基于ModebusRTU通信采集温度湿度项目案例
目录
一、模拟温湿度模拟
【1.1】温湿度仪表参数
【1.1】使用电脑模拟传感器
【1.2】使用Codesys软件模拟传感器
二、自定义控件UI设计
【2.1】自定义控件温度湿度柱状设计
编辑
【2.1.1】设置温度湿度柱状实际显示【属性】
【2.1.2】设置温度湿度柱状的背景颜色【属性】
三、窗体UI设计
四、实现Modbus通讯源码
【4.1】读取保持寄存器读取测试
【4.2】封装读取保持寄存器类
五、窗体UI后端代码
六、测试效果
【6.1】与电脑模拟
【6.2】与Codesys模拟
一、模拟温湿度模拟
【1.1】温湿度仪表参数
【1.1】使用电脑模拟传感器
-
开启虚拟串口
-
通过串口调试助手测试客户端和服务器
走到这里说明这组参数是可以成功的。
【1.2】使用Codesys软件模拟传感器
-
配置Codesys控制器为从站
-
通过串口调试助手测试客户端和服务器,注意：PLC和仪表寄存器定位不同，Codesys需要用0x04功能码读取IW寄存器的值。
二、自定义控件UI设计
【2.1】自定义控件温度湿度柱状设计
第一步：创建类库项目，创建用户控件Windows(窗体)
第二步：创建一个panel控件，用于与图片配合，panel控件的大小需要比被设计图片的大小相等或者大于。
panel控件属性设计->
BackgroundImage 背景图像：导入图片。
Size 调整控件大小尺寸：需要比图片大或者相等。
BackgroundImageLayout 背景图像布局：Tile 图像沿控件的矩形工作区平铺。
【2.1.1】设置温度湿度柱状实际显示【属性】
【设计思路】
第一步：拖动Label控件充当白色部分。
Label控件属性设计->
Name 标识对象名称：lblBar
AutoSize 关闭自动调整大小：false
Szie 调整控件合适大小->Width(9)Height(135)
BackColor 背景颜色：白色【控件后台代码】
// 设置温度湿度柱状显示和实际温度湿度显示【属性】
private const float _barHightValue = 135.0F;
private float _barHightMemory = 0.0F;
public float BarHightValue
{
get
{
return _barHightMemory;
}
set
{
if(value < 0 || value > 70)
{
MessageBox.Show("温度值或湿度值必须在0~70之间！", "信息提示");
}
else
{
// 根据value计算实际(颜色bar)需要的像素显示大小
float fRealValue = (_barHightValue / 70) * value;
// 求出(白色bar)需要的像素显示大小
this.lblBar.Height = Convert.ToInt32(_barHightValue - fRealValue);
}
_barHightMemory = value;
}
}【Form页测试】
【2.1.2】设置温度湿度柱状的背景颜色【属性】
第一步：在Resources文件夹下添加图片资源。
【控件后台代码】
// 设置温度湿度柱状的背景颜色【属性】
public enum BarColor
{
Red,
Green
}
private BarColor _barImageColor = BarColor.Green;
public BarColor BarImageColor
{
get
{
return _barImageColor;
}
set
{
// 设置用户选择的颜色对应图片
if (value == BarColor.Red)
this.panel.BackgroundImage = Properties.Resources.red_all;
else if (value == BarColor.Green)
this.panel.BackgroundImage = Properties.Resources.green_all;
_barImageColor = value;
}
}【Form页测试】
三、窗体UI设计
第一步：窗体的Text属性->基于ModbusRTU通讯实现温度、湿度实时采集案例
第二步：窗体的Icon属性->选择窗体图标
第三步：窗体的MaxximizeBox 设置false
第四步：窗体的StartPosition 设置CenterScreen
第五步：窗体的FormBorderStyle 设置不可调整大小的工具窗口边框。
第六步：自定义的温度湿度柱控件->
湿度Name ccMeterH
温度Name ccMeterT
第七步：温度湿度字体Label标签->
Font 字体设置：华文楷体, 14.25pt, style=Bold
第八步：温度湿度数值Label标签->
湿度Name lblHumidityValue
温度Name lblTemperatureValue
Font 字体设置 华文楷体, 14.25pt, style=Bold
FontColor 字体颜色设置 Lime
AutoSize 设置false
TextAlign 设置MiddleCenter中间位置 
第一步：容器控件GroupBox控件->
Text 设备连接
第二步：端口号 波特率 站地址Label控件->
Text 端口号 波特率 站地址
Font 微软雅黑, 15.75pt
第三步：端口号ComboBox控件->
Name cobPort
第四步：波特率ComboBox控件->
Name cobBaudRate
第五步：站地址NumericUpDown->
Name nudSlaveAddress
第六步：状态Label->
Name lalState
Text 设置文字●
ForeColor 设置字体颜色Gray
第七步：打开断开连接Button按钮
Name btnOpenAndClose
Text 设置文字 打 开 连 接
Font 设置字体样式 微软雅黑, 14.25pt, style=Bold
FlatStyle 设置按钮样式Flat该控件以平面显示
FlatAppearance->BorderSize设置按钮周围的边框的大小0
ForeColor 设置文字颜色ButtonFace
BackColor 设备按钮背景颜色Green
[Click] 单击事件
// 这里提前脱取组件定时器timer->
Name timerModbusRead
interval 设置定时器1000毫秒
[Tick] 定时事件 四、实现Modbus通讯源码
【4.1】读取保持寄存器读取测试
// 命名空间
using System.IO.Pipes;
/* 程序入口函数 */
static void Main(string[] args)
{
// [1] 创建串行端口资源对象
SerialPort serialPort = new SerialPort();
// [2] 设置协议属性
serialPort.PortName = "COM1"; // 设置端口号 COM1
serialPort.BaudRate = 9600; // 设置波特率 9600
serialPort.Parity = Parity.None; // 设置校验 无校验
serialPort.DataBits = 8; // 设置数据位 8
serialPort.StopBits = StopBits.One; // 设置停止位 1
// [3] 打开串口
serialPort.Open();
while(true)
{
// 将当前线程挂起等待一定时间
Thread.Sleep(1000);
// [4] 拼接报文
byte[] sendBytes = new byte[]
{
// 站地址 功能码 起始地址 数据长度 CRC校验
0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x02, 0xC4, 0x0B
};
// [5] 发送报文
serialPort.Write(sendBytes, 0, sendBytes.Length);
Thread.Sleep(100); // 将当前线程挂起等待一定时间(通讯时间需要延时接收)
// [6] 接受报文
byte[] recvBytes = new byte[serialPort.BytesToRead]; // BytesToRead获取接收缓冲区字节个数。
serialPort.Read(recvBytes, 0, recvBytes.Length);
// [7] 解析恢复报文 - 当前寄存器的值是：40001[FE = 254] 40002[AF = 175]
if (recvBytes[0] == 0x01 && recvBytes[1] == 0x03)
{
// 解析前分析
// 发：
// 源报文16进制：01 03 00 00 00 02 C4 0B
// 发报文10进制: 1 3 0 0 0 2 196 176
// 收：
// 源报文16进制：01 03 04 00 FE 00 AF DB BF
// 发报文10进制: 1 3 4 0 254 0 175 219 191
// 字节到10进制高低位转换：收报文其中[0 254] = (254/256)=0 (254%256)=254
// 收报文其中[0 175] = (175/256)=0 (175%256)=175
// 开始解析
// 湿度 = 高字节 * 256 + 低字节
int iHumidity = recvBytes[3] * 256 + recvBytes[4];
// 温度 = 高字节 * 256 + 低字节
int iTempperature = recvBytes[5] * 256 + recvBytes[6];
Console.WriteLine($"湿度：{iHumidity * 0.1}% 温度：{iTempperature * 0.1}℃");
}
}
}
// 读取的打印结果：
湿度：25.4% 温度：17.5℃
湿度：25.4% 温度：17.5℃
湿度：25.4% 温度：17.5℃
湿度：25.4% 温度：17.5℃
湿度：25.4% 温度：17.5℃
湿度：25.4% 温度：17.5℃【4.2】封装读取保持寄存器类
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.IO.Ports;
using System.Threading;
namespace Approach.TemperatureHumidity.DAL
{
///
/// ModbusRTU通讯类封装
///
public class ModbusRTU
{
///
/// 串口资源对象字段
///
private SerialPort serialPort = null;
///
/// 无参构造方法
///
public ModbusRTU()
{}
///
/// 带参构造方法
///
///
public ModbusRTU(int delay)
{
this.ReceiveDelay = delay;
}
///
/// 接收报文延时时间属性
///
private int _receiveDelay = 100;
public int ReceiveDelay
{
get
{
return _receiveDelay;
}
set
{
if(value < 10 || value > 2000)
_receiveDelay = 100;
else
_receiveDelay = value;
}
}
///
/// 打开串口
///
/// 串行端口号
/// 波特率
/// 校验位
/// 数据位
/// 停止位
public void Connect(string portName, int baudRate = 9600, Parity parity = Parity.None, int dataBits = 8, StopBits stopBits = StopBits.One)
{
//>实例化串口资源对象
serialPort = new SerialPort(portName, baudRate, parity, dataBits, stopBits);
//>异常保护
try
{
//>打开串口
serialPort.Open();
}
catch(Exception ex)
{
throw new Exception("ModbusRTU打开串口失败：" + ex.Message);
}
}
///
/// 关闭串口
///
public void Disconnect()
{
//>确认串口已打开
if(serialPort != null && serialPort.IsOpen)
{
//>关闭串口
serialPort.Close();
}
}
///
/// 读取保持寄存器->功能码0x03
///
/// 从站地址
/// 读取起始地址
/// 读取寄存器数量
///
public byte[] ReadHoldingRegister(byte slaveId, int startAddress, int count)
{
// [1] 封装【请求】报文
byte[] sendBytes = new byte[8];
// 从站地址
sendBytes[0] = slaveId;
// 功能码
sendBytes[1] = 0x03;
// 起始寄存器
sendBytes[2] = (byte)(startAddress / 256); //>高位
sendBytes[3] = (byte)(startAddress % 256); //>低位
// 寄存器数量
sendBytes[4] = (byte)(count / 256);
sendBytes[5] = (byte)(count % 256);
// CRC校验码
byte[] crcBytes = CRC16(sendBytes, 6);
sendBytes[6] = crcBytes[0];
sendBytes[7] = crcBytes[1];
// 异常处理
byte[] recvBytes = null;
try
{
// [2] 发送【请求】报文
serialPort.Write(sendBytes, 0, sendBytes.Length);
Thread.Sleep(ReceiveDelay);
// [3] 接收【应答】报文
recvBytes = new byte[serialPort.BytesToRead]; //>BytesToRead: 获取接收缓冲区字节个数。
serialPort.Read(recvBytes, 0, recvBytes.Length);
}
catch(Exception ex)
{
throw new Exception("ModbusRTU发送或接收报文出现问题：" + ex.Message);
}
// [4] 解析【应答】报文
int dataByteLen = 2 * count; //>响应报文数据字节数长度
if (recvBytes.Length == 5 + dataByteLen)
{
// CRC校验正确 && 响应报文功能码正确 && 响应报文数据字节正确
if (CheckCRC(recvBytes) && recvBytes[1] == 0x03 && recvBytes[2] == dataByteLen)
{
// 截取数据：去掉[从站地址][功能码][字节计数]...[CRC校验]
byte[] returnBytes = new byte[dataByteLen];
// 数组复制出需要的数据
Array.Copy(recvBytes, 3, returnBytes, 0, dataByteLen);
return returnBytes;
}
return null;
}
return null;
}
#region CRC校验【查表法 - 速度很快】
private static readonly byte[] aucCRCHi = {
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40
};
private static readonly byte[] aucCRCLo = {
0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7,
0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E,
0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09, 0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9,
0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC,
0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,
0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32,
0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D,
0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A, 0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38,
0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF,
0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,
0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1,
0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4,
0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F, 0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB,
0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA,
0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,
0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0,
0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97,
0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C, 0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E,
0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89,
0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,
0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83,
0x41, 0x81, 0x80, 0x40
};
private byte[] CRC16(byte[] pucFrame, int usLen)
{
int i = 0;
byte[] res = new byte[2] { 0xFF, 0xFF };
ushort iIndex;
while (usLen-- > 0)
{
iIndex = (ushort)(res[0] ^ pucFrame[i++]);
res[0] = (byte)(res[1] ^ aucCRCHi[iIndex]);
res[1] = aucCRCLo[iIndex];
}
return res;
}
private bool CheckCRC(byte[] value)
{
if (value == null)
return false;
if (value.Length <= 2)
return false;
int length = value.Length;
byte[] buf = new byte[length - 2];
Array.Copy(value, 0, buf, 0, buf.Length);
byte[] CRCbuf = CRC16(buf, buf.Length);
if (CRCbuf[0] == value[length - 2] && CRCbuf[1] == value[length - 1])
return true;
return false;
}
#endregion
}
}五、窗体UI后端代码
using Approach.TemperatureHumidity.DAL;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.IO.Ports;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;
namespace Approach.TemperatureHumidity.App
{
public partial class FrmMain : Form
{
ModbusRTU modbusRtu = new ModbusRTU();
#region [窗体启动初始化功能]
public FrmMain()
{
InitializeComponent();
Initialize();
}
///
/// 初始化所有控件状态
///
private void Initialize()
{
// 初始化绑定波特率下拉框列表
string[] BaudRuteArr = new string[] { "2400", "4800", "9600", "19200", "38400", "57600", "115200" };
this.cobBaudRate.DataSource = BaudRuteArr; //>绑定波特率数据源
this.cobBaudRate.SelectedIndex = 2; //>默认波特率9600
// 初始化绑定端口号下拉框列表
this.cobPort.DataSource = SerialPort.GetPortNames(); //>GetPortNames: 静态方法，可以获取当前电脑所有可用的端口号
}
#endregion
#region [打开连接和关闭连接功能]
///
/// 是否已连接->属性[关联btnOpenAndClose_Click]
///
private bool _isConnected = false;
public bool IsConnected
{
get { return _isConnected; }
set
{
_isConnected = value; //>记忆操作的按钮状态
// 更改按钮文字内容
this.btnOpenAndClose.Text = value ? "断开连接" : "打开连接";
// 更改按钮颜色
if(value == true)
{
// 按钮背景颜色为红色
this.btnOpenAndClose.BackColor = Color.Red;
// 按钮字体颜色为白色
this.btnOpenAndClose.ForeColor = Color.White;
// 状态指示字体颜色为绿色
this.lblState.ForeColor = Color.Green;
}
else
{
// 按钮背景颜色为红色绿色
this.btnOpenAndClose.BackColor = Color.Green;
// 按钮字体颜色为白色
this.btnOpenAndClose.ForeColor = Color.White;
// 状态指示字体颜色为灰色
this.lblState.ForeColor = Color.Gray;
}
}
}
///
/// 打开连接和关闭连接按钮->单击事件
///
private void btnOpenAndClose_Click(object sender, EventArgs e)
{
// 接收UI信息
string port = this.cobPort.Text;
int baudRate = int.Parse(this.cobBaudRate.Text);
if (IsConnected == false)
{
try
{
// 打开ModbusRTU连接
modbusRtu.Connect(port, baudRate);
// 更改按钮和指示状态
IsConnected = true;
// 启动定时器读取
this.timerModbusRead.Enabled = true;
}
catch(Exception ex)
{
MessageBox.Show(ex.Message, "错误提示");
}
}
else
{
// 停止定时器读取
this.timerModbusRead.Stop();
// 关闭ModbusRTU连接
modbusRtu.Disconnect();
// 更改按钮和指示状态
IsConnected = false;
}
}
#endregion
#region [定时器循环读取Modbus寄存器功能]
///
/// 读取Modbus寄存器定时器->定时事件
///
private void timerModbusRead_Tick(object sender, EventArgs e)
{
// 接收UI信息
byte slaveAddress = Convert.ToByte(this.nudSlaveAddress.Value);
// 读取数据(2个寄存器，起始地址是0000H[40001][40002])
byte[] dataBytes = modbusRtu.ReadHoldingRegister(slaveAddress, 0, 2);
if(dataBytes != null && dataBytes.Length == 4)
{
// 字节高低位转换
// 湿度 = 高字节 * 256 + 低字节
int humidity = dataBytes[0] * 256 + dataBytes[1];
// 温度 = 高字节 * 256 + 低字节
int temperature = dataBytes[2] * 256 + dataBytes[3];
// 数值显示
this.lblHumidityValue.Text = (humidity * 0.1F).ToString();
this.lblTemperatureValue.Text = (temperature * 0.1F).ToString();
// 图形显示
this.ccMeterH.BarHightValue = humidity * 0.1F;
this.ccMeterT.BarHightValue = temperature * 0.1F;
}
}
#endregion
#region [窗体关闭初始化功能]
private void FrmMain_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
{
// 停止定时器读取
timerModbusRead.Stop();
}
#endregion
}
}六、测试效果
【6.1】与电脑模拟
【6.2】与Codesys模拟
