在工业自动化领域，Modbus协议因其简单易用、稳定性高而广受欢迎。Modbus协议是一种串行通信协议，主要用于工业现场的数据交换。本文将深入剖析Modbus协议的源码，探讨其工作原理，并结合实际应用进行讲解。

一、Modbus协议简介

Modbus协议由Modicon公司于1979年发明，主要用于连接现场智能设备，如PLC、变频器、温度控制器等。Modbus协议分为Modbus RTU（远程终端单元）和Modbus TCP/IP两种传输模式。RTU模式通过串行口进行通信，而TCP/IP模式则通过以太网进行通信。

二、Modbus源码分析

1.Modbus帧结构

Modbus帧结构主要由以下部分组成：

（1）起始字节：用于标识Modbus帧的开始。

（2）功能码：表示Modbus请求或响应的类型。

（3）数据：根据功能码的不同，包含不同的数据内容。

（4）CRC校验：用于校验数据传输的完整性。

2.Modbus源码实现

以下是一个简单的Modbus RTU帧解析示例代码：

`c

include <stdio.h>

include <string.h>

define START_BYTE 0x01

define CRC16 0x0000

// CRC16计算函数 unsigned short crc16(unsigned char data, unsigned int length) { unsigned int crc = CRC16; while (length--) { crc ^= (data++) << 8; for (int i = 0; i < 8; i++) { if (crc & 0x8000) { crc = (crc << 1) ^ 0xA001; } else { crc <<= 1; } } } return crc; }

// Modbus RTU帧解析函数 void parsemodbusrtuframe(unsigned char *frame, unsigned int length) { if (frame[0] != STARTBYTE) { printf("Invalid frame start byte\n"); return; }

unsigned short crc = crc16(frame + 3, length - 5);
if (frame[length - 2] != (crc >> 8) || frame[length - 1] != (crc & 0xFF)) {
    printf("CRC error\n");
    return;
}
// 解析功能码、数据等
printf("Function code: %02X\n", frame[1]);
printf("Data length: %02X\n", frame[2]);
// ... 其他解析 ...

}

int main() { unsigned char frame[] = {0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x02, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x02}; unsigned int length = sizeof(frame) / sizeof(frame[0]); parsemodbusrtu_frame(frame, length); return 0; } `

3.Modbus协议功能码

Modbus协议定义了多种功能码，以下是一些常见功能码及其功能：

（1）功能码01：读取保持寄存器。

（2）功能码02：读取输入寄存器。

（3）功能码03：写入单个寄存器。

（4）功能码06：写入多个寄存器。

（5）功能码10：报告服务器状态。

三、Modbus协议实战应用

1.Modbus协议在PLC中的应用

PLC（可编程逻辑控制器）是一种广泛应用于工业自动化的控制设备。Modbus协议可以方便地将PLC与现场智能设备连接，实现数据交换。以下是一个使用Modbus协议读取PLC寄存器的示例：

`c

include "modbus.h"

int main() { modbust *ctx; uint16t tab_reg[16]; int rc;

// 创建Modbus连接
ctx = modbus_new_tcp("192.168.1.100", 502);
if (ctx == NULL) {
    fprintf(stderr, "Unable to allocate libmodbus context\n");
    return -1;
}
// 读取PLC寄存器
rc = modbus_read_registers(ctx, 0, 16, tab_reg);
if (rc == -1) {
    fprintf(stderr, "Unable to read register: %s\n", modbus_strerror(errno));
} else {
    for (int i = 0; i < rc; i++) {
        printf("Register %d = %u\n", i, tab_reg[i]);
    }
}
// 关闭Modbus连接
modbus_close(ctx);
modbus_free(ctx);
return 0;

} `

2.Modbus协议在其他设备中的应用

Modbus协议不仅适用于PLC，还可以应用于其他智能设备，如变频器、温度控制器等。以下是一个使用Modbus协议读取变频器参数的示例：

`c

include "modbus.h"

int main() { modbust *ctx; uint16t tab_reg[2]; int rc;

// 创建Modbus连接
ctx = modbus_new_tcp("192.168.1.101", 502);
if (ctx == NULL) {
    fprintf(stderr, "Unable to allocate libmodbus context\n");
    return -1;
}
// 读取变频器参数
rc = modbus_read_registers(ctx, 0, 2, tab_reg);
if (rc == -1) {
    fprintf(stderr, "Unable to read register: %s\n", modbus_strerror(errno));
} else {
    printf("Frequency: %f Hz\n", tab_reg[0] / 1000.0);
    printf("Speed: %d RPM\n", tab_reg[1]);
}
// 关闭Modbus连接
modbus_close(ctx);
modbus_free(ctx);
return 0;

} `

总结

Modbus协议作为一种广泛应用于工业自动化的通信协议，具有简单易用、稳定性高等优点。本文对Modbus协议的源码进行了剖析，并结合实际应用进行了讲解。通过深入理解Modbus协议的工作原理，可以帮助我们在实际项目中更好地进行数据交换和设备控制。