Modbus是一种串行通信协议。Modbus 一个工业上常用的通讯协议、一种通讯约定。Modbus协议包括RTU、ASCII、TCP。其中MODBUS-RTU最常用,比较简单,在单片机上很容易实现。
37 10 00 14 00 0a 14 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 3f 80 00 00 3f 80 00 00 00 a0(十六进制)
37:从站地址 ,10:功能码,00 14:MODBUS起始地址40021,对应20,14:写入数据字节数,20个,00 a0:crc校验码。其它就是传送的数据。
37 10 00 14 00 0a 14 … 00 a0,中间的数据为功能数据,上面的报文按照两个字节拼接为一个实数,也就是对应float基本数据类型,其中00 00 00 00为一个实数,依次类推,上面的报文有5个实数。解析出来就是0.0、0.0、0.0、1.0、1.0。
ZHC4012是一款全网通七模4G DTU,支持2G/3G/4G信号透明传输。支持工业RS232/485等接口,直接连接设备传输。这个硬件是我项目中实践过的,该设备可以通过4G运营商网络与远程服务器进行数据通信。具体操作可以到官网联系客服。设备官网4G DTU(ZHC4013)
项目支持多个4G DTU设备数据上传,支持控制指定4G DTU设备。
Netty基于epoll的NIO线程模型。NIO整个调用流程就是Java调用了操作系统的内核函数来创建Socket,获取到Socket的文件描述符,创建一个Selector对象,对应操作系统的Epoll描述符,将获取到的Socket连接的文件描述符的事件绑定Selector对应的Epoll文件描述符上,进行事件的异步通知,这样就实现了使用一条线程,并且不需要多的无效的遍历,将事件处理交给了操作系统内核(操作系统中断程序实现),大大提高了效率。
2021年分享过用原生Socket技术实现的服务端代码,其中服务端还是存在一些问题。当时项目运行在生产上,经过几个月的运行,发现服务端监听端口线程不稳定,运行一段时间后,新的客户端就连接不上服务端了。
数据解析相关代码在下面分享的博客中,Netty相关代码是技术上面的实现。
Socket实现的代码:java利用socket通信实现Modbus-RTU通信协议
<dependency>
<groupId>io.nettygroupId>
<artifactId>netty-allartifactId>
<version>4.1.72.Finalversion>
dependency>
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.timeout.IdleStateHandler;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* TODO
*
* @author linfeng
* @date 2022/12/26 15:57
*/
public class DtuServer implements Runnable {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new DtuServer()).start();
}
@Override
public void run() {
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(2);
EventLoopGroup workGroup = new NioEventLoopGroup(10);
ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
serverBootstrap.group(bossGroup,workGroup).channel(NioServerSocketChannel.class)
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ch.pipeline().addLast(new IdleStateHandler(15, 0, 0, TimeUnit.MINUTES));
ch.pipeline().addLast(new DtuServiceHandler());
}
});
try {
ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(9005).sync();
channelFuture.channel().closeFuture().sync();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
import com.ruoyi.socket.ModBusUtils;
import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelId;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.channel.group.ChannelGroup;
import io.netty.channel.group.DefaultChannelGroup;
import io.netty.util.concurrent.GlobalEventExecutor;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
/**
* TODO
*
* @author linfeng
* @date 2022/12/26 15:58
*/
public class DtuServiceHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
// 保存
private static ChannelGroup channelGroup = new DefaultChannelGroup(GlobalEventExecutor.INSTANCE);
// 保存客户端channelId与注册包信息
private static Map<String,String> channelIdMap = new ConcurrentHashMap<>();
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
Channel channel = ctx.channel();
ChannelId channelId = channel.id();
ByteBuf byteBuf = (ByteBuf) msg;
byte[] bytes = new byte[byteBuf.readableBytes()];
byteBuf.readBytes(bytes);
String str = ModBusUtils.bytes2HexString(bytes);
System.out.println(bytes.length);
if(bytes.length == 16){
// 注册包长度为16(我这边用到4G DTU(ZHC4013)注册包长度为16,如果有变化需要修改)
// 注册包为设备编号,设备编号是唯一的。
String registerPackage = "";
for(int i=0;i<bytes.length;i++) {
registerPackage=registerPackage+ModBusUtils.byteToASCLL(bytes[i]);
}
// channelId.asLongText()获取的是客户端全局唯一ID,根据channelId获取注册包信息,可以判断出数据是哪个节点上传的
channelIdMap.put(channelId.asLongText(),registerPackage);
System.out.println("注册包:"+registerPackage);
}else {
// 从channelIdMap获取注册包(设备编号)
String registerPackage = channelIdMap.get(channelId.asLongText());
// 获取到客户端注册包,可以根据注册包(设备编号)查询数据库唯一的设备信息。
// 数据就不做解析了,数据解析相关代码在上面分享的博客地址中。
// 后面就是业务逻辑和数据解析了。
/** 如果要服务端向客户端发送信息,可以利用客户端心跳机制发送数据(也可以写发送数据的线程),其中具体业务逻辑就需要利用数据库了。
具体思想:首先数据库保存发送状态和发送数据,利用channelIdMap查询注册包,可以通过注册包在数据库中查询相关数据,
根据发送状态判断是否需要发送数据。
Netty发送数据需要转ByteBuf,具体代码:channel.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(new byte[]{1, 2, 3})),
*/
}
System.out.println("收到的数据:"+str);
System.out.println("链接数:"+channelGroup.size());
System.out.println("注册包数:"+channelIdMap.size());
super.channelRead(ctx, msg);
}
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
super.channelActive(ctx);
}
@Override
public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
Channel channel = ctx.channel();
ChannelId channelId = channel.id();
channelIdMap.remove(channelId.asLongText());
System.out.println(channelId.asLongText()+" channelInactive客户端关闭连接");
super.channelInactive(ctx);
}
@Override
public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
super.userEventTriggered(ctx, evt);
}
@Override
public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
// 连接建立
Channel channel = ctx.channel();
channelGroup.add(channel);
super.handlerAdded(ctx);
}
@Override
public void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
Channel channel = ctx.channel();
ChannelId channelId = channel.id();
channelIdMap.remove(channelId.asLongText());
System.out.println(channelId.asLongText()+" ChannelHandlerContext客户端关闭连接");
super.handlerRemoved(ctx);
}
}
package com.ruoyi.socket;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
/**
* TODO
*
* @author linfeng
* @date 2022/12/8 16:04
*/
public class ModBusUtils {
public static char byteToASCLL(byte b){
return (char) b;
}
/*
* 字节数组转16进制字符串
*/
public static String bytes2HexString(byte[] b) {
String r = "";
for (int i = 0; i < b.length; i++) {
String hex = Integer.toHexString(b[i] & 0xFF);
if (hex.length() == 1) {
hex = '0' + hex;
}
r += hex.toUpperCase()+" ";
}
return r;
}