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基于Modbus规约的智能仪表与PC机通信技术实现2007-01-28来源：西部工控网浏览：828 摘 要：本文主要介绍Modbus RTU规约，及VB6.0编程环境下RS-485串口实现主控台PC机与智能仪表间基与该规约通信具体实现方法。 关键词：Modbus RTU；通信协议；RS-485；CRC校验 一、引言 时代进步，越来越多企业开始向生产和管理自动化转变。各种智能仪表不断应用到生产生活各个领域。工业控制方面，RS485总线平衡差分传输特性具有干扰性好、传输距离远 、有较大级连能力等特点，非常适合于组成工业级多机通信系统。ModBus RTU规约是Modicon公司注册商标，是目前国际智能化仪表普遍采用主流通讯协议之一。各个工业仪器仪表大量使用今天，Modbus RTU协议和RS-485总线到了最为广泛应用。本文主要从应用角度介绍一个工业控制系统中，实现该技术具体方案。二、Modbus RTU 通讯协议简介1、Modbus RTU协议简介 ModBus RTU通讯协议是Modicon公司注册商标。采用主从问答方式工作，其规范已国际互联网上公布，是目前国际智能化仪表普遍采用主流通讯协议之一。目前，国内许多生产商已他们产品和系统中遵循该协议标准。该协议有两种传输模式即RTU模式和ASCII模式。其中RTU模式信息帧中8位数据包括两个4位16进制字符，相ASCII模式，RTU模式表达相同信息需要较少位数，且相同通讯速率下具有更大数据流量。通常情况下，一般工业智能仪器仪表都是采用RTU模式Modbus规约。2、Modbus 通信格式数据格式： 址码 功能码 数据区 错误校检数据长度： 1字节 1字节 N字节 16位CRC码 当通讯命令由发送设备（上位机）发送至接收设备（下位机）时，符合相应址码下位机就会响应命令，并约定通信协议读取信息、数据校验执行相应功能操作。返回帧结构包含址码、功能码、数据以及CRC校验码。3、上下位机通信帧约定格式 其中仪表址使用电压表中是为一个字节定义，最多到256个。下位机与上位机通信波特率一般可自由设定，但必须保证上下机通信波特率对应匹配。三、上位机通信软件设计方案 上位机通信软件采用VB6.0开发环境。VB6.0中对串口进行编程可以使用Mscomm控件加快开发进度。该控件主为RS232通用串口而设计。利用PC上现有RS232接口，通常是使用RS232/485转换器。这些转换器一般逻辑门电路控制RXD、TXD和GND三针信号，自动对半双工或全双工485串口进行控制。转换器，我们就可以像开发通用RS232串口一样来快速开发基于RS485串口上位机通信软件。1、初始化程序设计 初始化程序中，主设定好整个帧结构命令数组、传输波特率、以及一些必须串口初始设定。具体操作如下面代码说明Dim Tcommand(7) As Byte 开辟命令帧帧长度数组MSComm.CommPort = 1 设定需要使用串口，当然这里可以用输入方式灵活设定。暂定为1口MSComm.Settings=2400,n,8,1 设定传输波特率和校验方式MSComm.InBufferSize = 1024 开辟数据缓冲区MSComm.InputMode =comInputModeBinary 设定为二进制数据流方式MSComm.InputLen = 0 一次全部读入所需要数据 上面代码一般都是串口初始化必须进行设定几个部分。个人需要可以VB6.0中做一个初始化界面，对各个参数（如波特率、使用串口等）进行自由设定和更改，以提高初始化设定灵活性和通用性。2、命令字发送 命令字发送应该严格Modbus规约所设计帧格式和上下位机该规约基础上所定义通信协议。参考表1通信协议顺序，编写如下VB代码来实现命令发送。Tcommand (0) = address address为设定接受址输入变量Tcommand (1) = Val(&h + 03) （其他通信协议，并计算CRC校验代码）Tcommand (6) = CRC(1)Tcommand (7) = CRC(0)frmcontrol.MSComm.Output = Tcommand3、上位机接收和数据处理 表2回送通信协议，上位机解析所接受数据，并进行必要处理。一般而言从下位机发送上来数据都是有一定帧长度。特别是一些固化好智能仪表。最好方法是通信回送帧长度，上位机程序中分别开辟两个同样长度数组。一个作为接受数组，用来一次性接收串口缓冲区中数据；另一个为安全数组，用来复制接收数组中数据并进行解析。这样可以提高整个系统容错能力。LoopUntil frmcontrol.MSComm.InBufferCount = 9InByte = frmcontrol.MSComm.InputFor i = 0 To (count - 1)InSafeArray(i) = InByte(i)Next i 其代码中inbyte（）就是接收数组，而InSafeArray()就是我们再开辟安全数组。4、CRC校验实现方法 Modbus规约校验方式，RTU模式校验方式为CRC校验方式；而ASCII模式为LRC校验。一般智能仪表多采用RTUCRC校验方式。生成多项式不同，CRC校验通常有以下几种：CRC12 （传6bit）；CRC16（美国标准，传8bit）；CRCCCITT（欧洲标准，传8bit）；CRC32（point-topoint同步传输中使用） 。目前仪表类比较普遍是CRC16校验码。其生成多项式为X16+X15+X2+1。算法实现上，我们可以先预置一个16位寄存器FFFF（全1），然后把8位2进制数据（一个字节）与16位CRC寄存器低8位异或，并把结果放回CRC寄存器同时寄存器内容右移，MSB补0，并检查移出LSB。LSB为0则继续右移动，为1则CRC寄存器与多项式异或。重复上面操作到一个8bit字节完成，再继续对下一个数据进行相同处理，直到所有数据结束。这个时候CRC寄存器中数据就是我们所要CRC码了。实现代码如下：CRC16Lo = &HFF CRC16Lo为CRC寄存器低8位CRC16Hi = &HFF CRC16Hi为CRC寄存器高8位CL = &H1CH = &HA0 A001 H 是CRC16多项式代码For i = 0 To UBound(Data)CRC16Lo = CRC16Lo Xor Data(i) 每一个数据与CRC寄存器异或For index = 0 To 7UseHi = CRC16HiUseLo = CRC16LoCRC16Hi = CRC16Hi 2CRC16Lo = CRC16Lo 2 右移一位If (UseHi And &H1) = &H1) Then 高位字节最后一位是1话CRC16Lo = CRC16Lo Or &H80 低位字节右移后前面补1End IfIf (UseLo And &H1) = &H1) Then LSB 为1，则与多项式进行异或CRC16Hi = CRC16Hi Xor CHCRC16Lo = CRC16Lo Xor CLEnd IfNext indexNext i四、下位机工作系统设计简介 下位机一般是使用固化好通信协议及工作指令单片机。测控系统多采用是单发多收通信机制，下位机要允许用户预先设定本机址码，保证不能重复。此外，要注意通信波特率必须与上位机波特率相匹配。下位机软件开发中，要遵循Modbus规约通信帧结构对上位机传输命令进行解析：非呼叫对象应能及时重新恢复等待接受状态；响应呼叫下位机要解析命令代码并进行相应功能处理，对非法命令操作要能回送报错信息。 具体工程开发中，下位机多是采用各个厂家出品基与Modbus规约智能仪表。这样简化了我们开发工作量，下位机合理安排与设计能降低系统误码率、提高可靠性。是每个工业系统设计人员所不应该忽略重要部分。工业控制中，各种干扰源存且一般下位机数量较大，要对RS485芯片选型有很认真考虑。条件许可话尽量选用抗电击和有较大级连驱动能力芯片。理论上485芯片级连能力至少32门，目前很多芯片厂家都能使工业级级连数达到128以上。实际应用中应该让系统具有一定富余度，一般级连数不能超过该器件满载70。选配RS232到RS485转换头时候也应该尽量选用有源转换器，以提高驱动能力和稳定性。此外，工业现场降噪、隔离、布线、屏蔽等等措施合理与否也会对最后系统稳定产生影响。五、结束语 作者实际测控系统项目开发中，VB6