微信扫一扫 分享朋友圈

已有 103 人浏览分享

开启左侧

Modbus通信协议介绍

[复制链接]
103 0
1.什么是Modbus?
顾名思义,它是一个bus,即总线协议。比如串口协议、IIC协议、SPI都是通信协议。你接触到这种协议,相信你所处的行业是工业方面或者你的产品用于工业。
好了,现在知道了大概知道了,这是一个总线协议,是一个mod什么的公司发表的一个通信协议。那为什么要用这个呢? 答案就是他们都在用,你就得学,啊哈哈!
正经的说,它被工业领域所接受的原因是它具备一下三个优点
    公开发表并且无版权要求
    易于部署和维护
    对供应商来说,修改移动本地的比特或字节没有很多限制
简单的概括,就是免费+简单+方便修改!
归纳:Modbus就是一种用在工业上的简单协议!
2.Modbus用来干什么?
用两个字概括:通信
是的,所有协议都是用来通信的,协议的制定就是让两个人根据这个协议看懂传来的一组数据。比如我给你一个6666,你要是没有协议,就只知道这是6666,而有了协议,你就知道了这是在问我是不是大佬?当然,也可以表示其他意思,具体什么意思就看你协议怎么制定!
归纳:Modbus用来通信喽,是个人都知道!
3.Modbus的内容是什么?
大致分为以下几种:
    Modbus-RTU
    Modbus-ASCII
    Modbus-TCP
以上三种协议,一个设备只会有一种协议,如果你的设备使用的是Modbus-RTU,只需查看以下对应部分,一般来说大部分的设备都是Modbus-RTU协议的。
4.通讯过程
Modbus是主从方式通信,也就是说,不能同步进行通信,总线上每次只有一个数据进行传输,即主机发送,从机应答,主机不发送,总线上就没有数据通信。(所以说,这也算是一个缺点了)
举例1: 一个总线上有一个主机,多个从机,主机查询其中一个从机,首先你必须得这些从机分配地址(这样才能知道哪个从机,而且每个地址必须唯一),分配好地址后,主机要查询,然后数据下发(数据内容下面会介绍),从机得到主机发送的数据,然后对应地址的从机回复,主机得到从机数据,这样就是一个主机到从机的通信过程,是不是很简单呢?
举例2: 就像打电话,你得知道对方的电话(这就是唯一地址),然后你打电话过去,相当于主机查找从机,然后对方接通电话,给你回复(返回数据);正常是这样的。
如果这时候,对方正在打电话,你应该听到的是"sorry,you…"这一串英文,说明对方忙,但是Modbus总线不能判断对方是否忙,也没有对应的仲裁机制,好了你又知道了一个缺点了!但是,你可以在用软件的办法进行适当的处理数据!
5 Modbus-RTU协议
设备必须要有RTU协议!这是Modbus协议上规定的,且默认模式必须是RTU,ASCII作为选项。(也就是说,一般的设备只有RTU这个协议,ASCII一般很少)所以说,一般学习Modbus协议,只需要了解RTU的协议,ASCII作为学习的了解就足够了。
1、帧结构
帧结构 = 地址 + 功能吗 + 数据 + 校验
    地址: 占用一个字节,范围0-255,其中有效范围是1-247,其他有特殊用途,比如255是广播地址(广播地址就是应答所有地址,正常的需要两个设备的地址一样才能进行查询和回复)。
    功能码:占用一个字节,功能码的意义就是,知道这个指令是干啥的,比如你可以查询从机的数据,也可以修改数据,所以不同功能码对应不同功能。
    数据:根据功能码不同,有不同结构,在后续的实例中有说明。
    校验:为了保证数据不错误,增加这个,然后再把前面的数据进行计算看数据是否一致,如果一致,就说明这帧数据是正确的,我再回复;如果不一样,说明你这个数据在传输的时候出了问题,数据不对的,所以就抛弃了。

2、实战
只谈理论大家可能不太明白,下面举一个例子。记住Modbus-RTU协议一般我们用的最多功能码就是03和06,大部分都是用modbus来查询传感器上的信息用03查询功能码,如果需要修改传感器寄存器的值就用06修改功能码,其他的不需要过多关注,学多了你也记不住,哈哈哈!
2.1 查询功能码0x03
功能描述:现在我是主机,我要查询从机地址为1的数据。我现在用电脑的modbus调试助手来代替注意,stm32来代替从机。
image.png
我需要发送以下数据:
主机发送: 01 03 00 00 00 01 84 0A
从机回复: 01 03 02 19 98 B2 7E

那么这一组数据是什么意思呢?
从上面的结构图中,可以看出,主机发送的数据大致是 地址+功能码+数据+校验;
所以解析如下:
发送数据解析
image.png
01-地址,也就是你传感器的地址
03-功功能码,03代表查询功能,查询传感器的数据
00 00-代表查询的起始寄存器地址.说明从0x0000开始查询。这里需要说明以下,Modbus把数据存放在寄存器中,通过查询寄存器来得到不同变量的值,一个寄存器地址对应2字节数据
00 01-代表查询了一个寄存器.结合前面的00 00,意思就是查询从0开始的1个寄存器值
84 0A-循环冗余校验,是modbus的校验公式,从首个字节开始到84前面为止;
image.png
01-地址,也就是你传感器的地址
03-功功能码,03代表查询功能,查询传感器的数据。这里要注意的是注意发给从机的功能码是啥,从机就要回复同样的功能码,如果不一样说明这一帧数据有错误
02-代表后面数据的字节数,因为上面说到,一个寄存器有2个字节,所以后面的字节数肯定是2*查询的寄存器个数;
19 98-寄存器的值是19 98,结合发送的数据看出,01这个寄存器的值为19 98
B2 7E-循环冗余校验

好了,是不是很简单呢?基本流程就是:
    发送:从机的地址+我要干嘛的功能码+我要查的寄存器的地址+我要查的寄存器地址的个数+校验码
    回复:从机的地址+主机发我的功能码+要发送给主机数据的字节数+数据+校验码
就是这么简单!
2.2 修改功能码0x06
如果我要修改从机的数据呢?那么这个协议有吗,答案是Yes!
1、修改-0x06功能码
主机发送: 01 06 00 00 00 01 48 0A
从机回复: 01 06 00 00 00 01 48 0A

诶,看上去怎么一样的啊?是不是错了?答案是这是正确的;
发送数据解析

image.png
01-主机要查询的从机地址
06-功能码,06代表修改单个寄存器功能,修改有些不同,有修改一个寄存器和修改多个寄存器;
00 00-代表修改的起始寄存器地址.说明从0x0000开始.
00 01-代表修改的值为00 01.结合前面的00 00,意思就是修改0号寄存器值为00 01;
48 0A-循环冗余校验,是modbus的校验公式,从首个字节开始到48前面为止;

image.png
01-从机返回给主机自己的地址,说明这就是主机查的从机
06-功能码,代表修改单个寄存器功能,主机发啥功能码,从机就必须回什么功能码;
00 00-代表修改的起始寄存器地址.说明是0x0000.
00 01-代表修改的值为00 01.结合前面的00 00,意思就是修改0号寄存器值为00 01;
48 0A-循环冗余校验,是modbus的校验公式,从首个字节开始到48前面为止;

如果回复的一样,说明这个数据是修改成功的;如果功能码不是06,而是别的,说明从机回复的数据有误,主机可以做相应的处理。

2、修改-0x10功能码
如果我要修改多个寄存器,难道用06发好几次,这样不会太傻了吗?所以modbus RTU协议包含了修改连续多个寄存器的方法,就是功能码为0x10;这个大家自己去查询,基本和上面的数据格式差不多。
归纳
Modbus-RTU协议只需要看懂功能码0x03、0x06、0x10这三个基本的就已经足够了;分别回想下其数据域部分:
0x03–主机需要发送起始地址+寄存器数量,从机回复总字节数+数据;
0x06–主机发送起始地址+数据内容(因为你只需要修改一个,所以起始地址就是所要修改的地址),从机返回起始地址+数据内容(发现居然一样!)
0x10–主机发送起始地址+寄存器个数+总字节数+数据,从机返回起始地址+寄存器数量
6 Modbus-ACSII协议
一般只需要了解RTU协议,因为前面有说过,必须要有RTU协议的,所以只需要了解了RTU协议,就可以读出设备信息了,至于ACSII协议,做个大概了解
1.帧形式
对于RTU协议,比如RTU发送一个字节:0x12;ASCII协议则需要发送2个字节:一个字节代表ASCII码1,一个代表ASCII码2,即0x31和0x32,才能代表0x12。所以,ASCII协议的效率比较低。但是ASCII更符合串口打印查看,因为串口发送的数据一般都是文本模式(ASCII),比如用RTU协议,你发送06串口可以把06正常显示出来,但是用ACSII协议,你发送06串口是不能正常显示的,因为06是不可显示字符。

image.png
从上面的图中,看出:
1)比RTU多了起始段:,多个结束符CR,LF
2)地址和功能都变成了2个字节;
3)数据部分更加繁琐,但是更符合人们的查看;
2.归纳

由于Modbus-RTU和Modbus-ACSII都是基于232和485链路的,所以其通讯模式半双工,一般是主机和从机的模式。其差别就是其字节的格式不同,一个是16进制的数据,一个是ASCII数据。ASCII多了帧头和帧尾,也就是说可以有用这个头尾判断一帧字节来判断是否结束;而RTU没有帧头和帧尾,所以协议里明确两帧之间要大于3.5个字节时间间隔,作为一帧结束的判断依据。对于RS485来说,总线上一般允许最大32个设备。
备注

最后再补充点:Modbus从设备的回应数据格式是:1、回应的数据包与主机查询的数据包格式一致。从机正常回应时:功能码与主机发送的功能码一致(1-127)
如果异常回应时:功能码要在收的主机的功能码的基础上加128。不要问为啥加128,你去问造协议的那一帮人吧!
因为电脑只支持USB,所以我们需要把USB转TTL串口,再转成485接口之后与单片机相连,这是硬件最基本的,但是也需要注意。
最后修改了一下串口调试助手,加了一个CRC校验的功能,后台回复:Modbus-ly,就可以获取。

image.png



免责声明:
1,海欣资源网所发布的资源由网友上传和分享,不保证信息的正确性和完整性,且不对因信息的不正确或遗漏导致的任何损失或损害承担责任。
2,海欣资源网的资源来源于网友分享,仅限用于学习交流和测试研究目的,不得将上述内容用于商业或者非法用途,否则,一切后果请用户自负。
3,海欣资源网所发布的资源由网友上传和分享,版权争议与本站无关,您必须在下载后的24个小时之内,从您的电脑中彻底删除上述内容。
4,如果您喜欢,请支持正版,购买正版,得到更好的正版服务,如有侵权,请联系我们删除并予以真诚的道歉,联系方式邮箱 haixinst@qq.com
海欣资源-企业信息化分享平台。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

0

关注

2

粉丝

20

主题
热度排行
回复排行
最新贴子

Archiver|手机版|小黑屋|海欣资源 ( 湘ICP备2021008090号-1 )|网站地图

GMT+8, 2022-9-25 16:12 , Gzip On, MemCache On.

免责声明:本站所发布的资源和文章均来自网络,仅限用于学习交流和测试研究目的,不得将上述内容用于商业或者非法用途,否则,一切后果请用户自负。 本站信息来自网络,版权争议与本站无关,您必须在下载后的24个小时之内,从您的电脑中彻底删除上述内容。 如果您喜欢,请支持正版,购买正版,得到更好的正版服务,如有侵权,请联系我们删除并予以真诚的道歉。