteArr = new string[] { "2400", "4800", "9600", "19200", "38400", "57600", "115200" };this.cobBaudRate.DataSource = BaudRuteArr; //>绑定波特率数据源this.cobBaudRate.SelectedIndex = 2; //>默认波特率9600// 初始化绑定端口号下拉框列表this.cobPort.DataSource = SerialPort.GetPortNames(); //>GetPortNames: 静态方法，可以获取当前电脑所有可用的端口号}#endregion#region [打开连接和关闭连接功能]/// <summary>/// 是否已连接->属性[关联btnOpenAndClose_Click]/// </summary>private bool _isConnected = false;public bool IsConnected{get { return _isConnected; }set { _isConnected = value; //>记忆操作的按钮状态// 更改按钮文字内容this.btnOpenAndClose.Text = value ? "断开连接" : "打开连接";// 更改按钮颜色if(value == true){// 按钮背景颜色为红色this.btnOpenAndClose.BackColor = Color.Red;// 按钮字体颜色为白色this.btnOpenAndClose.ForeColor = Color.White;// 状态指示字体颜色为绿色this.lblState.ForeColor = Color.Green;        }else{// 按钮背景颜色为红色绿色this.btnOpenAndClose.BackColor = Color.Green;// 按钮字体颜色为白色this.btnOpenAndClose.ForeColor = Color.White;// 状态指示字体颜色为灰色this.lblState.ForeColor = Color.Gray;         }}}/// <summary>/// 打开连接和关闭连接按钮->单击事件/// </summary>private void btnOpenAndClose_Click(object sender, EventArgs e){// 接收UI信息string port = this.cobPort.Text;int baudRate = int.Parse(this.cobBaudRate.Text);if (IsConnected == false){try{// 打开ModbusRTU连接modbusRtu.Connect(port, baudRate);// 更改按钮和指示状态IsConnected = true;// 启动定时器读取this.timerModbusRead.Enabled = true;}catch(Exception ex){MessageBox.Show(ex.Message, "错误提示");}}else{// 停止定时器读取this.timerModbusRead.Stop();// 关闭ModbusRTU连接modbusRtu.Disconnect();// 更改按钮和指示状态IsConnected = false;}}#endregion#region [定时器循环读取Modbus寄存器功能]/// <summary>/// 读取Modbus寄存器定时器->定时事件/// </summary>private void timerModbusRead_Tick(object sender, EventArgs e){// 接收UI信息byte slaveAddress = Convert.ToByte(this.nudSlaveAddress.Value);// 读取数据(2个寄存器，起始地址是0000H[40001][40002])byte[] dataBytes = modbusRtu.ReadHoldingRegister(slaveAddress, 0, 2);if(dataBytes != null && dataBytes.Length == 4){// 字节高低位转换// 湿度 = 高字节 * 256 + 低字节int humidity = dataBytes[0] * 256 + dataBytes[1];// 温度 = 高字节 * 256 + 低字节int temperature = dataBytes[2] * 256 + dataBytes[3];// 数值显示this.lblHumidityValue.Text = (humidity * 0.1F).ToString();this.lblTemperatureValue.Text = (temperature * 0.1F).ToString();// 图形显示this.ccMeterH.BarHightValue = humidity * 0.1F;this.ccMeterT.BarHightValue = temperature * 0.1F;}}#endregion#region [窗体关闭初始化功能]private void FrmMain_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e){// 停止定时器读取timerModbusRead.Stop();}#endregion}
}

六、测试效果

【6.1】与电脑模拟

【6.2】与Codesys模拟