前言前面我們介紹了 "ModBusTcp協議" 。今天我們接著來介紹ModBusRtu協議。和ModBusTcp不同的是ModBusRtu基於串口通信，ModBusTcp是基於Tcp乙太網通信。所以我們在講解ModBusRtu協議之前會先介紹下串口通信。串口通信串口出現在1980年前後，當初 ...

前言

前面我們介紹了ModBusTcp協議。今天我們接著來介紹ModBusRtu協議。和ModBusTcp不同的是ModBusRtu基於串口通信，ModBusTcp是基於Tcp乙太網通信。
所以我們在講解ModBusRtu協議之前會先介紹下串口通信。

串口通信

串口出現在1980年前後，當初主要目的是用來做電腦外設設備的連接，如滑鼠、鍵盤等。現在最新的電腦慢慢的取消了原始的串口介面，不過依然廣泛用於工控和測量等設備。

串口通信參數

串口通信指的是串口按位(bit)發送和接收位元組，串口通信參數主要有波特率、數據位、停止位、校驗位。

波特率

波特率表達的是串口通信的速率，一秒鐘內傳送的信號單元(碼元)個數。信號單元一般包含10位(7個數據位、1個校驗位、1到2個停止位)。註意：波特率和距離成反比

數據位

通信中實際的數據，有效值為6、7和8。

停止位

用來表示單個包的最後一位，有效值為1、1.5和2。停止位可用來表示傳輸的結束和校正時鐘同步。註意：停止位的位數越多，時鐘同步的容忍程度越大，但是數據傳輸率會越慢。

校驗位

奇偶校驗作為通信中的檢錯方式，如果發現錯誤則重新發送。

示例數據	偶校驗位	奇校驗位
0000000	00000000	00000001
1010001	10100011	10100010
1101001	11010010	11010011
1111111	11111111	11111110

從上可以看出奇偶校驗就是在數據最後加一位，使數據中的1的數量保持偶數或奇數。

波特率和比特率（擴展知識）

比特率是我們常用來表達寬頻速率的一種方法。看上去和波特率很像，如果波特率的信號碼元只傳1比特(bit)，那麼它們之間是相等的。如果波特率的信號碼元傳10比特，那麼波特率是比特率的10倍。所以，波特率和比特率表達的意義是不一樣的，不要搞混了。

寬頻比特率的實際下載速度（擴展知識）

Mbps和Mbit/s等效、kbit/s和kbps等效、bps和bit/s等效
1Mbps(Mbit/s) = 11024kbit(kbit/s) = 11024*1024bps(bit/s)，註意他們的單位都是bit(比特)，而不是byte(位元組)，所以實際下載速度要除以八。1024 / 8 = 128 kb/s。

CRC16校驗

CRC，Cyclic Redundancy Check迴圈冗餘檢驗，是基於數據計算一組效驗碼，用於核對數據傳輸過程中是否被更改或傳輸錯誤。而ModBusRtu用到的是其中的CRC16校驗。
其計算原理，可參考 1、2、3
以下是CRC16反向演算法，經測試可用於ModBusRtu的CRC計算。

public class CRC16
{
    /// <summary>
    /// 驗證CRC16校驗碼
    /// </summary>
    /// <param name="value">校驗數據</param>
    /// <param name="poly">多項式碼</param>
    /// <param name="crcInit">校驗碼初始值</param>
    /// <returns></returns>
    public static bool CheckCRC16(byte[] value, ushort poly = 0xA001, ushort crcInit = 0xFFFF)
    {
        if (value == null || !value.Any())
            throw new ArgumentException("生成CRC16的入參有誤");

        var crc16 = GetCRC16(value, poly, crcInit);
        if (crc16[crc16.Length - 2] == crc16[crc16.Length - 1] && crc16[crc16.Length - 1] == 0)
            return true;
        return false;
    }

    /// <summary>
    /// 計算CRC16校驗碼
    /// </summary>
    /// <param name="value">校驗數據</param>
    /// <param name="poly">多項式碼</param>
    /// <param name="crcInit">校驗碼初始值</param>
    /// <returns></returns>
    public static byte[] GetCRC16(byte[] value, ushort poly = 0xA001, ushort crcInit = 0xFFFF)
    {
        if (value == null || !value.Any())
            throw new ArgumentException("生成CRC16的入參有誤");

        //運算
        ushort crc = crcInit;
        for (int i = 0; i < value.Length; 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);  //高位置
        byte lo = (byte)(crc & 0x00FF);         //低位置

        byte[] buffer = new byte[value.Length + 2];
        value.CopyTo(buffer, 0);
        buffer[buffer.Length - 1] = hi;
        buffer[buffer.Length - 2] = lo;
        return buffer;
    }
}

協議報文分析

數據【讀取-請求報文】：01 03 00 04 00 01 C5 CB

01 站號
03 功能碼
00 04 讀取的寄存器的起始地址
00 01 讀取寄存器的個數
C5 CB 為CRC16的校驗碼【使用上面的CRC16類進行的計算結果，CRC16.GetCRC16([01,03,00,04,00,01])】

數據【讀取-響應報文】：01 03 02 00 21 78 5C

01 站號
03 功能碼
02 數據的位元組長度
00 21 數據
78 5C 為CRC16的校驗碼

數據【寫入-請求報文】：01 10 00 04 00 01 02 00 21 67 CC

01 站號
10 功能碼
00 04 寫入的寄存器的起始地址
00 01 寫入寄存器的個數
02 寫位元組的個數
00 21 要寫的數據
67 CC 為CRC16的校驗碼

數據【寫入-響應報文】：01 10 00 04 00 01 40 08

01 站號
10 功能碼
00 04 寫入的寄存器的起始地址
00 01 寫入寄存器的個數
40 08 為CRC16的校驗碼

有了報文的分析，具體的協議實現也就不難了。完整實現可參考https://github.com/zhaopeiym/IoTClient/blob/master/IoTClient/Clients/ModBus/ModBusRtuClient.cs

IoTClient中ModBusRtu協議的使用

安裝

Nuget安裝 Install-Package IoTClient
或圖形化安裝

使用

//1、實例化客戶端 - [COM埠名稱,波特率,數據位,停止位,奇偶校驗]
ModBusRtuClient client = new ModBusRtuClient("COM3", 9600, 8, StopBits.One, Parity.None);

//2、寫操作 - 參數依次是：地址 、值 、站號 、功能碼
client.Write("4", (short)33, 2, 16);
client.Write("4", (short)3344, 2, 16);

//3、讀操作 - 參數依次是：地址 、站號 、功能碼
var value = client.ReadInt16("4", 2, 3).Value;
var value2 = client.ReadInt32("4", 2, 3).Value;

//4、如果沒有主動Open，則會每次讀寫操作的時候自動打開自動和關閉連接，這樣會使讀寫效率大大減低。所以建議手動Open和Close。
client.Open();

//5、讀寫操作都會返回操作結果對象Result
var result = client.ReadInt16("4", 2, 3);
//5.1 讀取是否成功（true或false）
var isSucceed = result.IsSucceed;
//5.2 讀取失敗的異常信息
var errMsg = result.Err;
//5.3 讀取操作實際發送的請求報文
var requst  = result.Requst;
//5.4 讀取操作服務端響應的報文
var response = result.Response;
//5.5 讀取到的值
var value3 = result.Value;

IoTClient開發5 - ModBusRtu協議

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