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Modbus RTU通讯协议Java库开发实例 读取寄存器内温度、湿度、电流传感器数值

🕗2024-09-29👁️0

当你涉及工业自动化、传感器和设备之间的通信时,Modbus协议通常会出现在你的工具箱中。Modbus是一种用于读取和控制设备数据的通信协议,它在工业控制系统中得到了广泛的应用。现在,让我们以小白理解的方式来解释Modbus如何读取保持寄存器的数据,包括单个寄存器和多个寄存器的读取。

什么是Modbus?

Modbus是一种通信协议,用于连接各种工业设备、传感器和控制器。它允许这些设备之间进行数据交换,以实现监控、控制和数据采集。Modbus协议有不同的变种,包括Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus TCP/IP,但它们都遵循相似的原则。

保持寄存器是什么?

在Modbus通信中,数据通常存储在设备内的保持寄存器中。这些寄存器可以包含各种信息,如温度、湿度、电流等。要读取这些数据,我们需要了解如何与这些保持寄存器进行通信。

读取单个保持寄存器(Holding registers)

当使用Modbus协议从Modbus从机(设备)读取单个保持寄存器时,需要指定从机地址、功能码以及保持寄存器的地址。以下是一个示例,将演示如何读取单个保持寄存器,包括从机地址和完整的Modbus RTU协议帧。

示例

假设我们要从从机地址为1的Modbus设备中读取地址为0002的保持寄存器的值。具体步骤如下:

  1. 首先,我们需要构建一个Modbus RTU协议帧,该帧包括以下内容:
  • 从机地址:1
  • 功能码:03(读取保持寄存器)
  • 起始寄存器地址:0002
  • 读取的寄存器数量:0001
  • CRC校验(循环冗余校验) 构建完成后,协议帧如下所示:
 
  1. 接下来,我们将该协议帧发送到Modbus从机。从机接收到请求后会进行处理。
  2. 从机响应请求,并返回保持寄存器的值。响应包括:
  • 功能码:03
  • 数据字节数:02(2个字节)
  • 寄存器值:高字节为02,低字节为50
  • CRC校验 响应数据包如下所示:
 

通过这个示例,我们成功地读取了从机地址为1的Modbus设备的保持寄存器0002的值,该值为0250。完整的Modbus RTU协议帧涵盖了从机地址、功能码、寄存器地址、数据字节数和CRC校验,这些信息是Modbus通信中的重要部分。请注意,CRC校验用于确保通信的完整性。

这个示例可以帮助你理解如何使用Modbus协议从Modbus从机读取单个保持寄存器的值,同时包括了完整的协议帧结构。希望这对你有所帮助。

读取多个保持寄存器

当使用Modbus协议从Modbus从机(设备)读取多个保持寄存器时,需要指定从机地址、功能码、起始寄存器地址以及要读取的寄存器数量。以下是一个示例,将演示如何读取多个保持寄存器,包括从机地址和完整的Modbus RTU协议帧。

示例

假设我们要从从机地址为1的Modbus设备中读取从地址0002开始的3个连续保持寄存器的值。具体步骤如下:

  1. 首先,我们需要构建一个Modbus RTU协议帧,该帧包括以下内容:
  • 从机地址:1
  • 功能码:03(读取保持寄存器)
  • 起始寄存器地址:0002 从00 02 开始
  • 读取的寄存器数量:0003 读取3个数量
  • CRC校验(循环冗余校验) 构建完成后,协议帧如下所示:
 
  1. 接下来,我们将该协议帧发送到Modbus从机。从机接收到请求后会进行处理。
  2. 从机响应请求,并返回请求的多个保持寄存器的值。响应包括:
  • 功能码:03
  • 数据字节数:06(6个字节)
  • 寄存器值:每个寄存器占2个字节
  • CRC校验 响应数据包如下所示:
 

例如,第一个寄存器的值为:0x0250,第二个寄存器的值为:0x03E8,第三个寄存器的值为:0x000A。

通过这个示例,我们成功地读取了从机地址为1的Modbus设备的从寄存器0002开始的3个连续保持寄存器的值。完整的Modbus RTU协议帧涵盖了从机地址、功能码、起始寄存器地址、数据字节数和CRC校验,这些信息是Modbus通信中的重要部分。希望这对你有所帮助,同时了解如何使用Modbus协议从Modbus从机读取多个连续的保持寄存器的值。

总结

这些示例帮助我们理解了如何使用Modbus协议来读取单个和多个保持寄存器的数据。请注意,实际的Modbus通信可能会涉及更多细节和配置,但这个简单的解释可以帮助初学者理解Modbus的基本原理。

总之,Modbus是一种强大的通信协议,适用于工业自动化和设备控制。它使得各种设备能够相互通信,实现数据采集和控制操作。希望这个小白理解的介绍能够帮助你更好地理解Modbus协议的读取操作。


基于Modbus和串口通讯的Java实战

关于modbus的java开源库主要有以下四种:

  • Jamod:Java Modbus实现:Java Modbus库。该库由Dieter Wimberger实施。
  • ModbusPal:ModbusPal是一个正在进行的Java项目,用于创建逼真的Modbus从站模拟器。由于预定义的数学函数和/或Python脚本,寄存器值是动态生成的。ModbusPal依赖于RxTx进行串行通信,而Jython则依赖于脚本支持。
  • Modbus4J:Serotonin Software用Java编写的Modbus协议的高性能且易于使用的实现。支持ASCII,RTU,TCP和UDP传输作为从站或主站,自动请求分区,响应数据类型解析和节点扫描。
  • JLibModbus:JLibModbus是java语言中Modbus协议的一种实现。jSSC和RXTX用于通过串行端口进行通信。该库是一个经过积极测试和改进的项目。

如果是采用标准modbus协议数据通讯则可采用如下方法:

jar包选择

        <dependency>
            <groupId>com.intelligt.modbus</groupId>
            <artifactId>jlibmodbus</artifactId>
            <version>1.2.9.7</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.github.purejavacomm</groupId>
            <artifactId>purejavacomm</artifactId>
            <version>1.0.1.RELEASE</version>
        </dependency>

以下代码可直接使用:

package com.yixinhong.modbus;

import com.intelligt.modbus.jlibmodbus.exception.ModbusIOException;
import com.intelligt.modbus.jlibmodbus.exception.ModbusNumberException;
import com.intelligt.modbus.jlibmodbus.exception.ModbusProtocolException;
import com.intelligt.modbus.jlibmodbus.master.ModbusMaster;
import com.intelligt.modbus.jlibmodbus.master.ModbusMasterFactory;
import com.intelligt.modbus.jlibmodbus.serial.*;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Service;

/**
 * @Author:lpj
 * @Package:com.yixinhong.modbus
 * @Project:BoxDataProcess
 * @name:ModbusRTU
 * @Date:2023/5/22 10:22
 * @Filename:ModbusRTU
 *
 *
 */
@Slf4j
@Service
public class ModbusRTU {


    /**
     * 初始化
     */
    public ModbusMaster init(String SerialPort) {
        SerialParameters sp = new SerialParameters();
        sp.setDevice(SerialPort);
        sp.setBaudRate(com.intelligt.modbus.jlibmodbus.serial.SerialPort.BaudRate.BAUD_RATE_9600);
//        SerialUtils.setSerialPortFactory(new SerialPortFactoryJSSC());
//        SerialUtils.setSerialPortFactory(new SerialPortFactoryRXTX());
//        SerialUtils.setSerialPortFactory(new SerialPortFactoryJavaComm());
        SerialUtils.setSerialPortFactory(new SerialPortFactoryPJC());
        ModbusMaster m = null;
        try {
            m = ModbusMasterFactory.createModbusMasterRTU(sp);
            log.error("初始化成功啦");
        } catch (SerialPortException e) {
            log.error("初始化RTU失败"+e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }
        return m;
    }


    /**
     *
     * @param slaveId  从机地址
     * @param quantity 读取寄存器数量
     */
    public int[] read(String SerialPort,Integer slaveId,Integer quantity ){
        ModbusMaster init = init(SerialPort);
//        int slaveId = 1;
        int offset = 0;
//        int quantity = 2;
        int[] registerValues = new int[quantity];
        try {
            init.connect();
            log.error("RTU连接成功啦");
            registerValues = init.readHoldingRegisters(slaveId, offset, quantity);
        } catch (ModbusIOException e) {
            log.error("RTU连接异常~"+e.getMessage()+e.getLocalizedMessage());
            e.printStackTrace();
        } catch (ModbusNumberException e) {
            log.error("数据读取失败~"+e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } catch (ModbusProtocolException e) {
            log.error("数据读取失败~" + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }catch (Exception exception)
        {
            log.error("数据读取失败~" + exception.getMessage());
        } finally {
            try {
                init.disconnect();
            } catch (ModbusIOException e) {
                log.error("RTU断开异常~"+e.getMessage());
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return registerValues;
    }
}

测试代码(读取温湿度传感器)