Modbus 是一個工業(yè)上常用的通訊協(xié)議、一種通訊約定。

ModBus 協(xié)議是應用層報文傳輸協(xié)議（OSI 模型第7層），它定義了一個與通信層無關的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），即PDU=功能碼+數(shù)據(jù)域。
ModBus 協(xié)議能夠應用在不同類型的總線或網(wǎng)絡。對應不同的總線或網(wǎng)絡，Modbus 協(xié)議引入一些附加域映射成應用數(shù)據(jù)單元（ADU），即ADU=附加域+PDU。目前，Modbus 有下列三種通信方式：
1. 以太網(wǎng)，對應的通信模式是Modbus TCP。
2. 異步串行傳輸（各種介質如有線RS-232-/422/485/；光纖、無線等），對應的通信模式是 Modbus RTU 或 Modbus ASCII。
Modbus 的ASCII、RTU 協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結構、命令和應答的方式，數(shù)據(jù)通訊采用Maser/Slave方式。
3. 高速令牌傳遞網(wǎng)絡，對應的通信模式是Modbus PLUS。

Modbus 需要對數(shù)據(jù)進行校驗，串行協(xié)議中除有奇偶校驗外，ASCII 模式采用LRC 校驗；RTU 模式采用16位CRC 校驗；TCP 模式沒有額外規(guī)定校驗，因為TCP 是一個面向連接的可靠協(xié)議。

Modbus 協(xié)議的應用中，最常用的是Modbus RTU 傳輸模式。

RTU 傳輸模式

當設備使用RTU (Remote Terminal Unit) 模式在 Modbus 串行鏈路通信， 報文中每個8位字節(jié)含有兩個4位十六進制字符。這種模式的主要優(yōu)點是較高的數(shù)據(jù)密度，在相同的波特率下比ASCII 模式有更高的吞吐率。每個報文必須以連續(xù)的字符流傳送。

RTU 模式每個字節(jié) ( 11 位 ) 的格式為：

編碼系統(tǒng)： 8位二進制。 報文中每個8位的字節(jié)含有兩個4位十六進制字符(0–9， A–F)

Bits per Byte： 1 起始位

8 數(shù)據(jù)位， 首先發(fā)送最低有效位

1 位作為奇偶校驗

1 停止位

偶校驗是要求的，其它模式 ( 奇校驗， 無校驗 ) 也可以使用。為了保證與其它產品的最大兼容性，同時支持無校驗模式是建議的。默認校驗模式模式 必須為偶校驗。注：使用無校驗要求2 個停止位。

字符的串行傳送方式：

每個字符或字節(jié)均由此順序發(fā)送(從左到右)：最低有效位 (LSB) . . . 最高有效位 (MSB)

圖1：RTU 模式位序列

設備配置為奇校驗、偶校驗或無校驗都可以接受。如果無奇偶校驗，將傳送一個附加的停止位以填充字符幀：

圖2：RTU 模式位序列 (無校驗的特殊情況)

幀檢驗域：循環(huán)冗余校驗 (CRC)

在RTU 模式包含一個對全部報文內容執(zhí)行的，基于循環(huán)冗余校驗 (CRC - Cyclical Redundancy Checking) 算法的錯誤檢驗域。

CRC 域檢驗整個報文的內容。不管報文有無奇偶校驗，均執(zhí)行此檢驗。

CRC 包含由兩個8位字節(jié)組成的一個16位值。

CRC 域作為報文的最后的域附加在報文之后。計算后，首先附加低字節(jié)，然后是高字節(jié)。CRC 高字節(jié)為報文發(fā)送的最后一個子節(jié)。

附加在報文后面的CRC 的值由發(fā)送設備計算。接收設備在接收報文時重新計算 CRC 的值，并將計算結果于實際接收到的CRC 值相比較。如果兩個值不相等，則為錯誤。

CRC 的計算，開始對一個16位寄存器預裝全1。 然后將報文中的連續(xù)的8位子節(jié)對其進行后續(xù)的計算。只有字符中的8個數(shù)據(jù)位參與生成CRC 的運算，起始位，停止位和校驗位不參與 CRC 計算。

CRC 的生成過程中， 每個 8–位字符與寄存器中的值異或。然后結果向最低有效位(LSB)方向移動(Shift) 1位，而最高有效位(MSB)位置充零。 然后提取并檢查 LSB：如果LSB 為1， 則寄存器中的值與一個固定的預置值異或；如果LSB 為 0， 則不進行異或操作。

這個過程將重復直到執(zhí)行完8次移位。完成最后一次（第8次）移位及相關操作后，下一個8位字節(jié)與寄存器的當前值異或，然后又同上面描述過的一樣重復8次。當所有報文中子節(jié)都運算之后得到的寄存器中的最終值，就是CRC。

當CRC 附加在報文之后時，首先附加低字節(jié)，然后是高字節(jié)。

CRC 算法如下：

private bool CheckResponse(byte[] response) {//Perform a basic CRC check:byte[] CRC = new byte[2];GetCRC(response, ref CRC);if (CRC[0] == response[response.Length - 2] && CRC[1] == response[response.Length - 1])return true;elsereturn false; }private void GetCRC(byte[] message, ref byte[] CRC) {//Function expects a modbus message of any length as well as a 2 byte CRC array in which to //return the CRC values:ushort CRCFull = 0xFFFF;byte CRCHigh = 0xFF, CRCLow = 0xFF;char CRCLSB;for (int i = 0; i < (message.Length) - 2; i++){CRCFull = (ushort)(CRCFull ^ message[i]);for (int j = 0; j < 8; j++){CRCLSB = (char)(CRCFull & 0x0001);CRCFull = (ushort)((CRCFull >> 1) & 0x7FFF);if (CRCLSB == 1)CRCFull = (ushort)(CRCFull ^ 0xA001);}}CRC[1] = CRCHigh = (byte)((CRCFull >> 8) & 0xFF);CRC[0] = CRCLow = (byte)(CRCFull & 0xFF); }

幀描述 (如下圖所示) ：

圖3：RTU 報文幀

注意：Modbus RTU 幀最大為256字節(jié)。

下面是我為公司設計的一個 Modbus RTU 通信測試小工具，界面截圖如下：

圖4：Modbus RTU 通信工具

我的通用Modbus RTU 動態(tài)庫，modbus.cs 如下：

modbus.cs using System; using System.Collections.Generic; using System.Text; using System.IO.Ports; using System.Threading;namespace SerialPort_Lib {public class modbus{private SerialPort sp = new SerialPort();public string modbusStatus;#region Constructor / Deconstructorpublic modbus(){}~modbus(){}#endregion#region Open / Close Procedurespublic bool Open(string portName, int baudRate, int databits, Parity parity, StopBits stopBits){//Ensure port isn't already opened:if (!sp.IsOpen){//Assign desired settings to the serial port:sp.PortName = portName;sp.BaudRate = baudRate;sp.DataBits = databits;sp.Parity = parity;sp.StopBits = stopBits;//These timeouts are default and cannot be editted through the class at this point:sp.ReadTimeout = -1;sp.WriteTimeout = 10000;try{sp.Open();}catch (Exception err){modbusStatus = "Error opening " + portName + ": " + err.Message;return false;}modbusStatus = portName + " opened successfully";return true;}else{modbusStatus = portName + " already opened";return false;}}public bool Close(){//Ensure port is opened before attempting to close:if (sp.IsOpen){try{sp.Close();}catch (Exception err){modbusStatus = "Error closing " + sp.PortName + ": " + err.Message;return false;}modbusStatus = sp.PortName + " closed successfully";return true;}else{modbusStatus = sp.PortName + " is not open";return false;}}#endregion#region CRC Computationprivate void GetCRC(byte[] message, ref byte[] CRC){//Function expects a modbus message of any length as well as a 2 byte CRC array in which to //return the CRC values:ushort CRCFull = 0xFFFF;byte CRCHigh = 0xFF, CRCLow = 0xFF;char CRCLSB;for (int i = 0; i < (message.Length) - 2; i++){CRCFull = (ushort)(CRCFull ^ message[i]);for (int j = 0; j < 8; j++){CRCLSB = (char)(CRCFull & 0x0001);CRCFull = (ushort)((CRCFull >> 1) & 0x7FFF);if (CRCLSB == 1)CRCFull = (ushort)(CRCFull ^ 0xA001);}}CRC[1] = CRCHigh = (byte)((CRCFull >> 8) & 0xFF);CRC[0] = CRCLow = (byte)(CRCFull & 0xFF);}#endregion#region Build Messageprivate void BuildMessage(byte address, byte type, ushort start, ushort registers, ref byte[] message){//Array to receive CRC bytes:byte[] CRC = new byte[2];message[0] = address;message[1] = type;message[2] = (byte)(start >> 8);message[3] = (byte)start;message[4] = (byte)(registers >> 8);message[5] = (byte)registers;GetCRC(message, ref CRC);message[message.Length - 2] = CRC[0];message[message.Length - 1] = CRC[1];}#endregion#region Check Responseprivate bool CheckResponse(byte[] response){//Perform a basic CRC check:byte[] CRC = new byte[2];GetCRC(response, ref CRC);if (CRC[0] == response[response.Length - 2] && CRC[1] == response[response.Length - 1])return true;elsereturn false;}#endregion#region Get Responseprivate void GetResponse(ref byte[] response){//There is a bug in .Net 2.0 DataReceived Event that prevents people from using this//event as an interrupt to handle data (it doesn't fire all of the time). Therefore//we have to use the ReadByte command for a fixed length as it's been shown to be reliable.for (int i = 0; i < response.Length; i++){response[i] = (byte)(sp.ReadByte());}}#endregion#region GetModbusData 獲得接收數(shù)據(jù)public bool GetModbusData(ref byte[] values){//Ensure port is open:if (sp.IsOpen){// 等待線程進入 //Monitor.Enter(sp);//Clear in/out buffers://sp.DiscardOutBuffer();//sp.DiscardInBuffer();//Message is 1 addr + 1 type + N Data + 2 CRCtry{//GetResponse(ref readBuffer);//string str = readBuffer.ToString();int count = sp.BytesToRead;if (count > 0){byte[] readBuffer = new byte[count];GetResponse(ref readBuffer);// readData = new byte[29];// Array.Copy(readBuffer, readData, readData.Length);// CRC 驗證if (CheckResponse(readBuffer)){//顯示輸入數(shù)據(jù)values = readBuffer;modbusStatus = "Write successful";sp.DiscardInBuffer();//values = System.Text.Encoding.ASCII.GetString(readData);return true;}else{modbusStatus = "CRC error";sp.DiscardInBuffer();return false;}}else return false;}catch (Exception err){modbusStatus = "Error in write event: " + err.Message;sp.DiscardInBuffer();return false;}//finally//{// 通知其它對象//Monitor.Pulse(sp);// 釋放對象鎖 //Monitor.Exit(sp);//}}else{modbusStatus = "Serial port not open";return false;}}#endregion#region SendModbusData 打包發(fā)送數(shù)據(jù)public bool SendModbusData(ref byte[] values){//Ensure port is open:if (sp.IsOpen){//Clear in/out buffers:sp.DiscardOutBuffer();sp.DiscardInBuffer();//Function 3 response buffer:byte[] response = new byte[values.Length + 2];Array.Copy(values, response, values.Length);//BuildMessage(address, (byte)3, start, registers, ref message);//打包帶有 CRC 驗證的modbus 數(shù)據(jù)包:byte[] CRC = new byte[2];GetCRC(response, ref CRC);response[response.Length - 2] = CRC[0];response[response.Length - 1] = CRC[1];values = response; //返回帶有 CRC 驗證的modbus 數(shù)據(jù)包//Send modbus message to Serial Port:try{sp.Write(response, 0, response.Length);//GetResponse(ref response);return true;}catch (Exception err){modbusStatus = "Error in read event: " + err.Message;return false;}//Evaluate message://if (CheckResponse(response))//{// //Return requested register values:// for (int i = 0; i < (response.Length - 5) / 2; i++)// {// values[i] = response[2 * i + 3];// values[i] <<= 8;// values[i] += response[2 * i + 4];// }// modbusStatus = "Read successful";// return true;//}//else//{// modbusStatus = "CRC error";// return false;//}}else{modbusStatus = "Serial port not open";return false;}}#endregion} }

調用的主要代碼如下：

modbus類的winform調用代碼 public partial class FormConfig : Form,IModbusData {//業(yè)務處理類B_ModbusData ModbusDataBLL = new B_ModbusData();modbus mb = new modbus();//SerialPort sp = new SerialPort();System.Timers.Timer timer = new System.Timers.Timer();public FormConfig(){InitializeComponent();timer.Elapsed += new ElapsedEventHandler(timer_Elapsed);}#region Timer Elapsed 事件處理程序bool runEnd = true;void timer_Elapsed(object sender, ElapsedEventArgs e){if (runEnd == true){runEnd = false;PollFunction();runEnd = true;}}//定時器調用方法private void PollFunction(){byte[] values = null;try{mb.GetModbusData(ref values);//while (!mb.SendFc3(Convert.ToByte(txtSlaveID.Text), pollStart, pollLength, ref values)) ;}catch (Exception err){DoGUIStatus("Error in modbus read: " + err.Message);}if (values != null){//業(yè)務處理byte[] sendData = ModbusDataProcess(values);}}#endregion#region IModbusData 接口成員處理public byte[] ModbusDataProcess(byte[] _data){byte[] sendData = ModbusDataBLL.ModbusDataProcess(_data);// CRC驗證，并打包發(fā)送數(shù)據(jù)。mb.SendModbusData(ref sendData);return sendData;}#endregion }

其實，三步就能成功調用：

modbus mb = new modbus(); mb.GetModbusData(ref values); // 從串口設備獲得數(shù)據(jù)。 byte[] sendData = ModbusDataBLL.ModbusDataProcess(values); // 你的業(yè)務處理，并產生最終返回數(shù)據(jù)。 mb.SendModbusData(ref sendData); // CRC驗證，并打包發(fā)送數(shù)據(jù)。

主要代碼已全部提供，由于工作原因暫不提供完整工具源代碼，見諒！

（完）

本文轉自鋼鋼博客園博客，原文鏈接：http://www.cnblogs.com/xugang/archive/2012/12/13/2815800.html，如需轉載請自行聯(lián)系原作者

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Modbus RTU 通信工具设计的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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