Modbus RTU 与 Modbus TCP 温湿度采集

观无2026-04-13 9:18

前言

本文基于真实工业温湿度变送器 ，从零讲解 Modbus RTU（串口 / RS485） 和 Modbus TCP（以太网） 两种通信方式的区别、报文结构、CRC 校验、数据解析，并提供可直接运行的 .NET4.8 WPF 完整源码，适合工控采集、上位机开发新手快速落地。

不管是 RTU 还是 TCP ，温湿度、寄存器、数据解析 全都要做 高低字节反转！

这是 Modbus 协议死规定，不换就读出来全是错数！

一、设备协议说明（核心）

本案例使用标准 Modbus-RTU 温湿度变送器，协议固定：

  1. 功能码：03（读取保持寄存器）
  2. 寄存器：
    • 温度：0000H（2 字节，有符号，÷10，单位℃）
    • 湿度：0001H（2 字节，无符号，÷10，单位 % RH）
  3. 串口参数：9600 8N1
  4. TCP 端口：默认502

二、Modbus RTU 与 TCP 终极区别（秒懂版）

1. 一句话总结

  • RTU ：串口线 / 485 → 开头地址 + 指令 + CRC2 字节
  • TCP ：网线 / WiFi → MBAP7 字节头 + 指令 + 无 CRC

2. 报文对比（读温湿度）

✅ RTU 报文

plaintext

复制代码 
01 03 00 00 00 02 C4 0B
地址 功能 起始 长度  CRC
✅ TCP 报文

plaintext

复制代码 
00 01 00 00 00 06 01 03 00 00 00 02
MBAP7字节头    地址 功能 起始 长度

3. 关键结论（必看）

  1. RTU 必须 CRC 校验 ，TCP 完全不需要 CRC
  2. TCP 多 7 字节 MBAP 头，仅为格式要求，无业务意义
  3. 温度 / 湿度解析代码 100% 通用
  4. RTU 靠01地址识别设备，TCP 靠IP 识别，01仅占位

三、Modbus RTU .NET4.8 WPF 完整源码

1. MainWindow.xaml（界面）

xml

复制代码 
<Window x:Class="ModbusDemo.MainWindow"
        xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
        xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
        Title="Modbus RTU 温湿度采集" Height="420" Width="520" WindowStartupLocation="CenterScreen">
    <Grid Margin="20">
        <Grid.RowDefinitions>
            <RowDefinition Height="Auto"/>
            <RowDefinition Height="Auto"/>
            <RowDefinition Height="Auto"/>
            <RowDefinition Height="Auto"/>
            <RowDefinition Height="*"/>
            <RowDefinition Height="Auto"/>
        </Grid.RowDefinitions>

        <TextBlock Grid.Row="0" Text="串口配置" FontSize="16" FontWeight="Bold" Margin="0 0 0 10"/>
        <StackPanel Grid.Row="1" Orientation="Horizontal" Margin="0 0 0 10">
            <TextBlock Text="串口号：" VerticalAlignment="Center"/>
            <ComboBox x:Name="CmbComPort" Width="100" Margin="5 0"/>
            <TextBlock Text="波特率：" VerticalAlignment="Center" Margin="10 0 0 0"/>
            <ComboBox x:Name="CmbBaudRate" Width="100" Margin="5 0">
                <ComboBoxItem>9600</ComboBoxItem>
            </ComboBox>
            <Button x:Name="BtnOpen" Content="打开串口" Width="85" Margin="10 0 0 0" Click="BtnOpen_Click"/>
            <Button x:Name="BtnClose" Content="关闭串口" Width="85" Margin="5 0 0 0" Click="BtnClose_Click" IsEnabled="False"/>
        </StackPanel>

        <StackPanel Grid.Row="2" Orientation="Horizontal" Margin="0 0 0 10">
            <TextBlock Text="设备地址：" VerticalAlignment="Center"/>
            <TextBox x:Name="TxtDeviceAddr" Text="1" Width="60" Margin="5 0"/>
            <Button x:Name="BtnRead" Content="读取数据" Width="85" Margin="10 0 0 0" Click="BtnRead_Click" IsEnabled="False"/>
            <Button x:Name="BtnAutoRead" Content="自动读取" Width="85" Margin="5 0 0 0" Click="BtnAutoRead_Click"/>
        </StackPanel>

        <Grid Grid.Row="3" Margin="0 10 15 10">
            <Grid.ColumnDefinitions>
                <ColumnDefinition/>
                <ColumnDefinition/>
            </Grid.ColumnDefinitions>
            <Border BorderBrush="LightGray" BorderThickness="1" Margin="5" Padding="10">
                <StackPanel>
                    <TextBlock Text="温度" HorizontalAlignment="Center"/>
                    <TextBlock x:Name="TxtTemperature" Text="-- ℃" FontSize="24" FontWeight="Bold" Foreground="Red" HorizontalAlignment="Center"/>
                </StackPanel>
            </Border>
            <Border Grid.Column="1" BorderBrush="LightGray" BorderThickness="1" Margin="5" Padding="10">
                <StackPanel>
                    <TextBlock Text="湿度" HorizontalAlignment="Center"/>
                    <TextBlock x:Name="TxtHumidity" Text="-- %RH" FontSize="24" FontWeight="Bold" Foreground="Blue" HorizontalAlignment="Center"/>
                </StackPanel>
            </Border>
        </Grid>

        <GroupBox Grid.Row="4" Header="运行日志">
            <TextBox x:Name="TxtLog" IsReadOnly="True" VerticalScrollBarVisibility="Auto" TextWrapping="Wrap" FontFamily="Consolas"/>
        </GroupBox>

        <StatusBar Grid.Row="5" Margin="0 10 0 0">
            <TextBlock x:Name="TxtStatus" Text="就绪"/>
        </StatusBar>
    </Grid>
</Window>

2. MainWindow.xaml.cs（业务逻辑 + CRC 校验）

csharp

运行

复制代码 
using System;
using System.IO.Ports;
using System.Linq;
using System.Windows;
using System.Windows.Threading;

namespace ModbusDemo
{
    public partial class MainWindow : Window
    {
        private SerialPort _serialPort;
        private DispatcherTimer _timer;

        public MainWindow()
        {
            InitializeComponent();
            InitSerial();
            InitTimer();
            LoadPorts();
        }

        private void InitSerial()
        {
            _serialPort = new SerialPort { DataBits = 8, StopBits = StopBits.One, Parity = Parity.None };
        }

        private void InitTimer()
        {
            _timer = new DispatcherTimer { Interval = TimeSpan.FromSeconds(1) };
            _timer.Tick += (s, e) => Read();
        }

        private void LoadPorts()
        {
            CmbComPort.Items.Clear();
            foreach (var p in SerialPort.GetPortNames()) CmbComPort.Items.Add(p);
            if (CmbComPort.Items.Count > 0) CmbComPort.SelectedIndex = 0;
            CmbBaudRate.SelectedIndex = 0;
        }

        private void BtnOpen_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            try
            {
                _serialPort.PortName = CmbComPort.Text;
                _serialPort.BaudRate = int.Parse(CmbBaudRate.Text);
                _serialPort.Open();
                BtnOpen.IsEnabled = false; BtnClose.IsEnabled = true; BtnRead.IsEnabled = true;
                AddLog("串口打开成功");
            }
            catch (Exception ex) { MessageBox.Show(ex.Message); }
        }

        private void BtnClose_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            _timer.IsEnabled = false; BtnAutoRead.Content = "自动读取";
            _serialPort.Close();
            BtnOpen.IsEnabled = true; BtnClose.IsEnabled = false; BtnRead.IsEnabled = false;
            AddLog("串口已关闭");
        }

        private void BtnRead_Click(object sender, RoutedEventArgs e) => Read();

        private void BtnAutoRead_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            if (!_serialPort.IsOpen) { MessageBox.Show("请先打开串口"); return; }
            _timer.IsEnabled = !_timer.IsEnabled;
            BtnAutoRead.Content = _timer.IsEnabled ? "停止" : "自动读取";
        }

        private void Read()
        {
            try
            {
                byte addr = byte.Parse(TxtDeviceAddr.Text);
                byte[] cmd = { addr, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x02 };
                ushort crc = Crc16Modbus.Compute(cmd);
                byte[] frame = cmd.Concat(new[] { (byte)(crc & 0xFF), (byte)(crc >> 8) }).ToArray();

                _serialPort.DiscardInBuffer();
                _serialPort.Write(frame, 0, frame.Length);
                System.Threading.Thread.Sleep(100);

                int len = _serialPort.BytesToRead;
                if (len == 0) { AddLog("未收到数据"); return; }

                byte[] buf = new byte[len];
                _serialPort.Read(buf, 0, len);

                if (!Crc16Modbus.CheckValid(buf)) { AddLog("CRC校验失败"); return; }

                short tRaw = BitConverter.ToInt16(new[] { buf[4], buf[3] }, 0);
                ushort hRaw = BitConverter.ToUInt16(new[] { buf[6], buf[5] }, 0);

                Dispatcher.Invoke(() =>
                {
                    TxtTemperature.Text = $"{tRaw / 10f:F1} ℃";
                    TxtHumidity.Text = $"{hRaw / 10f:F1} %RH";
                });
                AddLog($"采集成功 → 温度：{tRaw / 10f:F1} ℃ 湿度：{hRaw / 10f:F1} %RH");
            }
            catch (Exception ex) { AddLog($"异常：{ex.Message}"); }
        }

        private void AddLog(string msg)
        {
            Dispatcher.Invoke(() =>
            {
                TxtLog.AppendText($"{DateTime.Now:HH:mm:ss} - {msg}\r\n");
                TxtLog.ScrollToEnd();
            });
        }

        protected override void OnClosed(EventArgs e)
        {
            if (_serialPort.IsOpen) _serialPort.Close();
            base.OnClosed(e);
        }
    }

    public static class Crc16Modbus
    {
        public static ushort Compute(byte[] data)
        {
            ushort crc = 0xFFFF;
            for (int i = 0; i < data.Length; i++)
            {
                crc ^= data[i];
                for (int j = 0; j < 8; j++)
                {
                    if ((crc & 1) != 0) { crc >>= 1; crc ^= 0xA001; }
                    else crc >>= 1;
                }
            }
            return crc;
        }

        public static bool CheckValid(byte[] frame)
        {
            if (frame.Length < 3) return false;
            var data = frame.Take(frame.Length - 2).ToArray();
            ushort calc = Compute(data);
            ushort recv = (ushort)((frame[frame.Length - 1] << 8) | frame[frame.Length - 2]);
            return calc == recv;
        }
    }
}

四、Modbus TCP 简化版报文（直接套用）

plaintext

复制代码 
00 01 00 00 00 06 01 03 00 00 00 02
  • 前 7 字节：MBAP 固定头
  • 无 CRC，直接发送即可
  • 数据解析与 RTU完全一致

五、常见问题

  1. 串口黄色感叹号：安装 CH340/PL2303 驱动
  2. CRC 校验失败：干扰、波特率错误、接线松动
  3. TCP 无返回：IP 错误、端口 502 未开放、防火墙拦截
  4. 数据异常：字节序（大端）、÷10 比例未处理

六、总结

  1. RTU = 串口 + CRC + 地址
  2. TCP = 网线 + MBAP 头 + 无 CRC
  3. 温湿度解析完全通用
  4. 源码可直接用于工业采集、上位机开发

补充：

相关推荐
酣大智8 小时前
华为 VRRP的抢占延迟时间
网络·tcp/ip·vrrp
hengmeida9 小时前
楼宇控制柜标准化项目交付完整规范
大数据·网络·笔记
2501_937860949 小时前
上篇：网络编程基础与UDP套接字编程
java·网络·计算机网络
那年窗外下的雪.9 小时前
AIDC 学习日志｜第 27 天｜EVPN 多归属收敛时间线与 Leaf2 接管验证
网络协议·学习·http·tcpdump
xixiaoyunya9 小时前
制造业生产数据备份：在“不停产“前提下的自动化实践
网络·安全
Figo_Cheung10 小时前
Figo权重动力学：递归本体论与跨尺度演化的形式化基础——揭示：宇宙的演化，本质上就是一场由无数观测者共同参与的、永不停歇的、跨尺度的权重重构盛宴。
网络·人工智能·量子计算
j7～10 小时前
【Linux】三十八.C++ 手写 HTTP 服务器：裸 socket + fork 多进程，从 HTTP 报文解析到浏览器打开网页
linux·网络·网络协议·学习·http·网络编程
FW-Linker10 小时前
偏远山区户外直播网络优化：多链路聚合如何保障稳定低时延传输
网络·5g·智能路由器
小则又沐风a11 小时前
深入理解TCP协议----滑动窗口,流量控制
linux·网络协议·tcp
酣大智14 小时前
网络协议计时器 & 发包间隔汇总
运维·网络·tcp/ip
热门推荐
01国内可直接用、免费额度/永久免费的大模型API清单（含 SiliconFlow、火山、阿里、智谱、百度、Kimi、DeepSeek、DMXAPI 等）02蜘蛛磁力 搜索引擎大全，如何使用蜘蛛磁力查找磁力链接03GitHub 镜像站点04历年考研数学一、数学二、数学三真题试卷及答案PDF05人工智能（AI）发展史：详细里程碑06微信历史版本含下载地址（ Windows PC | 安卓 | MAC ）及设置微信不更新072026 国产 AI 大模型横评：DeepSeek、通义千问、Kimi、文心一言、星火、豆包谁更能打？08ZCode 周末送额度活动开启：3 亿 Token 免费领取092026 爱知・名古屋亚运会怎么看？直播平台+赛程安排分享10数学公理体系大全:第六章 选择公理的等价形式及证明