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Modbus

article 2025/3/1 3:25:57

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Modbus 是一种广泛使用的通信协议，主要用于工业自动化和控制系统中。它最初由 Modicon（现为施耐德电气的一部分）在1979年开发，旨在实现不同设备之间的通信。Modbus 协议简单、开放，易于实现，因此在许多工业应用中得到了广泛应用。

1. Modbus 协议概述

Modbus 协议主要有三种变体：

Modbus RTU（Remote Terminal Unit）：使用二进制格式进行数据传输，通常通过串行通信（如 RS-232 或 RS-485）实现。它具有较高的效率和较低的开销。
Modbus ASCII：使用 ASCII 字符进行数据传输，适合于需要人类可读格式的应用。它的开销较大，效率较低。
Modbus TCP/IP：在 TCP/IP 网络上运行的 Modbus 协议，允许通过以太网进行通信。它结合了 Modbus 协议的简单性和 TCP/IP 网络的灵活性。

2. Modbus 数据模型

Modbus 使用一种简单的数据模型，主要包括以下几种数据类型：

线圈（Coils）：单个二进制开关，表示开或关的状态。
离散输入（Discrete Inputs）：只读的二进制输入，表示开或关的状态。
保持寄存器（Holding Registers）：可读可写的寄存器，通常用于存储设备的配置参数或状态信息。
输入寄存器（Input Registers）：只读寄存器，通常用于存储传感器数据或设备状态。

3. Modbus 功能码

Modbus 协议定义了一组功能码，用于执行不同的操作。常用的功能码包括：

01：读线圈状态
02：读离散输入状态
03：读保持寄存器
04：读输入寄存器
05：写单个线圈
06：写单个保持寄存器
15：写多个线圈
16：写多个保持寄存器

4. Modbus 通信流程

Modbus 通信通常遵循主从（Master-Slave）架构：

主设备：发起请求并等待响应。主设备可以是 PLC、计算机或其他控制器。
从设备：响应主设备的请求。每个从设备都有一个唯一的地址。

通信流程如下：

主设备发送请求，包括功能码、数据地址和数据。
从设备接收请求并处理。
从设备发送响应，包含请求的数据或状态信息。

5. Modbus 示例

以下是一个简单的 Modbus RTU 通信示例，使用 C++ 和一个流行的 Modbus 库（如 libmodbus）来读取保持寄存器的值。

#include <modbus.h>
#include <iostream>

int main() {
    // 创建 Modbus RTU 连接
    modbus_t *ctx = modbus_new_rtu("/dev/ttyUSB0", 9600, 'N', 8, 1);
    modbus_set_slave(ctx, 1); // 设置从设备地址

    // 连接到 Modbus 从设备
    if (modbus_connect(ctx) == -1) {
        std::cerr << "连接失败: " << modbus_strerror(errno) << std::endl;
        modbus_free(ctx);
        return -1;
    }

    // 读取保持寄存器
    uint16_t tab_reg[32]; // 存储读取的寄存器值
    int rc = modbus_read_registers(ctx, 0, 10, tab_reg); // 从地址0读取10个寄存器

    if (rc == -1) {
        std::cerr << "读取失败: " << modbus_strerror(errno) << std::endl;
    } else {
        for (int i = 0; i < rc; i++) {
            std::cout << "寄存器 " << i << ": " << tab_reg[i] << std::endl;
        }
    }

    // 关闭连接
    modbus_close(ctx);
    modbus_free(ctx);
    return 0;
}