Modbus_tcp - 技术栈

一：modbus起源

1.起源

[2. 分类：](#2. 分类：)

[3. 优势：](#3. 优势：)

[4. 应用场景：](#4. 应用场景：)

5.ModbusTCP特点（掌握）：

[二、 ModbusTCP的协议](#二、 ModbusTCP的协议)

[1. 报文头](#1. 报文头)

[2. 寄存器](#2. 寄存器)

[1. 线圈（Coils）](#1. 线圈（Coils）)

[2. 离散量输入（Discrete Inputs）](#2. 离散量输入（Discrete Inputs）)

[3. 输入寄存器（Input Registers）](#3. 输入寄存器（Input Registers）)

一：modbus起源

1.起源

Modbus由Modicon公司于1979年开发，是一种工业现场总线协议标准。

Modbus通信协议具有多个变种，其中有支持串口，以太网 多个版本，其中最著名的是Modbus RTU 、Modbus ASCII和 Modbus TCP 三种

其中Modbus TCP是在施耐德收购Modicon后1997年发布的。

2. 分类：

1）Modbus RTU

运行在串口上的协议，采用二进制表现形式以及紧凑的数据结构，通信效率较高，应用比较广泛

2）Modbus ASCII

运行在串口上的协议，采用ASCII码进行传输，并且每个字节的开始和结束都有特殊字符作为标志，传输效率远远低于Modbus RTU，一般只有通讯量比较少时才会考虑它。

注：在ASCII模式下，每个8位的字节被拆分成两个ASCII字符进行发送，比如十六进制0xAF（1010 1111），会被分解成ASCII字符"A"（0100 0001）和"F"（0100 0110）进行发送，其发送量显然比RTU增加一倍。

3）Modbus TCP

运行在以太网上的协议

3. 优势：

免费、简单、容易使用

4. 应用场景：

Modbus协议是现在国内工业领域应用最多的协议，不只PLC设备，各种终端设备，比如水控机、水表、电表、工业秤、各种采集设备。

5.ModbusTCP特点（掌握）：

1）采用主从问答式通信

2）Modbus TCP是应用层协议，基于传输层的TCP进行通信的

注：更好的理解网络模型的分层特点：

各层之间独立，每一层不需要知道下一层如何实现

当任何一层发生变化时，只要层间接口关系保持不变，则这层以上或以下层不受影响。

3）Modbus TCP端口号默认502

二、 ModbusTCP的协议

ModbusTcp协议包含三部分：报文头、功能码、数据

MBAP:Modbus Application Protocol (modbus报文头)

PDU：Protocol Data Unit（协议数据单元）

Modbus TCP/IP协议最大数据帧长度为260字节

1. 报文头

包含7个字节

2. 寄存器

1. 线圈（Coils）

定义：线圈在Modbus协议中通常被类比为开关量，每一个bit都对应一个信号的开关状态。它主要用于控制IO设备的开关状态，如继电器、阀门等。
访问类型：可读可写。通过发送特定的功能码（如01H、05H、0FH），可以读取或修改线圈的状态。
应用场景：用于控制外部设备的开/关状态，如控制灯的亮灭、电机的启停等。

2. 离散量输入（Discrete Inputs）

定义：离散量输入寄存器相当于线圈寄存器的只读模式，每个bit表示一个开关量，但只能读取输入的开关信号，不能修改。
访问类型：只读。通过发送功能码02H，可以读取离散量输入寄存器的状态。
应用场景：用于读取外部设备的状态，如按钮是否被按下、开关是否处于打开状态等。

3. 输入寄存器（Input Registers）

定义：输入寄存器与保持寄存器类似，但它是只读的。每个输入寄存器占据两个byte的空间，可以存储16位的数据。
访问类型：只读。通过发送功能码04H，可以读取输入寄存器的值。
应用场景：用于读取工业设备的模拟量输入值，如温度、压力、流量等传感器的读数。

保持寄存器（Holding Registers）

定义：保持寄存器是Modbus协议中最重要的数据类型之一，它既可以读取也可以修改。每个保持寄存器同样占据2个byte的空间，可以存储16位的数据。
访问类型：可读可写。通过发送功能码03H、06H或10H，可以读取或修改保持寄存器的值。
应用场景：用于存储和修改设备的设定值、状态值等，如设置温度控制器的目标温度、读取设备的运行时间等。

总结

数据类型	定义	访问类型	功能码	应用场景
线圈	开关量，每个bit对应一个信号的开关状态	可读可写	01H, 05H, 0FH	控制外部设备的开/关状态
离散量输入	类似线圈的只读模式，每个bit表示一个开关量	只读	02H	读取外部设备的状态
输入寄存器	类似保持寄存器的只读模式，每个寄存器占两个byte	只读	04H	读取工业设备的模拟量输入值
保持寄存器	既可以读取也可以修改，每个寄存器占两个byte	可读可写	03H, 06H, 10H	存储和修改设备的设定值、状态值等

3.功能码

01功能码分析

05功能码分析

0F功能码分析

练习：封装函数实现03，05功能码的作用

cs 复制代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
void read_registers(uint8_t *p, uint16_t addr, uint16_t num, uint8_t *dest, int sockfd)
{
    p[8] = addr >> 8;
    p[9] = addr;
    p[10] = num >> 8;
    p[11] = num;
    send(sockfd, p, 12, 0);
    int ret = recv(sockfd, dest, 24, 0);
    if (ret < 0)
    {
        perror("recv err");
        close(sockfd);
        return;
    }
    else
    {
        for (int i = 0; i < ret; i++)
            printf("%02x ", dest[i]);
    }
    printf("\n");
}
void write_coil(uint8_t *p, uint16_t addr, int op, uint8_t *dest, int sockfd)
{
    p[8] = addr >> 8;
    p[9] = addr;
    p[11] = 0;
    if (op == 1)
    {
        p[10] = 0xFF;
    }
    else
    {
        p[10] = 0;
    }
    send(sockfd, p, 12, 0);
    int ret = recv(sockfd, dest, 24, 0);
    if (ret < 0)
    {
        perror("recv err");
        close(sockfd);
        return;
    }
    else
    {
        for (int i = 0; i < ret; i++)
            printf("%02x ", dest[i]);
    }
    printf("\n");
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    // 1.创建套接字（socket）------------》有手机
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd);
    // 2.指定（服务器）网络信息--------》有对方的号码
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(502);
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    // 3.连接（connect）-------------------》拨打电话
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
    {
        perror("connect err");
        return -1;
    }
    printf("connect okk\n");
    uint8_t data_reg[12] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x06, 0x01, 0x03};
    uint8_t data_reg1[24] = {};
    uint16_t first;
    int num;
    printf("请输入读取保持寄存器起始地址：");
    scanf("%hx", &first);
    printf("请输入要查询的寄存器个数：");
    scanf("%d", &num);
    read_registers(data_reg, first, num, data_reg1, sockfd);
    uint8_t data_coil[12] = {0x00, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x06, 0x01, 0x05};
    uint8_t data_coil1[24] = {};
    printf("请输入写入线圈起始地址：");
    scanf("%hx", &first);
    printf("请选择设置通断状态：");
    scanf("%d", &num);
    write_coil(data_coil, first, num, data_coil1, sockfd);
    close(sockfd);
    return 0;
}