Modbus协议解析_理论+实战

Posted 2021-06-29 果果小师弟

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Modbus协议解析_理论+实战相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1.什么是Modbus?

顾名思义,他是一个bus,即总线协议.如果你接触到这种协议,相信你所处的行业是工业方面或者你的产品用于工业。

Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司（现在的施耐德电气 Schneider Electric）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准（De facto），并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。

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! (不仅外国人喜欢,中国人也喜欢!)

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1001，你要是没有协议，就只知道这是1001，而有了协议，你就知道了这是在问我是不是单身狗?(哈哈,举个例子) 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
Modbus-Plus

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，其他部分无需查看，因为看多了，你会糊涂，哈哈。当然，学习的话可以全部阅读。

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！

4.1 Modbus-RTU+Modbus-ASCII

这种协议是基于异步串行通信上,一般的介质有:RS-232、RS485、RS-422上，这也是工业上使用的最多的；

对于串行连接，存在两个变种，它们在数值数据表示不同和协议细节上略有不同。Modbus RTU是一种紧凑的，采用二进制表示数据的方式，Modbus ASCII是一种人类可读的，冗长的表示方式。

RTU格式后续的命令/数据带有循环冗余校验的校验和，而ASCII格式采用纵向冗余校验的校验和。

4.2 Modbus-RTU协议

这是本人目前使用的协议,所以对这个协议比较了解。

概述

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，acsii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

直接进实战了,是不是感觉有点虚?淡定,直接在实战中联系,更加有效!其实前面的都是废话,让你知道所以然而已,实际中用的就这些,看了就懂了!

2.1 查询

功能描述:现在我是主机，我要查询从机地址为1的数据。

这里我推荐使用modbus Pull这个软件，操作简单功能强大，
下载连接:https://download.csdn.net/download/panda5_csdn/10534894

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 12 34 B5 33

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，大致是 地址+功能码+数据+校验;

所以解析如下:

/*发送数据解析*/
01-地址
03-功能码,代表查询功能,其他功能后面再说
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;
(这里新手可能不懂,这个校验就是保证数据传输过程没有错误的一种手段,不同的协议这种校验公式不一样,
只需了解这个就足够了,具体怎么求的,可以直接在输出数据得到结果,地址如下:
http://www.ip33.com/crc.html)

/*回复解析*/
01-地址
03-功能码
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;
12 34-寄存器的值是12 34,结合发送的数据看出,01这个寄存器的值为12 34
B5 33-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

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*/
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;

/*回复解析*/
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;

下面先举例用0x10功能码进行一个字节的修改和0x06功能码有什么区别：

主机发送: 01 10 00 00 00 01 02 11 22 2A 19
从机回复: 01 10 00 00 00 01 01 C9


/*发送数据解析*/
01-主机要查询的从机地址
10-功能码,代表修改多个寄存器功能;
00 00-代表修改的起始寄存器地址.说明从0x0000开始.
00 01-代表修改的寄存器数量，这里开始于0x06的修改不同;
02 -表示修改的总字节数，由于只修改了1个寄存器，所以数据要有两个字节；
11 22-表示修改的值，结合上面，就是从第0000寄存器开始修改一个寄存器值为11 22，就是把0000寄存器改为11 22；
2A 19-循环冗余校验,是modbus的校验公式,从首个字节开始到22前面为止;

/*回复解析*/
01-从机返回给主机自己的地址,说明这就是主机查的从机
10-功能码
00 00-代表修改的起始寄存器地址.说明是0x0000.
00 01-代表修改的寄存器数量，只需要回复这么多久足够了，从机告诉主机，你修改了哪几个寄存器就足够了;
01 C9-循环冗余校验;

现在，修改多个寄存器：

主机发送: 01 10 00 00 00 02 04 11 22 33 44 42 5A
从机回复: 01 10 00 00 00 02 41 C8

（这个请读者自己解析内容，如果需要不懂之处，请评论）

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：

03-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；
06-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！）
10-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

4.3 Modbus-ACSII协议

概述

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1，一个代表2，即31和32，才能代表0x12.
所以，acsii协议的效率比较低。

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。