上下位机Modbus通信

上下位机通信

上下位机使用使用Modbus协议进行通信。在Qt开发中，可以采用第三方库libmodbus完成

上下位机通信
modbus协议介绍
Modbus通信协议
- - - Modbus RTU通信协议
    - Modbus ASCII
  - Modbus TCP协议报文格式
上下位机Modbus通信
- - - 1.第三方库libmodbus的基本使用
    - 2.使用Qt中的SerialBus模块

modbus协议介绍

简介

modbus是一种免费的应用层协议，采用请求响应模式进行设备间的通信，由主机请求从机。
应用Modbus协议进行通信的程序调试可以使用几个重要工具：
1. Modbus Poll
2. Modbus Slave
3. VSPD：虚拟串口工具
4. 串口调试助手
5. 网络调试助手

Modbus中的存储区

线圈状态（输出线圈）（coil status）：存储开关量，值为0或者1。值可读可写
输入状态（输入线圈）（input status）：存储开关量，值为0或者1。值只读不可写
保持寄存器（输出寄存器）（Holding Register）：存储一个字，值可读可写。
输入寄存器（Input Registers）：存储一个字，值可读不可写

地址模型

长地址模型：六位地址模型。这种地址模型中，每个存储区能存储65536个线圈或者寄存器
1. 输出线圈：地址从000001~065536
2. 输入线圈：地址从100001~165536
3. 输入寄存器：地址从300001~365536
4. 输出寄存器：地址从400001~465536
短地址模型：五位地址模型
1. 输出线圈：地址范围从00001~09999
2. 输入线圈：地址从10001~19999
3. 输入寄存器：地址从30001~39999
4. 输出寄存器：地址从40001~49999

Modbus协议分类

ModbusRTU通信协议
ModbusRTUOverTCP通信协议
ModbusRTUOverUDP通信协议
ModbusASCII通信协议
ModbusASCIIOverTCP通信协议
ModbusASCIIOverUDP通信协议
ModbusTCP通信协议
ModbusUDP通信协议

功能码及异常码

功能码：告知从机设备需要执行的动作。这些功能码表征了Modbus协议具有的功能
1. 读操作：
  1. 0x01：读线圈状态（输出线圈）。
  2. 0x02：读输入状态（输入线圈）。
  3. 0x03：读保持寄存器的值（输出寄存器）。
  4. 0x04：读输入寄存器的值（输入寄存器）。
2. 写操作：
  1. 0x05：写单个线圈状态（输出线圈）。
  2. 0x06：写单个保持寄存器的值。
  3. 0x0F：写多个线圈状态。
  4. 0x10：写多个保持寄存器的值。
异常码：将对应功能码的最高位置为1，比如说0x01的异常码为0x81

Modbus通信协议

Modbus RTU通信协议

对于Modbus RTU通信协议，通用的发送报文格式为：从站地址（1个字节） + 功能码（1个字节） + 数据部分 + 校验码（两个字节）。数据部分，如果是读取，则数据部分为要读取的起始地址（2字节）和读取的长度（2字节）；如果是写入，则数据部分为写入的地址（2字节）和数据（N个字节）

功能码01读取输出线圈：
1. 发送报文为从站地址+功能码01+起始线圈地址+线圈数量+CRC校验码
2. 接收报文为从站地址+功能码01+字节计数+具体数据+CRC校验码
功能码02读取输入线圈：
1. 发送报文格式为从站地址+功能码02+起始线圈地址+线圈数量+CRC校验码
2. 接受报文格式为从站地址+功能码02+字节计数+具体数据+CRC校验码
功能码03读取输出寄存器：
1. 发送报文格式为：从站地址+功能码03+起始寄存器地址+寄存器数量+CRC校验码
2. 接受报文格式为：从站地址+功能码03+字节计数+具体数据+CRC校验码
功能码04读取输入寄存器：
1. 发送报文格式为：从站地址+功能码04+起始寄存器地址+寄存器数量+CRC校验码
2. 接受报文格式为：从站地址+功能码04+字节计数+具体数据+CRC校验码
功能码05写入单个输出线圈：成功时，发送报文和接收报文一致
1. 发送报文格式为：从站地址+功能码05+线圈地址+写入的值+CRC校验码，对于写入1时写入的值为FF00，对于写入0时写入的值为0000
2. 接受报文格式为：从站地址+功能码05+线圈地址+写入的值+CRC校验码
功能码06写入单个输出寄存器：
1. 发送报文格式为：从站地址+功能码06+寄存器地址+写入的值+CRC校验码
2. 接受报文格式为：从站地址+功能码06+寄存器地址+写入的值+CRC校验码
功能码0F写入多个输出线圈：
1. 发送报文格式为：从站地址+功能码0F+起始线圈地址+线圈数量+字节计数+ 具体写入的值+CRC校验码
2. 接受报文格式为：从站地址+功能码0F+起始线圈地址+线圈数量+CRC校验码
功能码10写入多个输出寄存器：
1. 发送报文格式为：从站地址+功能码10+起始寄存器地址+寄存器数量+字节计数+ 具体写入的值+CRC校验码
2. 接受报文格式为：从站地址+功能码10+起始寄存器地址+寄存器数量+CRC校验码

Modbus ASCII

Modbus TCP协议报文格式

参考

上下位机Modbus通信

1.第三方库libmodbus的基本使用

环境 Windows，visual studio 2019，Qt5.15.2，libmodbus3.1.11

双击运行源码src\win32目录下的configure.js的文件，用于生成相应操作系统的配置。如果报错输入错误: 没有文件扩展“.js”的脚本引擎。则进行注册表的修改
1. win + r =》regedit，进入注册表
2. 查找HKEY_CLASSES_ROOT\.js，将默认值修改为JSFile
将八个头文件放置 include目录下。删除项目目录下的modbus-version.h文件，然后重新添加src/modbus-version.h头文件
使用 VS 打开解决方案文件modbus-9.sln，根据需要编译x64还是x86平台的。如果选择x64位的，需要在项目属性页中选择链接器=》输入=》附加依赖项，输入ws2_32.lib
将配置类型更改为动态库
重新生成解决方案，编译生成modbus.dll和modbus.lib
将lib和dll也分别放置项目目录下
CMAKE配置如下所示：

cmake_minimum_required(VERSION 3.20)
project(TEST VERSION 1.0 LANGUAGES CXX)

find_package(QT NAMES Qt5 REQUIRED COMPONENTS Core Gui Widgets PrintSupport )
find_package(Qt${QT_VERSION_MAJOR} REQUIRED COMPONENTS  Core Gui Widgets PrintSupport)

# 设置源文件编码为UTF-8
if(MSVC)
    add_compile_options(/utf-8)
   
endif()

# 自动处理Qt的moc、uic、rcc
set(CMAKE_AUTOMOC ON)
set(CMAKE_AUTORCC ON)
set(CMAKE_AUTOUIC ON)

message(STATUS "CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR: ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}")

# 设置C++标准
set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

file(GLOB copyResources 
    "${CMAKE_SOURCE_DIR}/LICENSE"
    "${CMAKE_SOURCE_DIR}/assets/x64/release/modbus.dll"
)
file(COPY ${copyResources} DESTINATION ${CMAKE_BINARY_DIR})

# 源文件列表
file(GLOB PROJECT_SOURCES
    "${CMAKE_SOURCE_DIR}/src/*.cpp"
)

message("PROJECT_SOURCES:${PROJECT_SOURCES}")
# 设置 UI 文件搜索路径
set(CMAKE_AUTOUIC_SEARCH_PATHS
    "${CMAKE_SOURCE_DIR}/ui"
)
# UI文件
file(GLOB UI_FILES
    "${CMAKE_SOURCE_DIR}/ui/*.ui"
)

# 资源文件
file(GLOB RESOURCE_FILES
    "${CMAKE_SOURCE_DIR}/res/*.qrc"
)

# 创建可执行文件
file(GLOB HEADERS 
    "${CMAKE_SOURCE_DIR}/include/*.h"
)

IF(CMAKE_BUILD_TYPE STREQUAL "Debug")
    # Debug模式显示用于调试的控制台
    ADD_EXECUTABLE(${PROJECT_NAME} 
        ${HEADERS}          #MOC处理使用了Qt元系统的头文件
        ${PROJECT_SOURCES}
        ${UI_FILES}
        ${RESOURCE_FILES})
ELSE()
    # Release模式不显示控制台
    ADD_EXECUTABLE(${PROJECT_NAME} WIN32
        ${HEADERS}          #MOC处理使用了Qt元系统的头文件
        ${PROJECT_SOURCES}
        ${UI_FILES}
        ${RESOURCE_FILES})
ENDIF()

# 设置 MOC选项和生成路径
set_target_properties(${PROJECT_NAME} PROPERTIES
    AUTOMOC_MOC_OPTIONS "-I${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include"
    AUTOGEN_BUILD_DIR "${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/autogen"
)

# 包含目录
target_include_directories(${PROJECT_NAME} PRIVATE
    "${CMAKE_SOURCE_DIR}/include"
    "${CMAKE_SOURCE_DIR}/third_party/libmodbus/include"   
    ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/autogen/include #生成的ui_xxx文件的头文件目录
)


# 链接Qt库
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PRIVATE
    Qt${QT_VERSION_MAJOR}::Core
    Qt${QT_VERSION_MAJOR}::Gui
    Qt${QT_VERSION_MAJOR}::Widgets
    Qt${QT_VERSION_MAJOR}::PrintSupport
     "${CMAKE_SOURCE_DIR}/third_party/libmodbus/lib/x64/release/modbus.lib"
)

# 开启 MOC 调试输出
set(CMAKE_AUTOMOC_VERBOSE ON)

简单测试如下：

void modbus_rtu_test() {
    char* pcom = "COM5";                //COM口
    int    serverAddress = 1;           //站号    
    modbus_t * mb = modbus_new_rtu(pcom, 115200, 'N', 8, 1);
    modbus_set_slave(mb, serverAddress);
    
    if (modbus_connect(mb) != 0) {
        qDebug() << "connect error!";
    }
}

void modbus_tcp_test() {
    int    serverAddress = 1;           //站号   
    modbus_t* mb = modbus_new_tcp("127.0.0.1", 502);

    modbus_set_slave(mb, serverAddress);

    if (modbus_connect(mb) != 0) {
        qDebug() << "connect error!";
    }
}

2.使用Qt中的SerialBus模块

这是Qt官方提供的模块。参考

posted on 2025-04-12 14:24 scrutiny-span 阅读(115) 评论(0) 收藏举报

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