码上通QT实战18--监控页面10-获取设备数据

1、前言

Modbus功能码概述

Modbus功能码是Modbus协议中用于定义操作类型的数字代码，指示从设备（如传感器、PLC）执行特定操作。功能码分为公共功能码、用户定义功能码和保留功能码三类，涵盖数据读写、诊断等操作。

常见公共功能码列表

读取操作

• 01 (0x01)：读取线圈状态（Read Coils）------获取离散输出（DO）或线圈的开关状态（1位数据）。
• 02 (0x02)：读取离散输入（Read Discrete Inputs）------获取离散输入（DI）的开关状态（1位数据）。
• 03 (0x03)：读取保持寄存器（Read Holding Registers）------获取保持寄存器（如PLC的4xxxx地址）中的16位数据。
• 04 (0x04)：读取输入寄存器（Read Input Registers）------获取输入寄存器（如3xxxx地址）中的16位数据。

写入操作

• 05 (0x05)：写单个线圈（Write Single Coil）------设置单个线圈的开关状态（ON/OFF）。
• 06 (0x06)：写单个寄存器（Write Single Register）------修改单个保持寄存器的值。
• 15 (0x0F)：写多个线圈（Write Multiple Coils）------批量设置多个线圈状态。
• 16 (0x10)：写多个寄存器（Write Multiple Registers）------批量修改多个保持寄存器的值。

诊断与异常

• 08 (0x08)：诊断（Diagnostics）------用于通信测试或设备自检。
• 异常响应：当主站请求出错时，从站返回功能码+0x80，并附加异常代码（如01表示非法功能码）。

用户定义与保留功能码

• 65-72 (0x41-0x48) 和 100-110 (0x64-0x6E)：用户自定义功能码，由设备厂商自定义用途。
• 其他未列出的功能码为保留码，通常不建议使用。

功能码应用示例

• 读取温度值：使用功能码04读取输入寄存器中的传感器数据。
• 控制继电器：使用功能码05或15写入线圈状态以开关继电器。

注意事项

• 功能码的具体实现可能因设备厂商而异，需参考设备文档。
• Modbus TCP和RTU使用相同的功能码，但报文封装格式不同。
• 异常代码需结合功能码解析，例如0x83表示03功能码请求的寄存器地址无效。

2、这么干

1、数据解析

2、通讯流程

3、代码解析

Modbus功能码解析

Modbus协议中，功能码用于定义客户端请求的操作类型或服务器响应的操作结果。功能码长度为1字节（0x01-0xFF），分为公共功能码、用户自定义功能码和保留功能码三类。以下是常见功能码及其解析：

公共功能码（0x01-0x08）

0x01 - 读取线圈状态

读取远程设备的线圈（DO）状态。请求帧需指定起始地址和线圈数量，响应返回每个线圈的ON/OFF状态（1字节=8线圈，高位在前）。

0x02 - 读取离散输入状态

读取远程设备的离散输入（DI）状态。格式与0x01类似，但仅适用于只读输入。

0x03 - 读取保持寄存器

读取保持寄存器（如AI或可设置参数）的值。请求需指定寄存器起始地址和数量，响应返回寄存器数据（每寄存器2字节）。

0x04 - 读取输入寄存器

读取输入寄存器（如只读AI）的值。格式与0x03相同，但针对只读寄存器。

0x05 - 写单个线圈

强制单个线圈为ON或OFF。请求帧包含目标地址和强制值（0x0000=OFF，0xFF00=ON）。

0x06 - 写单个寄存器

写入单个保持寄存器的值。请求帧包含目标地址和待写入数据（2字节）。

0x07 - 读取异常状态（仅串行链路）

获取设备的8个异常状态位，通常用于诊断。

0x08 - 回环测试（仅串行链路）

用于通信测试，设备需原样返回接收到的数据。

扩展功能码（0x0F-0x10）

0x0F - 写多个线圈

批量设置多个线圈状态。请求帧需包含起始地址、线圈数量、字节计数及线圈值（按位打包）。

0x10 - 写多个寄存器

批量写入多个寄存器的值。请求帧需包含起始地址、寄存器数量、字节计数及寄存器数据（2字节/寄存器）。

异常响应

当服务器检测到错误时，返回异常响应帧：原功能码+0x80，并附加异常码（如0x01=非法功能码，0x02=非法数据地址）。

#include "mainwindow.h"
#include "systemutils.h"
#include "ui_mainwindow.h"
#include <QMessageBox>
#include <QMouseEvent>
#include <QThread>
#include <QtConcurrent/QtConcurrentRun>
#include <QDebug>

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    // 1.设置窗口无边框和窗口透明
    this->setWindowFlags(Qt::FramelessWindowHint);
    this->setAttribute(Qt::WA_TranslucentBackground);


    // 设置相关阴影效果
    SystemUtils * utils=new SystemUtils();
    utils->SetDropShadowEffect(ui->wdg_root,Qt::gray,10);

    //设置关闭，最小，最大的图标
    // 设置相关字体图标
    QFont font=QFont(QString("zx_icons"),9);
    // 关闭
    ui->pb_close->setFont(font);
    ui->pb_close->setText(QChar(0xe653));
    // 最大化
    ui->pb_max->setFont(font);
    ui->pb_max->setText(QChar(0xe694));
    // 最小化
    ui->pb_min->setFont(font);
    ui->pb_min->setText(QChar(0xe7e6));
    //设置第二行消息的图标
    ui->lbl_message_icon->setFont(font);
    ui->lbl_message_icon->setText(QChar(0xe7ff));

    //设置标题字体
    QFont font2=QFont(QString("钉钉进步体"),14);
    ui->lbl_title->setFont(font2);

    //设置"实时监控"按钮的信号和槽函数
    connect(ui->nb_monitor,SIGNAL(onClicked(int)),SLOT(onNavClicked(int)));
    //设置"趋势图表"导航按钮的信号和槽函数
    connect(ui->nb_trend,SIGNAL(onClicked(int)),SLOT(onNavClicked(int)));
    //设置"异常报警"导航按钮的信号和槽函数
    connect(ui->nb_alarm,SIGNAL(onClicked(int)),SLOT(onNavClicked(int)));
    //设置"系统设置"导航按钮的信号和槽函数
    connect(ui->nb_settings,SIGNAL(onClicked(int)),SLOT(onNavClicked(int)));

    //绑定监控页面Monitor的信号和槽函数关联，即monitor页面中的信号函数onConnect由本页面的槽函数onConnect响应处理
    connect(ui->Monitor,SIGNAL(onConnect(QString,QString,QString,QString,QString)),SLOT(onConnect(QString,QString,QString,QString,QString)));

    //创建线程及对象，处理串口
    thread=new QThread();
    worker=new QWorker();
    //1、本页面的信号函数onOpen由worker对象的槽函数openPort响应处理
    connect(this,SIGNAL(onOpen(QString,QString,QString,QString,QString)),worker,SLOT(openPort(QString,QString,QString,QString,QString)));
    //2、worker对象中的信号函数openCompleted由本页面的onSetopenState槽函数响应处理
    connect(worker,SIGNAL(openCompleted(bool)),this,SLOT(onSetopenState(bool)));
    //3、本页面的信号函数onSend由worker对象的槽函数sendData响应处理
    connect(this,SIGNAL(onSend(QByteArray,int)),worker,SLOT(sendData(QByteArray,int)));
    //4、worker对象中的信号函数sendCompleted由本页面的槽函数onSendCompleted响应处理
    connect(worker,SIGNAL(sendCompleted(QByteArray,int)),this,SLOT(onSendCompleted(QByteArray,int)));


    worker->moveToThread(thread);//把对象worker放在多线程中
    thread->start();//启动线程

    //f1=QtConcurrent::run(this,&MainWindow::onMonitor);//这是qt5.X的写法，这个写法在6.x中不支持
    //实例化异步任务
    f1 = QtConcurrent::run([this]() {
        this->onMonitor(); // 替换为你的成员函数名
    });
}

MainWindow::~MainWindow()
{
    delete ui;
}

//监控事件
void MainWindow::onMonitor()
{
    while(this->isMonitor){
        // 从设备中获取到相关数据
        QByteArray bytes;
        bytes.resize(6);
        bytes[0]=0x01;//设备地址
        bytes[1]=0x03;//功能码
        bytes[2]=0x00;//开始地址
        bytes[3]=0x00;
        bytes[4]=0x00;//请求数量
        bytes[5]=0x03;

        // CRC16算法
        auto crc=this->CRC16(bytes);
        uint8_t hi=uint8_t(crc>>8);
        uint8_t lo=uint8_t(crc);
        bytes.resize(8);
        bytes[6]=lo;//crc校验码
        bytes[7]=hi;

        // 需要给QWorker对象发送一个信号
        emit onSend(bytes,1);//发送信号
        QThread::msleep(5000);
    }
}

//鼠标按下事件
void MainWindow::mousePressEvent(QMouseEvent *event){
    if (event->button() == Qt::LeftButton) {  // 如果按下左边按钮
        m_drag = true;//表示要移动
        // 获取当前光标的位置
        m_dragPos = event->pos();
        // 当前鼠标点相对于桌面屏幕左上角的坐标(0,0)，全局坐标；
        m_resizeDownPos = event->globalPosition().toPoint();
        // 获取当前窗口的相关参数，包括位置，大小等等各种参数
        m_mouseDownRect = this->rect();
    }
}

//鼠标移动事件
void MainWindow::mouseMoveEvent(QMouseEvent *event){
    // 如果是鼠标在拖动时，当前窗口是全屏，不做任何处理
    if (isFullScreen()) {
        return;
    }
    if (m_move) {
        move(event->globalPosition().toPoint() - m_dragPos);
        return;
    }

    setCursor(Qt::ArrowCursor);
    if (m_drag && (event->buttons() & Qt::LeftButton)) {
        m_move = true;
        move(event->globalPosition().toPoint() - m_dragPos);
    }
}

//鼠标释放事件
void MainWindow::mouseReleaseEvent(QMouseEvent *event){
    Q_UNUSED(event)
    m_drag = false;
    if (m_move) {
        m_move = false;
    }
    setCursor(Qt::ArrowCursor);
}

//关闭事件
void MainWindow::on_pb_close_clicked()
{
    QMessageBox::StandardButton ret=QMessageBox::question(this,tr("关闭系统运行"),tr("您确定要退出系统吗？"),QMessageBox::Yes | QMessageBox::No,QMessageBox::Yes );
    if(ret== QMessageBox::Yes){
        this->isMonitor=false;
        this->close();
    }

}
//最大化
void MainWindow::on_pb_max_clicked()
{
    this->showFullScreen();  // 全屏展示
}
//最小化
void MainWindow::on_pb_min_clicked()
{
    this->showMinimized();
}

//窗体双击事件
void MainWindow::mouseDoubleClickEvent(QMouseEvent *event)
{
    Q_UNUSED(event); // 标记参数未使用，消除警告
    if (isFullScreen()) {
        showNormal();  // 如果是全屏，就恢复到非全屏
    } else {
        showFullScreen();  // 否则就变成全屏的
    }
}

//导航按钮的点击响应事件
void MainWindow::onNavClicked(int index)
{
    ui->sw_pages->setCurrentIndex(index);
}

//连接串口设备
void MainWindow::onConnect(QString port, QString baud, QString parity, QString data, QString stop)
{
    //执行串口对象的连接动作，动作必须在后台线程中处理
    //触发信号，让qworker这个对象来接收信号
    emit onOpen(port,baud,parity,data,stop);
}

//串口连接状态
void MainWindow::onSetopenState(bool state)
{
    //接收到worker对象中的打开状态信号
    ui->Monitor->setOpenState(state);

}

//计算CRC校验码
uint16_t MainWindow::CRC16(QByteArray bytes)
{
    int len=bytes.size();
    uint16_t wcrc=0XFFFF;//预置16位crc寄存器，初值全部为1
    uint8_t temp;//定义中间变量
    int i=0,j=0;//定义计数

    for(i=0;i<len;i++)//循环计算每个数据
    {
        temp=bytes.at(i);
        wcrc^=temp;
        for(j=0;j<8;j++){
            //判断右移出的是不是1，如果是1则与多项式进行异或。
            if(wcrc&0X0001){
                wcrc>>=1;//先将数据右移一位
                wcrc^=0XA001;//与上面的多项式进行异或
            }
            else//如果不是1，则直接移出
                wcrc>>=1;//直接移出
        }
    }
    temp=wcrc;//crc的值
    return wcrc;
}


//发送完成后
void MainWindow::onSendCompleted(QByteArray bytes, int flag)
{
    if(bytes.length()>3&&(bytes[1]&0x80)==0){//这个条件说明返回的数据没有问题，这里只是一个简单的判断
        bool ok;
        //截取指定位置指定长度的数据，转换成16进制，再转换成10进制
        uint16_t temp=bytes.mid(3,2).toHex().toUInt(&ok,16);
        uint16_t humi=bytes.mid(5,2).toHex().toUInt(&ok,16);
        uint16_t bright=bytes.mid(7,2).toHex().toUInt(&ok,16);
        qDebug()<<"温度："<<temp;
        qDebug()<<"湿度："<<humi;
        qDebug()<<"亮度："<<bright;
    }
}

4、运行测试

5、小结

Modbus协议中，0x01 - 读取线圈状态，0x02 - 读取离散输入状态，0x03 - 读取保持寄存器，0x04 - 读取输入寄存器，0x05 - 写单个线圈，0x06 - 写单个寄存器，0x0F - 写多个线圈，0x10 - 写多个寄存器

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