2.1.2modbus协议物联网组网技术及应用

MODBUS通信协议重庆市荣昌区职业教育中心黄强制作学习目标知识目标：1.了解Modbus基础知识；2.理解报文结构、功能码含义；3.熟悉Modbus通信机制与调试流程。能力目标：1.能读懂Modbus消息帧；2.能使用调试软件完成Modbus数据读写与通信测试。素质目标：培养严谨的科学态度和精益求精的工匠精神，提升与人交流、与人合作、信息处理的能力。问：某某驾车从A地驾车去往不熟悉的B地，选择了路线之后，为了能安全地到达B地，我们还要怎样？案：遵守交通规则。同理，要保证信息传输畅通，选择了物理路径之后，设备之间还应有通信协议，即软件层协议，MODBUS通信协议就是其中之一。小组合作学习任务单1.Modbus是一种__________通信协议，广泛应用于工业控制领域。2.Modbus协议常见的两种传输模式是__________和__________。3.Modbus网络中，负责发起通信请求的设备称为__________。4.Modbus网络中，响应主机请求的设备称为__________。5.ModbusRTU采用__________校验方式保证数据传输准确性。6.Modbus数据传输中，唯一标识设备身份的参数是__________。7.Modbus协议中，用于读取开关量输入状态的功能码是__________。8.Modbus协议中，用于读取保持寄存器数据的功能码是__________。9.Modbus协议的数据单元主要由地址码、功能码、__________和校验码组成。10.Modbus协议采用__________通信模式，即一主多从结构。Modbus协议Modbus协议由Modicon(现为施耐德电气公司的一个品牌)在1979年开发，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。为了更好地普及和推动Modbus在以太网上的分布式应用，目前施耐德公司已将Modbus协议的所有权移交给分布式自动化接口(InterfaceforDistributedAutomation,IDA)组织，并专门成立了Modbus-IDA组织。Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用协议，目前已成为通用工业标准。通过此协议，控制器之间或者控制器经由网络(例如以太网)与其他设备之间可以通信。Modbus使不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。Modbus协议定义了一个消息帧结构，并描述了控制器请求访其他设备的过程、控制器如何响应来自其他设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。在Modbus.网络上通信时，每个控制器必须知道其设备地址，识别不同地址发来的消息，决定要做何种动作。如果需要响应、控制器将按Modbus消息桢格式生成反馈信息并发出。1.什么是Modbus通信协议？Modbus协议2.Modbus请求报文的模式主设备从设备从设备1主设备地址寻找回应从设备。。。从设备2下达指令单播模式广播模式Modbus协议3.Modbus消息帧构成在计算机网络通信中，帧(Frame)是数据在网络上传输的一种单位，帧般由多个部分组合而成，各部分执行不同的功能。Modbus协议在不同物理链路上的消息帧是有差异的，下面主要介绍串行链路上的Modbus消息帧格式，包括ASCII和RTU两种模式的消息帧。(1)ASCII消息帧格式在ASCII模式中，消息以冒号字符(ASCII码3AH)开始，以回车换行符(ASCII码0DH,0AH)结束。消息帧的其他域可以使用的传输字符是十六进制的0一F。Modbus网络上的各设备循环侦测起始位--冒号(“:")字符，当接收到起始位后，各设备解码地址城并判断消息是否是发给自己。注意:两个消息帧之间的时间间隔最长不能超过1s，否则接收设备将认为传输发生错误。一个典型的ModbusASCII消息帧格式如下。起始位地址域功能码域数据域LRC校验域结束符1个字符2个字符2个字符n个字符2个字符2个字符（CR,LF)Modbus协议(2)RTU消息帧格式在RTU模式中，消息的发送与接收以至少3.5个字符的间隔时间为标志。Modbus网络上的各设备不断地侦测网络总线，计算字符间的间隔时间，判断消息帧的起始位。当侦测到地址域时，各设备都对其进行解码以判断该帧数据是否发给自己。另外，一帧报文必须以连续的字符流来传输。如果在帧传输完成之前有超过1.5个字符的间隔时间，则接收设备将认为该报文帧不完整。一个典型的ModbusRTU消息帧格式如下。起始位地址域功能码域数据域CRC校验域结束符≥3.5个字符8位8位n个8位16位≥3.5个字符Modbus协议4.消息帧各组成部分的功能Modbus协议1.地址域地址域存放了Modbus消息帧中的从设备地址。ModbusASCII消息帧的地址域包含2个字符，ModbusRTU消息帧的地址城长度为1个字节(8位)。在Modbus网络中，主设备没有地址，每个从设备都具备唯一的地址。从设备的地址范围为0-247，其中地址0作为广播地址，因此从设备实际的地址范围是1-247。在下行帧中，地址域表明只有符合地址码的从机才能接收由主机发送来的消息。上行帧中的地址域指明了该消息帧发自哪个设备。Modbus协议2.功能码域功能码指明了清息帧的功能，其取范围为1-255(+进制)。在下行帧中，功能码告诉从设备应执行什么动作。在上行帧中，如果从设备发送的功能码与主设备发送的功能码相同，则表明从设备已响应主设备要求的操作;如果从设备没有响应操作或发送出错，则将返回的消息帧中的功能码最高位(MSB)置1(即加上0x80)。例如:上主设备要求从设备读一组保持寄存器时，消息帧中的功能码为:00000011(0x03)，从设备正确执行请求的动作后，返回相同的值;否则，从设备将返回异常响应信息，其功能码将为:10000011(0x83)。常见的功能码如右表所示：代码功能码名称位/字操作操作数量01读线圈状态位操作单个或多个02读离散输入状态位操作单个或多个03读保持寄存器字操作单个或多个04读输入寄存器字操作单个或多个05写单个线圈位操作单个06写单个保持寄存器字操作单个15写多个线圈位操作多个16写多个保持寄存器字操作多个Modbus协议3.数据域数据域与功能码紧密相关，存放功能码需要操作的具体数据。数据域以字节为单位，长度是可变的。4..差错校验ASCII模式与RTU模式使用了不同的差错校验方法。在ASCII模式的消息帧中，有一个差错校验字段。该字段由2个字符构成，其值是对全部报文内容进行纵向冗余校验(LongitudinalRedundancyCheck,LRC)计算得到，计算对象不包括开始的冒号及回车换行符。与ASCII模式不同，RTU消息帧的差错校验字段由16位共2个字节构成，其值是对全部报文内容进行循环冗余校验(CyclicalRedundancyCheck,CRC)计算得到。计算对象包括差错校验域之前的所有字节。将差错校验码添加进消息帧时，先添加低字节然后高字节，因此最后一个字节是CRC校验码的高位字节。Modbus协议5.Modbus消息帧实例(1)可燃气体传感器数据采集(模拟量，功能码0x04)如果主设备需要读取从设备1的可燃气体传感器数据，主设备发送请求帧如下表所示。地址域1个字节功能码域1个字节寄存器地址2个字节寄存器数量2个字节CRC校验码2个字节0x010x040x00030x00010xC1CA从设备1收到Modbus请求帧后，响应帧如下表：地址域1个字节功能码域1个字节返回字节数1个字节寄存器值2个字节CRC校验码2个字节0x010x040x020x012C0xB97DModbus协议5.Modbus消息帧实例(2)火焰传感器数据采集(模拟量，功能码0x04)如果主设备需要读取从设备1的火焰传感器数据，主设备发送请求帧如下表:所示。地址域1个字节功能码域1个字节寄存器地址2个字节寄存器数量2个字节CRC校验码2个字节0x010x040x00020x00010x900A从设备1收到Modbus请求帧后，响应帧如下表：地址域1个字节功能码域1个字节返回字节数1个字节寄存器值2个字节CRC校验码2个字节0x010x040x020x00C80xB8A6Modbus协议5.Modbus消息帧实例(2)火焰传感器数据采集(模拟量，功能码0x04)如果主设备需要读取从设备1的火焰传感器数据，主设备发送请求帧如下表所示。地址域1个字节功能码域1个字节寄存器地址2个字节寄存器数量2个字节CRC校验码2个字节0x010x040x00020x00010x900A从设备1收到Modbus请求帧后，响应帧如下表：地址域1个字节功能码域1个字节返回字节数1个字节寄存器值2个字节CRC校验码2个字节0x010x040x020x00C80xB8A6Modbus协议练一练：通过消息帧读取火焰传感器的值。1.准备工作：在新大陆物联网仿真实训教学平台上搭建火焰传感器电路并完成配置。2.操作步骤：（1）打开串口调试工具XCOMV2.0.exe；（2）完成勾选：先打开串口，勾选16