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Modbus通信协议摘要：工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制，如今已进入网络时代，工业控制器连网也为网络管理提供了方便。Modbus就是工业控制器的网络协议中的一种。关键词：Modbus协议；串行通信；LRC校验；CRC校验；RS-232C一、Modbus协议简介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，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。当在网络上通信时，Modbus协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成应答并使用Modbus协议发送给询问方。Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式，数据通讯采用Maser/Slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求；Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。Modbus协议需要对数据进行校验，串行协议中除有奇偶校验外，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验，但TCP模式没有额外规定校验，因为TCP协议是一个面向连接的可靠协议。另外，Modbus采用主从方式定时收发数据，在实际使用中如果某Slave站点断开后（如故障或关机），Master端可以诊断出来，而当故障修复后，网络又可自动接通。因此，Modbus协议的可靠性较好。下面我来简单的给大家介绍一下，对于Modbus的ASCII、RTU和TCP协议来说，其中TCP和RTU协议非常类似，我们只要把RTU协议的两个字节的校验码去掉，然后在RTU协议的开始加上5个0和一个6并通过TCP/IP网络协议发送出去即可。所以在这里我仅介绍一下Modbus的ASCII和RTU协议。下表是ASCII协议和RTU协议进行的比较：协议开始标记结束标记校验传输效率程序处理ASCII:（冒号）CR,LFLRC低直观，简单，易调试RTU无无CRC高不直观，稍复杂通过比较可以看到，ASCII协议和RTU协议相比拥有开始和结束标记，因此在进行程序处理时能更加方便，而且由于传输的都是可见的ASCII字符，所以进行调试时就更加的直观，另外它的LRC校验也比较容易。但是因为它传输的都是可见的ASCII字符，RTU传输的数据每一个字节ASCII都要用两个字节来传输，比如RTU传输一个十六进制数0xF9,ASCII就需要传输’F’’9’的ASCII码0x39和0x46两个字节，这样它的传输的效率就比较低。所以一般来说，如果所需要传输的数据量较小可以考虑使用ASCII协议，如果所需传输的数据量比较大，最好能使用RTU协议。下面对两种协议的校验进行一下介绍。1、LRC校验LRC域是一个包含一个8位二进制值的字节。LRC值由传输设备来计算并放到消息帧中，接收设备在接收消息的过程中计算LRC，并将它和接收到消息中LRC域中的值比较，如果两值不等，说明有错误。LRC校验比较简单，它在ASCII协议中使用，检测了消息域中除开始的冒号及结束的回车换行号外的内容。它仅仅是把每一个需要传输的数据按字节叠加后取反加1即可。下面是它的VC代码：BYTEGetCheckCode(constchar*pSendBuf,intnEnd)//获得校验码{BYTEbyLrc=0;charpBuf[4];intnData=0;for(i=1;iend;i+=2)//i初始为1，避开“开始标记”冒号{//每两个需要发送的ASCII码转化为一个十六进制数pBuf[0]=pSendBuf[i];pBuf[1]=pSendBuf[i+1];pBuf[2]='\0';sscanf(pBuf,%x,&nData);byLrc+=nData;}byLrc=~byLrc;byLrc++;returnbyLrc;}2、CRC校验CRC域是两个字节，包含一16位的二进制值。它由传输设备计算后加入到消息中。接收设备重新计算收到消息的CRC，并与接收到的CRC域中的值比较，如果两值不同，则有误。CRC是先调入一值是全“1”的16位寄存器，然后调用一过程将消息中连续的8位字节各当前寄存器中的值进行处理。仅每个字符中的8Bit数据对CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校验位均无效。CRC产生过程中，每个8位字符都单独和寄存器内容相或（OR），结果向最低有效位方向移动，最高有效位以0填充。LSB被提取出来检测，如果LSB为1，寄存器单独和预置的值或一下，如果LSB为0，则不进行。整个过程要重复8次。在最后一位（第8位）完成后，下一个8位字节又单独和寄存器的当前值相或。最终寄存器中的值，是消息中所有的字节都执行之后的CRC值。CRC添加到消息中时，低字节先加入，然后高字节。下面是它的VC代码：WORDGetCheckCode(constchar*pSendBuf,intnEnd)//获得校验码{WORDwCrc=WORD(0xFFFF);for(inti=0;inEnd;i++){wCrc^=WORD(BYTE(pSendBuf[i]));for(intj=0;j8;j++){if(wCrc&1){wCrc=1;wCrc^=0xA001;}else{wCrc=1;}}}returnwCrc;}对于一条RTU协议的命令可以简单的通过以下的步骤转化为ASCII协议的命令：1、把命令的CRC校验去掉，并且计算出LRC校验取代。2、把生成的命令串的每一个字节转化成对应的两个字节的ASCII码，比如0x03转化成0x30,0x33（0的ASCII码和3的ASCII码）。3、在命令的开头加上起始标记“:”，它的ASCII码为0x3A。4、在命令的尾部加上结束标记CR,LF（0xD,0xA），此处的CR,LF表示回车和换行的ASCII码。所以以下我们仅介绍RTU协议即可，对应的ASCII协议可以使用以上的步骤来生成。1、读可读写数字量寄存器（线圈状态）：计算机发送命令：[设备地址][命令号01][起始寄存器地址高8位][低8位][读取的寄存器数高8位][低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]例：[11][01][00][13][00][25][CRC低][CRC高]意义如下：1设备地址：在一个485总线上可以挂接多个设备，此处的设备地址表示想和哪一个设备通讯。例子中为想和17号(十进制的17是十六进制的11)通讯。2命令号01：读取数字量的命令号固定为01。3起始地址高8位、低8位：表示想读取的开关量的起始地址(起始地址为0)。比如例子中的起始地址为19。4寄存器数高8位、低8位：表示从起始地址开始读多少个开关量。例子中为37个开关量。5CRC校验：是从开头一直校验到此之前。在此协议的最后再作介绍。此处需要注意，CRC校验在命令中的高低字节的顺序和其他的相反。设备响应：[设备地址][命令号01][返回的字节个数][数据1][数据2]...[数据n][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]例：[11][01][05][CD][6B][B2][0E][1B][CRC低][CRC高]意义如下：1设备地址和命令号和上面的相同。2返回的字节个数：表示数据的字节个数，也就是数据1，2...n中的n的值。3数据1...n：由于每一个数据是一个8位的数，所以每一个数据表示8个开关量的值，每一位为0表示对应的开关断开，为1表示闭合。比如例子中，表示20号(索引号为19)开关闭合，21号断开，22闭合，23闭合，24断开，25断开，26闭合，27闭合...如果询问的开关量不是8的整倍数，那么最后一个字节的高位部分无意义，置为0。4CRC校验同上。2、读只可读数字量寄存器（输入状态）：和读取线圈状态类似，只是第二个字节的命令号不再是1而是2。3、写数字量（线圈状态）：计算机发送命令：[设备地址][命令号05][需下置的寄存器地址高8位][低8位][下置的数据高8位][低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]例：[11][05][00][AC][FF][00][CRC低][CRC高]意义如下：1设备地址和上面的相同。2命令号:写数字量的命令号固定为05。3需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的开关的地址。4下置的数据高8位，低8位：表明需要下置的开关量的状态。例子中为把该开关闭合。注意，此处只可以是[FF][00]表示闭合[00][00]表示断开，其他数值非法。5注意此命令一条只能下置一个开关量的状态。设备响应：如果成功把计算机发送的命令原样返回，否则不响应。4、读可读写模拟量寄存器（保持寄存器）：计算机发送命令：[设备地址][命令号03][起始寄存器地址高8位][低8位][读取的寄存器数高8位][低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]例：[11][03][00][6B][00][03][CRC低][CRC高]意义如下：1设备地址和上面的相同。2命令号:读模拟量的命令号固定为03。3起始地址高8位、低8位：表示想读取的模拟量的起始地址(起始地址为0)。比如例子中的起始地址为107。4寄存器数高8位、低8位：表示从起始地址开始读多少个模拟量。例子中为3个模拟量。注意，在返回的信息中一个模拟量需要返回两个字节。设备响应：[设备地址][命令号03][返回的字节个数][数据1][数据2]...[数据n][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]例：[11][03][06][02][2B][00][00][00][64][CRC低][CRC高]意义如下：1设备地址和命令号和上面的相同。2返回的字节个数：表示数据的字节个数，也就是数据1，2...n中的n的值。例子中返回了3个模拟量的数据，因为一个模拟量需要2个字节所以共6个字节。3数据1...n：其中[数据1][数据2]分别是第1个模拟量的高8位和低8位，[数据3][数据4]是第2个模拟量的高8位和低8位，以此类推。例子中返回的值分别是555，0，100。4CRC校验同上。5、读只可读模拟量寄存器（输入寄存器）：和读取保存寄存器类似，只是第二个字节的命令号不再是2而是4。6、写单个模拟量寄存器（保持寄存器）：计算机发送命令：[设备地址][命令号06][需下置的寄存器地址高8位][低8位][下置的数据高8位][低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]例：[11][06][00][01][00][03][CRC低][CRC高]意义如下：1设备地址和上面的相同。2命令号:写模拟量的命令号固定为06。3需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的模拟量寄存器的地址。4下置的数据高8位，低8位：表明需要下置的模拟量数据。比如例子中就把1号寄存器的值设为3。5注意此命令一条只能下置一个模拟量的状态。设备响应：如果成功把计算机发送的命令原样返