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IoTClient开发3 - ModBusTcp协议客户端实现

时间:2021-07-01 10:21:17 帮助过:9人阅读

前言

进过前面两章的介绍,今天开始正式的实战。

进制转换

很多朋友对于进制转换可能是在刚学计算机的时候有接触,后来做高级语言开发可能就慢慢忘记了。我们做工控开发的时候需要经常进行进制转换,这里和大家一起复习下。
一个字节等8位(1byte = 8bit),可以存储2^8(0-255)共计256个数字。所以我们要对8、256等数字要敏感。
int16(short), int32(int), int64(long) 分别是占用2个字节、4个字节、8个字节,Single(float)也是占用4个字节。

  1. <code>bool System.Boolean (布尔型,其值为 true 或者 false)
  2. byte System.Byte (字节型,占 1 字节,表示 8 位正整数,范围 0 ~ 255)
  3. sbyte System.SByte (带符号字节型,占 1 字节,表示 8 位整数,范围 -128 ~ 127)
  4. char System.Char (字符型,占有 2 个字节,表示 1 个 Unicode 字符)
  5. short System.Int16 (短整型,占 2 字节,表示 16 位整数,范围 -32,768 ~ 32,767)
  6. ushort System.UInt16 (无符号短整型,占 2 字节,表示 16 位正整数,范围 0 ~ 65,535)
  7. uint System.UInt32 (无符号整型,占 4 字节,表示 32 位正整数,范围 0 ~ 4,294,967,295)
  8. int System.Int32 (整型,占 4 字节,表示 32 位整数,范围 -2,147,483,648 到 2,147,483,647)
  9. float System.Single (单精度浮点型,占 4 个字节)
  10. ulong System.UInt64 (无符号长整型,占 8 字节,表示 64 位正整数)
  11. long System.Int64 (长整型,占 8 字节,表示 64 位整数)
  12. double System.Double (双精度浮点型,占8 个字节)</code>

接着我们来看其他进制转十进制的计算

  1. <code>十进制转十进制
  2. 1263 = 1*10^3 + 2*10^2 + 6*10^1 + 3*10^0 = 1000 + 200 + 60 + 3 = 1263
  3. 二进制转十进制
  4. 1001 = 1*2^3 + 0*2^2 + 0*2^1 + 1*2^0 = 8 + 0 + 0 + 1 = 9
  5. 十六进制转十进制
  6. 3245 = 3*16^3 + 2*16^2 + 4*16^1 + 5*16^0 = 3*4096 + 2*256 + 4*16 + 5 = 12869</code>

十进制转二进制

  1. <code>第八位 第七位 第六位 第五位 第四位 第三位 第二位 第一位
  2. 2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0
  3. 128 64 32 16 8 4 2 1
  4. 以上位二进制位能存储最大十进制数,所以我们反过来也可以对照把十进制转二进制。比如86,
  5. 86小于128多以第八位是0,86大于64所以第七位是1。86-64=22,22小于32所以第六位是0,22大于16所以第五位是1。。。 </code>

技术图片
所以最好转成二进制是:0101 0110

二进制转十六进制

我们用二进制 0101 0110来演示,也就是上面十进制的86。
技术图片

当然,你最好用计算器验证下
技术图片

ModBusTcp协议介绍

我们在对进制转换进行复习过后,接下来讲ModBusTcp协议。
ModBus协议是现在工控里面用的比较多比较通用的一种协议,什么可靠啊、简单啊等等一些优点就不说了,直接入正题。
ModBus分为RTU、ASCII、TCP三种方式进行通信,今天我们只讲TCP。
在ModBus里面有站号、功能码、寄存器地址等概念。

  • 站号:多设备的标识号
  • 功能码:一些功能的标识号
    功能码详解:
  1. <code>01:读线圈
  2. 02:读离散量
  3. 03:读保持寄存器(每个寄存器含有两个字节)
  4. 04:读输入寄存器
  5. 05:写单个线圈
  6. 06:写单个寄存器
  7. 15:用于写多个线圈
  8. 16:写多个寄存器</code>

ModBusTcp报文分析

协议的理解和实现主要就是要对协议报文理解。(注意:以下报文数据都是十六进制)

数据【读取-请求报文】:19 B2 00 00 00 06 02 03 00 04 00 01

  • 19 B2 是客户端发的检验信息,随意定义。
  • 00 00 代表是基于tcp/ip协议的modbus
  • 00 06 标识后面还有多长的字节
  • 02 表示站号地址
  • 03 为功能码(读保持寄存器)
  • 00 04 为寄存器地址
  • 00 01 为寄存器的长度(寄存器个数)

数据【读取-响应报文】(分两次获取)

第一次获取前八个字节(Map报文头):19 B2 00 00 00 05 02 03 02 00 20

  • 19 B2 检验验证信息(复制的客户端发的,配件检验)
  • 00 00 代表是基于tcp/ip协议的modbus(复制的客户端发的)
  • 00 05 为当前位置到最后的长度
  • 02 表示站号地址(复制的客户端发的)
  • 03 为功能码(复制的客户端发的)

第二次获取的报文:02 00 20

  • 02 字节个数
  • 00 20 响应的数据

数据【写入-请求报文】:19 B2 00 00 00 09 02 10 00 04 00 01 02 00 20

  • 19 B2 是客户端发的检验信息,随意定义。
  • 00 00 代表是基于tcp/ip协议的modbus
  • 00 09 从本字节下一个到最后
  • 02 站号
  • 10 功能码(转十进制就是16)
  • 00 04 寄存器地址
  • 00 01 寄存器的长度(寄存器个数)
  • 02 写字节的个数
  • 00 20 要写入的值(转十进制为32)

数据【写入-响应报文】:19 B2 00 00 00 06 02 10 00 04 00 01

和请求报文的区别

  • 没有了请求报文的数据值
  • 00 09 变成了00 06 因为报文长度变了
  • 其他的报文意义和请求报文一致

ModBusTcp对寄存器的读取

有了上面的三个报文做参考,我们就可以用Socket来实现ModBusTcp协议了。其实协议就是按照报文的规定来,也没有想的那么复杂,和我们前面实现的聊天通讯软件区别不大。
第一步,我们先实现数据读取报文的组装:

  1. <code>/// <summary>
  2. /// 获取读取命令(此方法传入参数后就可以得到类似19 B2 00 00 00 06 02 03 00 04 00 01这样的请求报文)
  3. /// </summary>
  4. /// <param name="address">寄存器起始地址</param>
  5. /// <param name="stationNumber">站号</param>
  6. /// <param name="functionCode">功能码</param>
  7. /// <param name="length">读取长度</param>
  8. /// <returns></returns>
  9. public static byte[] GetReadCommand(ushort address, byte stationNumber, byte functionCode, ushort length)
  10. {
  11. byte[] buffer = new byte[12];
  12. buffer[0] = 0x19;
  13. buffer[1] = 0xB2;//Client发出的检验信息
  14. buffer[2] = 0x00;
  15. buffer[3] = 0x00;//表示tcp/ip 的协议的modbus的协议
  16. buffer[4] = 0x00;
  17. buffer[5] = 0x06;//表示的是该字节以后的字节长度
  18. buffer[6] = stationNumber; //站号
  19. buffer[7] = functionCode; //功能码
  20. buffer[8] = BitConverter.GetBytes(address)[1];
  21. buffer[9] = BitConverter.GetBytes(address)[0];//寄存器地址
  22. buffer[10] = BitConverter.GetBytes(length)[1];
  23. buffer[11] = BitConverter.GetBytes(length)[0];//表示request 寄存器的长度(寄存器个数)
  24. return buffer;
  25. }</code>

第二步,就是建立我们的Socket连接,并发送请求报文

  1. <code>//1 创建Socket
  2. var socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
  3. //2 建立连接
  4. socket.Connect(new IPEndPoint(IPAddress.Parse(ip), 端口));
  5. //3 获取命令[组装请求报文](寄存器起始地址:4、站号:2、功能码:3、读取寄存器长度:1)
  6. byte[] command = GetReadCommand(4, 2, 3, 1);
  7. //4 发送命令
  8. socket.Send(command);</code>

第三步,解析响应报文,得到数据值

  1. <code>//5 读取响应
  2. byte[] buffer1 = new byte[8];//先读取前面八个字节(Map报文头)
  3. socket.Receive(buffer1, 0, buffer1.Length, SocketFlags.None);
  4. //5.1 获取将要读取的数据长度
  5. int length = buffer1[4] * 256 + buffer1[5] - 2;//减2是因为这个长度数据包括了单元标识符和功能码,占两个字节
  6. //5.2 读取数据
  7. byte[] buffer2 = new byte[length];
  8. var readLength2 = socket.Receive(buffer2, 0, buffer2.Length, SocketFlags.None);
  9. byte[] buffer3 = new byte[readLength2 - 1];
  10. //5.3 过滤第一个字节(第一个字节代表数据的字节个数)
  11. Array.Copy(buffer2, 1, buffer3, 0, buffer3.Length);
  12. var buffer3Reverse = buffer3.Reverse().ToArray();
  13. var value = BitConverter.ToInt16(buffer3Reverse, 0);
  14. //6 关闭连接
  15. socket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
  16. socket.Close();</code>

ModBusTcp对寄存器的写入

对于数据写入就更简单了。
第一步,组装请求报文

  1. <code>/// <summary>
  2. /// 获取写入命令
  3. /// </summary>
  4. /// <param name="address">寄存器地址</param>
  5. /// <param name="values"></param>
  6. /// <param name="stationNumber">站号</param>
  7. /// <param name="functionCode">功能码</param>
  8. /// <returns></returns>
  9. public static byte[] GetWriteCommand(ushort address, byte[] values, byte stationNumber, byte functionCode)
  10. {
  11. byte[] buffer = new byte[13 + values.Length];
  12. buffer[0] = 0x19;
  13. buffer[1] = 0xB2;//检验信息,用来验证response是否串数据了
  14. buffer[4] = BitConverter.GetBytes(7 + values.Length)[1];
  15. buffer[5] = BitConverter.GetBytes(7 + values.Length)[0];//表示的是header handle后面还有多长的字节
  16. buffer[6] = stationNumber; //站号
  17. buffer[7] = functionCode; //功能码
  18. buffer[8] = BitConverter.GetBytes(address)[1];
  19. buffer[9] = BitConverter.GetBytes(address)[0];//寄存器地址
  20. buffer[10] = (byte)(values.Length / 2 / 256);
  21. buffer[11] = (byte)(values.Length / 2 % 256);//写寄存器数量(除2是一个寄存器两个字节,寄存器16位。除以256是byte最大存储255。)
  22. buffer[12] = (byte)(values.Length); //写字节的个数
  23. values.CopyTo(buffer, 13); //把目标值附加到数组后面
  24. return buffer;
  25. }</code>

第二步,建立Socket连接,并发送报文

  1. <code>//1 创建Socket
  2. var socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
  3. //2 建立连接
  4. socket.Connect(new IPEndPoint(IPAddress.Parse(ip), 端口));
  5. //值的转换
  6. short value = 32;
  7. var values = BitConverter.GetBytes(value).Reverse().ToArray();
  8. //3 获取并发送命令(寄存器起始地址、站号、功能码)
  9. var command = GetWriteCommand(4, values, 2, 16);
  10. socket.Send(command);
  11. //4 关闭连接
  12. socket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
  13. socket.Close();</code>

结束

  • 同步至索引目录:《物联网基础组件IoTClient开发系列》
  • 参考1:https://www.cnblogs.com/any91/p/3530540.html
  • 参考2:https://www.cnblogs.com/DreamRecorder/p/9081134.html
  • demo:https://github.com/zhaopeiym/BlogDemoCode/tree/master/IoTClient/ModbusTCP
  • 完整实现:https://github.com/zhaopeiym/IoTClient

IoTClient开发3 - ModBusTcp协议客户端实现

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