Modbus协议解析--小白一看就懂的协议
文章目录
- 提问三连
- 1.什么是Modbus?
- 2.Modbus用来干什么?
- 3.Modbus的内容是什么?
- 3.1 Modbus-RTU+Modbus-ASCII
- 3.1.1 Modbus-RTU协议
- 概述
- 1. 帧结构
- 2.实战
- 2.1 查询
- 2.2 修改
- 1. 修改-0x06功能码
- 2.修改-0x10功能码
- 3.1.2 Modbus-ACSII协议
- 概述
- 1.帧形式
- 3.2 Modbus-TCP
- 3.3 Modbus-PLUS
提问三连
什么是Modbus?
Modbus用来干什么?
Modbus怎么用?
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1234,你要是没有协议,就只知道这是1234,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?
先给个官方的文档：https://download.csdn.net/download/panda5_csdn/10534090
要想知道Modbus的内容,就得先知道它有几个种类:
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.
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!
3.1 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。
3.1.1 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 如果没有积分下载,可以私信我)
于是,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:地址正确+我要查的寄存器个数+校验
回复:从机的地址+数据的字节数+数据+校验
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-主机要查的地址
06-功能码,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;
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86,说明你发送的数据出错了;
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-主机要查的地址
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
3.1.2 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；
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acsii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。
3.2 Modbus-TCP
以太网作为介质进行传输,
3.3 Modbus-PLUS
高速令牌传递网络
归纳:
