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关于wpf:Modbus协议与SerialPort端口读写

jiezi

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一、Modbus 协定

  • 概念
    Modbus 协定是 MODICON（莫迪康）（现施耐德品牌）在 1979 年开发的，是寰球第一个真正用于现场的总线协定。
    Modbus 协定是利用于电子控制器的一种通用语言。通过此协定，能够实现控制器相互之间、控制器经由网络和其余设施之间的通信。

  • 特点

    • 规范凋谢、公开发表、无版税要求、无许可证费（没有费用）
    • 反对多种接口（RS232\RS422\RS485\RJ45）；各种传输介质（双绞线，网线）
    • 格局简略、紧凑、通俗易懂，容易上手（好用）

  • Modbus 总线通信环境

    • 根本通信

    • 从机编码

      二、Modbus 协定的分类

  • 分类

    • 串口 RS485（一注多从）：ModbusAscii【Ascii 字符形式进行发送】、ModbusRTU
    • 以太网（点对点链接）ModbusTCP、ModbusUDP

  • Modbus 协定下的数据存储

    • 数据存储中的位、字节 byte（8 位）、字 word（2 个字节，16 位）、双字 word(4 个字节 32 位)，C# 中的数据显示：数据类型、显示格局

    • 内存分区与性能

      存储区 对象类型 拜访类型 存储区标识 阐明 可用性能码
      线圈状态 单个 bit 读写 0XXXX 通过应用程序扭转这种类型数据 01 05 15
      输出线圈 单个 bit 只读 1XXXX I/ O 零碎提供这种类型数据 02
      输出寄存器 16- 位字 只读 3XXXX I/ O 零碎提供这种类型数据 04
      放弃寄存器 16- 位字 读写 4XXXX 通过应用程序扭转这种类型数据 03 06 16

    • 操作存储区的命令

      • 性能码：01、02、03、04、05、06、15、16

三、Modbus 通信报文解读

  • 读寄存器音讯帧格局

    • TX：发送 RX：接管
      示例如下：16 进制

           //01：读 1 号从站放弃型寄存器 
     //03：性能码
     //00 00  : 起始地址（高下位）00 00 
     //00 0A  : 读取数量（高下位）00 0A
     //C5 CD:CRC 校验
     Tx:000662-01 03 00 00 00 0A C5 CD
     Rx:000663-01 03 14 02 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 DA 85

    • 0x03 0x04

      • 申请
        | 从站地址 | 性能码 | 起始地址 | 读取长度(2byte – > 16bit) | CRC |
        | — | — | — | — | — |
        | 01 | 03 | 00（Hi）00（Lo）| 00（Hi）0A（Lo）| CS CD |

      • 响应

        从站地址 性能码 字节数 寄存器值（1） 寄存器值（2） …… 寄存器值（20） CRC
        01 03 14 00（Hi）00（Lo） 00（Hi）00（Lo） ….. 00（Hi）00（Lo） XX XX

      • 代码如下

        • 实现形式一

              SerialPort serialPort = new SerialPort("COM3", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
                    serialPort.Open();
                    Modbus.Device.ModbusMaster modbusMaster = Modbus.Device.ModbusSerialMaster.CreateRtu(serialPort);
                    Task.Run(() =>
                    {while (true)
                        {Task.Delay(5000).Wait();
                            ushort[] arry = modbusMaster.ReadInputRegisters(1, 0, 2);
                            Console.WriteLine($"温度：{(arry[1] * 0.1).ToString("#0.0")} ℃");
                            Console.WriteLine($"湿度：{(arry[0] * 0.1).ToString("#0.0")}%");
                        }
                    });

        • 实现形式二

             SerialPort serialPort = new SerialPort("COM3", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
    serialPort.Open();

    List<byte> bytes = new List<byte>();
    // 设施号
    bytes.Add(0x01);
    // 性能码
    bytes.Add(0x03);
    // 地址  两个字节
    ushort addr = 0;
    bytes.Add((byte)(addr / 256));  // 高位
    bytes.Add((byte)(addr % 256)); // 低位
                                   // 数量
    ushort leng = 2;
    bytes.Add((byte)(leng / 256));  // 高位
    bytes.Add((byte)(leng % 256)); // 低位
                                   //CRC 校验码
    bytes = CRC16(bytes);
    // 发送报文
    serialPort.Write(bytes.ToArray(), 0, bytes.Count);
    // 接管报文

    byte[] data = new byte[2 * 2 + 5];
    serialPort.Read(data, 0, data.Length);
    // 解析报文  短整型    01 03 06 00 19 00 19 00 02 6C B1 
    for (int i = 3; i < data.Length - 2; i = i + 2)
    {byte[] vb = new byte[2] {data[i + 1], data[i] };
        ushort u = BitConverter.ToUInt16(vb);// 无符号短整型   BitConverter 为小端解决
        Console.WriteLine(u);
    }

    // 解析浮点型    ABCD
    for (int i = 3; i < data.Length - 2; i += 4)
    {var v = data[i + 3];  //D
        var v1 = data[i + 2];//C
        var v3 = data[i + 1];//B
        var v4 = data[i];//A
        byte[] vb = new byte[4] {data[i + 3],
                data[i + 2],
                data[i + 1],
                data[i]
            };
        float aa = BitConverter.ToSingle(vb);
        //   Console.WriteLine(u);
    }
    static List<byte> CRC16(List<byte> value, ushort poly = 0xA001, ushort crcInit = 0xFFFF)
    {if (value == null || !value.Any())
            throw new ArgumentException("");

        // 运算
        ushort crc = crcInit;
        for (int i = 0; i < value.Count; i++)
        {crc = (ushort)(crc ^ (value[i]));
            for (int j = 0; j < 8; j++)
            {crc = (crc & 1) != 0 ? (ushort)((crc >> 1) ^ poly) : (ushort)(crc >> 1);
            }
        }
        byte hi = (byte)((crc & 0xFF00) >> 8);  // 高地位
        byte lo = (byte)(crc & 0x00FF);         // 低地位

        List<byte> buffer = new List<byte>();
        buffer.AddRange(value);
        buffer.Add(lo);
        buffer.Add(hi);
        return buffer;
    }

  • 写单寄存器音讯帧格局

    • 申请与响应

      从站地址 性能码 写入地址 写入值（2） CRC
      01 06 00（Hi）00（Lo） 00（Hi）00（Lo） XX XX

    • 代码如下

              SerialPort serialPort = new SerialPort("COM1", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
        serialPort.Open();
        List<byte> bytes = new List<byte>();
        // 设施号
        bytes.Add(0x01);
        // 性能码
        bytes.Add(0x06);
        // 地址  两个字节
        ushort addr = 3;
        bytes.Add((byte)(addr / 256));  // 高位
        bytes.Add((byte)(addr % 256)); // 低位
        // 写入寄存器的值
        ushort value = 100;
        bytes.Add((byte)(value / 256));  // 高位
        bytes.Add((byte)(value % 256)); // 低位
                                        //CRC 校验码
        bytes = CRC16(bytes);
        serialPort.Write(bytes.ToArray(), 0, bytes.Count);

  • 写多寄存器音讯帧格局

    • 申请

      从站地址 性能码 写入地址 写入数量 字节数 写入值 CRC
      01 10 00（Hi）00（Lo） 00（Hi）0A（Lo） 04 0A AB 00 01 XX XX

    • 响应

      从站地址 性能码 写入地址 写入数量 CRC
      01 0F 00（Hi）00（Lo） 00（Hi）0A（Lo） XX XX

    • 代码如下

      • 整形数据

               SerialPort serialPort = new SerialPort("COM1",9600,Parity.None,8,StopBits.One);
        serialPort.Open();
        List<byte> list = new List<byte>();
        // 设施号
        list.Add(0x01);
        // 性能码
        list.Add(0x10);
        // 地址
        ushort addr = 0;
        list.Add((byte)(addr / 256));// 高位
        list.Add((byte)(addr % 256));// 低位 
        // 写入多个雷同类型的值
        List<ushort> values = new List<ushort>();
        values.Add(111);
        values.Add(item: 222);
        values.Add(333);
        // 写入数量 
        list.Add((byte)(values.Count / 256));// 高位
        list.Add((byte)(values.Count % 256));// 低位 
        // 写入字节数 6 个字节
        list.Add((byte)(values.Count*2));
        for (int i = 0; i < values.Count; i++)
        {
            // 第一种
            //list.Add((byte)(values[i] / 256));
            //list.Add((byte)(values[i] %256));
            // 第二种
            //list.Add(BitConverter.GetBytes(values[i])[1]);
            // list.Add(BitConverter.GetBytes(values[i])[0]);
            // 第三种
            list.AddRange(BitConverter.GetBytes(values[i]).Reverse());
        }
        list = CRC16(list);
        serialPort.Write(list.ToArray(),0, list.Count);        
   // 验证检验码
   static List<byte> CRC16(List<byte> value, ushort poly = 0xA001, ushort crcInit = 0xFFFF)
    {if (value == null || !value.Any())
            throw new ArgumentException("");

        // 运算
        ushort crc = crcInit;
        for (int i = 0; i < value.Count; i++)
        {crc = (ushort)(crc ^ (value[i]));
            for (int j = 0; j < 8; j++)
            {crc = (crc & 1) != 0 ? (ushort)((crc >> 1) ^ poly) : (ushort)(crc >> 1);
            }
        }
        byte hi = (byte)((crc & 0xFF00) >> 8);  // 高地位
        byte lo = (byte)(crc & 0x00FF);         // 低地位

        List<byte> buffer = new List<byte>();
        buffer.AddRange(value);
        buffer.Add(lo);
        buffer.Add(hi);
        return buffer;
    }
        • 浮点型数据
               SerialPort serialPort = new SerialPort("COM1", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
        serialPort.Open();
        List<byte> list = new List<byte>();
        // 设施号
        list.Add(0x01);
        // 性能码
        list.Add(0x10);
        // 地址
        ushort addr = 0;
        list.Add((byte)(addr / 256));// 高位
        list.Add((byte)(addr % 256));// 低位 
        List<float> values = new List<float>();
        values.Add(1.1f);
        values.Add(item: 2.1f);
        values.Add(item: 2.3f);
        // 数量
        list.Add((byte)(values.Count * 2 / 256));
        list.Add((byte)(values.Count * 2 % 256));
        // 字节长度
        list.Add((byte)(list.Count * 4));
        for (int i = 0; i < values.Count; i++)
        {list.Add(BitConverter.GetBytes(values[i])[3]);  //A
            list.Add(BitConverter.GetBytes(values[i])[2]); //B
            list.Add(BitConverter.GetBytes(values[i])[1]);//C
            list.Add(BitConverter.GetBytes(values[i])[0]);//D
        }
        list = CRC16(list);
        serialPort.Write(list.ToArray(), 0, list.Count);     
        // 验证检验码
       static List<byte> CRC16(List<byte> value, ushort poly = 0xA001, ushort crcInit = 0xFFFF)
        {if (value == null || !value.Any())
                throw new ArgumentException("");

            // 运算
            ushort crc = crcInit;
            for (int i = 0; i < value.Count; i++)
            {crc = (ushort)(crc ^ (value[i]));
                for (int j = 0; j < 8; j++)
                {crc = (crc & 1) != 0 ? (ushort)((crc >> 1) ^ poly) : (ushort)(crc >> 1);
                }
            }
            byte hi = (byte)((crc & 0xFF00) >> 8);  // 高地位
            byte lo = (byte)(crc & 0x00FF);         // 低地位

            List<byte> buffer = new List<byte>();
            buffer.AddRange(value);
            buffer.Add(lo);
            buffer.Add(hi);
            return buffer;
        }

  • 线圈状态

    • 读线圈音讯帧格局：OXO1，0X02

      • 申请

        从站地址 性能码 起始地址 读取长度 CRC
        01 01 00(HI) 00(LO) 00(HI) 0A(LO) xx xx

      • 响应

        从站地址 性能码 字节数 输入状态 15-8 输入状态 15-8 CRC
        01 01 02 00 00 xx xx

      • 代码如下

                  SerialPort serialPort = new SerialPort("COM1", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
          serialPort.Open();
          List<byte> list = new List<byte>();
          // 设施名称
          list.Add(0x01);
          // 性能码
          list.Add(0x01);
          // 起始地址
          ushort addr = 0;
          list.Add((byte)(addr / 256));// 高位
          list.Add((byte)(addr % 256));// 低位 
          // 读取寄存器数量
          ushort leng = 10;
          list.Add((byte)(leng / 256));  // 高位
          list.Add((byte)(leng % 256)); // 低位
          list = CRC16(list);
          serialPort.Write(list.ToArray(), 0, list.Count);

          // 响应
          byte[] data = new byte[(int)Math.Ceiling(leng * 1.0 / 8) + 5];
          serialPort.Read(data, 0, data.Length);
          List<byte> dataList = new List<byte>();
          // 获取字节数据  2 个字节   16 位
          for (int i = 3; i < data.Length && dataList.Count < (int)Math.Ceiling(leng * 1.0 / 8); i++)
          {dataList.Add(data[i]);
          }
          int count = 0;
          // 字节运算
          for (int i = 0; i < dataList.Count; i++)
          { 
              // 按位与运算的形式
              for (int k = 0; k < 8; k++)
              {
                  // 移位
                  byte temp = (byte)(1 << k % 8);
                  // 与运算
                  byte b = (byte)(dataList[i] & temp);
                  // 输入后果 
                  Console.WriteLine((dataList[i] & temp) != 0);
                  count++;
                  if (count == leng)
                      break;
              }
          }
      //CRC 校验码
      static List<byte> CRC16(List<byte> value, ushort poly = 0xA001, ushort crcInit = 0xFFFF)
      {if (value == null || !value.Any())
              throw new ArgumentException("");

          // 运算
          ushort crc = crcInit;
          for (int i = 0; i < value.Count; i++)
          {crc = (ushort)(crc ^ (value[i]));
              for (int j = 0; j < 8; j++)
              {crc = (crc & 1) != 0 ? (ushort)((crc >> 1) ^ poly) : (ushort)(crc >> 1);
              }
          }
          byte hi = (byte)((crc & 0xFF00) >> 8);  // 高地位
          byte lo = (byte)(crc & 0x00FF);         // 低地位

          List<byte> buffer = new List<byte>();
          buffer.AddRange(value);
          buffer.Add(lo);
          buffer.Add(hi);
          return buffer;
      }

    • 写线圈状态帧 0x05

      • 申请

      • 响应

        从站地址 性能码 写入地址 写入值 CRC
        01 05 00(HI) 00(LO) FF（HI）/00(HI) 00(Lo) xx xx

      • 代码如下

                  SerialPort serialPort = new SerialPort("COM1", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
          serialPort.Open();
          List<byte> data = new List<byte>();
          // 设施名称
          data.Add(0x01);
          // 性能码
          data.Add(0x05);
          // 地址
          ushort addr = 11;
          data.Add((byte)(addr/256));// 高位
          data.Add((byte)(addr % 256));// 低位
          // 写入值  on:0xFF  0x00 off:0x00 0x00
          data.Add(0x00);
          data.Add(0x00);
          // 校验
          data = CRC16(data);
          serialPort.Write(data.ToArray(),0, data.Count);     
          
      //CRC 校验码
      static List<byte> CRC16(List<byte> value, ushort poly = 0xA001, ushort crcInit = 0xFFFF)
      {if (value == null || !value.Any())
              throw new ArgumentException("");

          // 运算
          ushort crc = crcInit;
          for (int i = 0; i < value.Count; i++)
          {crc = (ushort)(crc ^ (value[i]));
              for (int j = 0; j < 8; j++)
              {crc = (crc & 1) != 0 ? (ushort)((crc >> 1) ^ poly) : (ushort)(crc >> 1);
              }
          }
          byte hi = (byte)((crc & 0xFF00) >> 8);  // 高地位
          byte lo = (byte)(crc & 0x00FF);         // 低地位

          List<byte> buffer = new List<byte>();
          buffer.AddRange(value);
          buffer.Add(lo);
          buffer.Add(hi);
          return buffer;
      }

    • 写多线圈状态帧 0x0F

      • 申请

        从站地址 性能码 写入地址 写入数量 字节数 写入值 CRC
        01 0F 00(HI) 00(LO) 00(HI) 0A(LO) 02 0A(Hi) AB(Lo) xx xx
      • 响应
        | 从站地址 | 性能码 | 写入地址 | 写入数量 | CRC |
        | — | — | — | — | — |
        | 01 | 0F | 00(HI) 00(LO) | 00(HI) 00(LO) | xx xx |

      • 代码如下

                  SerialPort serialPort = new SerialPort("COM1", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
          serialPort.Open();
          List<byte> data = new List<byte>();
          // 设施名称
          data.Add(0x01);
          // 性能码
          data.Add(0x0F);
          // 地址
          ushort addr = 10;
          data.Add((byte)(addr / 256));// 高位
          data.Add((byte)(addr % 256));// 低位
       
          // 输出值
          List<bool> state = new List<bool>() { true, false, true, false, true ,true, false, true, false, true};
          // 写入数量  写入多少个寄存器 
          data.Add((byte)(state.Count / 256));// 高位
          data.Add((byte)(state.Count % 256));// 低位 

          byte data1 = 0;
          List<byte> list = new List< byte > ();
          int index = 0;
          //0000 0000 
          for (int i = 0; i < state.Count; i++)
          {if (i % 8 == 0)
                  list.Add(0x00);
              index = list.Count-1;
              if (state[i])
              {
                  // 移位
                  byte temp = (byte)(1 << (i%8));
                  // 或运算
                  list[index]  |=  temp;
              }
       
          }
          // 字节数
          data.Add((byte)list.Count);
          // 增加
          data.AddRange(list);
          // 校验
          data = CRC16(data);
          serialPort.Write(data.ToArray(),0,data.Count);
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