目录

Modbus-RTU协议

帧结构示例

CRC16校验算法

CRC16算法的过程

modbus-rtu的使用

发送数据

接收数据

tcp网口完整实现modbus-rtu协议

使用NModbus4实现modbus-rtu协议

安装NModbus4库。

串口实现NModbus4

Modbus-RTU协议

Modbus RTU 协议是一种开放的串行协议，广泛应用于当今的工业监控设备中。该协议使用 RS-232 或 RS-485 串行接口进行通信，并得到市场上几乎所有商业 SCADA、HMI、OPC 服务器和数据采集软件程序的支持。因此，很容易将 Modbus 兼容设备集成到新的或现有的监控应用程序中，并具有即时的软件支持。

帧结构：设备地址、功能码、数据和CRC校验字段。

常用功能码：Modbus-RTU协议定义了一系列常用的功能码，用于执行不同的操作，如读取保持寄存器、写入单个寄存器、写入多个寄存器等。

(1). 功能码-0x03读保持寄存器：该功能码用于从设备中读取一个或多个保持寄存器的值。

(2). 功能码-0x06写单个寄存器：该功能码用于向设备中写入一个保持寄存器的值。

(3). 功能码-0x10写多个寄存器：该功能码用于向设备中写入多个连续的保持寄存器的值。

帧结构示例

Modbus RTU 功能 01 用于从 Modbus 从站数据采集设备读取线圈状态或数字输出状态。请参阅下面的典型命令和响应以及使用说明。

    主机发送：  01 03 00 00 00 01 84 0A

    从机响应：  01 03 02 19 98 B2 7E

该例子中，主机发送的数据为`地址 + 功能码 + 数据 + 校验`​，CRC校验码是根据前面的数据计算得出的

回复的数据格式

​

CRC16校验算法

CRC全称循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check， CRC)，是通信领域数据传输技术中常用的检错方法，用于保证数据传输的可靠性。

CRC校验的基本思路是数据发送方发送数据之前，先生成一个CRC校验码，可以是单bit也可以是多bit，并附在有效数据末尾，以串行方式发送到接收方。接收方接收到数据后，进行CRC校验，根据校验结果就可以知道数据是否有误。

CRC校验码的生成：将有效数据**扩展后**作为被除数，使用一个指定的**多项式**作为除数，进行模二除法，得到的**余数**就是校验码。

数据接收方的CRC校验：将接受的数据(**有效数据+CRC校验码**)扩展后作为被除数，用指定的多项式作为除数，进行模二除法，得到**余数为0**，则表示校验正确。

我们使用代码向设备发送命令帧时需要使用CRC算法计算校验值，当设备响应数据时使用CRC算法校验该数据是否正确，

CRC16算法的过程

1 初始化一个16位的寄存器地址 用作初始值

2 遍历数据字节，从最高位到最低位， 

3 将数据字节与寄存器异或

4 对寄存器进行8次迭代，每一次迭代将寄存器右移一位

5 如果最低位位1，将寄存器与生成多项式0x8005异或，否则只进行右移操作

6 重复上述步骤直到遍历完所有的字节

7 最终寄存器的值就是crc16校验码

8 crc计算之后高低位进行互换

以下是封装的CRC16效验算法类：

<code>    public static class CRC16

    {

        /// <summary>

        /// CRC校验，参数data为byte数组

        /// </summary>

        /// <param name="data">校验数据，字节数组</param>code>

        /// <returns>字节0是高8位，字节1是低8位</returns>

        public static byte[] CRCCalc(byte[] data)

        {

            //crc计算赋初始值

            int crc = 0xffff;

            for (int i = 0; i < data.Length; i++)

            {

                crc = crc ^ data[i];

                for (int j = 0; j < 8; j++)

                {

                    int temp;

                    temp = crc & 1;

                    crc = crc >> 1;

                    crc = crc & 0x7fff;

                    if (temp == 1)

                    {

                        crc = crc ^ 0xa001;

                    }

                    crc = crc & 0xffff;

                }

            }

            //CRC寄存器的高低位进行互换

            byte[] crc16 = new byte[2];

            //CRC寄存器的高8位变成低8位，

            crc16[1] = (byte)((crc >> 8) & 0xff);

            //CRC寄存器的低8位变成高8位

            crc16[0] = (byte)(crc & 0xff);

            return crc16;

        }

        /// <summary>

        /// CRC校验，参数为空格或逗号间隔的字符串

        /// </summary>

        /// <param name="data">校验数据，逗号或空格间隔的16进制字符串(带有0x或0X也可以),逗号与空格不能混用</param>code>

        /// <returns>字节0是高8位，字节1是低8位</returns>

        public static byte[] CRCCalc(string data)

        {

            //分隔符是空格还是逗号进行分类，并去除输入字符串中的多余空格

            IEnumerable<string> datac = data.Contains(",") ? data.Replace(" ", "").Replace("0x", "").Replace("0X", "").Trim().Split(',') : data.Replace("0x", "").Replace("0X", "").Split(' ').ToList().Where(u => u != "");

            List<byte> bytedata = new List<byte>();

            foreach (string str in datac)

            {

                bytedata.Add(byte.Parse(str, System.Globalization.NumberStyles.AllowHexSpecifier));

            }

            byte[] crcbuf = bytedata.ToArray();

            //crc计算赋初始值

            return CRCCalc(crcbuf);

        }

        /// <summary>

        ///  CRC校验，截取data中的一段进行CRC16校验

        /// </summary>

        /// <param name="data">校验数据，字节数组</param>code>

        /// <param name="offset">从头开始偏移几个byte</param>code>

        /// <param name="length">偏移后取几个字节byte</param>code>

        /// <returns>字节0是高8位，字节1是低8位</returns>

        public static byte[] CRCCalc(byte[] data, int offset, int length)

        {

            byte[] Tdata = data.Skip(offset).Take(length).ToArray();

            return CRCCalc(Tdata);

        }

    }

modbus-rtu的使用

<code>    // 假设这是从设备响应的数据

    // 0x01：设备地址码

    // 0x03：功能码

    // 0x02：读取到的数据字节

    // 0x00, 0x01：当前风力等级

    // 0x79, 0x84：校验码

    byte[] value = new byte[] { 0x01, 0x03, 0x02, 0x00, 0x01, 0x79, 0x84 };

    // 1、验证校验码是否正确

    byte[] crc = CRC16.CRCCalc(value, 0, value.Length - 2);

    if (crc[0] != value[value.Length - 2] || crc[1] != value[value.Length-1] ) {

        MessageBox.Show("数据校验错误，应忽略");

        return;

    }

    // 2、验证设备地址

    if (value[0] !=  0x01)

    {

        MessageBox.Show("设备地址不正确");

        return;

    }

    // 3、计算数据

    // int v = value[3] * 256 + value[4];  // 因为这个数据占两个字节，每个字节最大255，相当于256进制，转换为10进制

    int v = (value[3] << 8) + value[4];       // 也可以使用左移运算符，高位左移8位，相当于乘2的8次方

    // 4、数据展示

    MessageBox.Show("风力等级：" + v);

tcp网口完整实现modbus-rtu协议

public partial class Form1 : Form

{

/// <summary>

/// 套接字

/// </summary>

Socket socket;

/// <summary>

/// IP地址

/// </summary>

string Ip = "192.168.107.5";

/// <summary>

/// 端口

/// </summary>

string Dk = "8016";

/// <summary>

/// 命令帧

/// </summary>

string Icommand = "01 03 00 00 00 02";

public Form1()

{

InitializeComponent();

button1.Enabled = false;

checkBox1.Enabled = false;

}

/// <summary>

/// 打开连接

/// </summary>

/// <param name="sender"></param>code>

/// <param name="e"></param>code>

private void button2_Click(object sender, EventArgs e)

{

if (button2.Text == "连接网口")

{

try

{

socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

socket.Connect(Ip, int.Parse(Dk));

button1.Enabled = true;

checkBox1.Enabled = true;

button2.Text = "断开";

this.timer1.Start();

}

catch (Exception ex)

{

MessageBox.Show(ex.Message);

}

}

else

{

if (socket == null) return;

socket.Close();

button1.Enabled = false;

checkBox1.Enabled = false;

checkBox1.Checked = false;

button2.Text = "连接网口";

this.timer1.Stop();

}

}

/// <summary>

/// 刷新风速风向数据

/// </summary>

/// <param name="sender"></param>code>

/// <param name="e"></param>code>

private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)

{

byte[] bs = new byte[1024];

bs = StringToByte(Icommand);

byte[] bb = CRCCalc(bs);

bs = bs.Concat(bb).ToArray();

await Task.Run(() =>

{

socket.Send(bs); // 发送请求帧

byte[] body = new byte[1024];

int length = socket.Receive(body); // 获取响应帧

double value = (body[3] * 256+ body[4]) *0.01;

double value2 = (body[5] * 256 + body[6]);

this.Invoke(new Action(() =>

{

this.textBox1.Text = value.ToString() + "m/s";

this.textBox2.Text = value2.ToString();

}));

});

}

/// <summary>

/// 字符串转字节

/// </summary>

/// <param name="s"></param>code>

/// <returns></returns>

byte[] StringToByte(string s)

{

string[] strings = s.Split(' ') ;

byte[] bs = new byte[strings.Length];

for (int i = 0; i < strings.Length; i++)

{

bs[i] = Convert.ToByte(strings[i],16);

}

return bs;

}

/// <summary>

/// CRC效验

/// </summary>

/// <param name="data"></param>code>

/// <returns></returns>

public static byte[] CRCCalc(byte[] data)

{

//crc计算赋初始值

int crc = 0xffff;

for (int i = 0; i < data.Length; i++)

{

//XOR

//(1) 0^0=0,0^1=1 0异或任何数＝任何数

//(2) 1 ^ 0 = 1,1 ^ 1 = 0 1异或任何数－任何数取反

//(3) 1 ^ 1 = 0,0 ^ 0 = 0 任何数异或自己＝把自己置0

//异或操作符是^。异或的特点是相同为false，不同为true。

crc = crc ^ data[i]; //和^表示按位异或运算。

//0x0fff ^ 0x01 Console.WriteLine(result.ToString("X"));

// 输出结果为4094，即十六进制数1001

for (int j = 0; j < 8; j++)

{

int temp;

temp = crc & 1; // & 运算符(与) 1 & 0 为 0 ;0 & 0 为0;1 & 1 为1

//右移 (>>) 将第一个操作数向右移动第二个操作数所指定的位数，空出的位置补0。右移相当于整除. 右移一位相当于除以2;右移两位相当于除以4;右移三位相当于除以8。

//int i = 7;

//int j = 2;

//Console.WriteLine(i >> j); //输出结果为1

crc = crc >> 1;

crc = crc & 0x7fff;

if (temp == 1)

{

crc = crc ^ 0xa001;

}

crc = crc & 0xffff;

}

}

//CRC寄存器的高低位进行互换

byte[] crc16 = new byte[2];

//CRC寄存器的高8位变成低8位，

crc16[1] = (byte)((crc >> 8) & 0xff);

//CRC寄存器的低8位变成高8位

crc16[0] = (byte)(crc & 0xff);

return crc16;

}

}

使用NModbus4实现modbus-rtu协议