python實(shí)現(xiàn)ModBusRTU客戶端

python實(shí)現(xiàn)基于串口通信的ModBusRTU客戶端是一件簡(jiǎn)單的事情，只要通過(guò)pymodbus模塊就可以實(shí)現(xiàn)。

一、關(guān)于ModbusRTU

1、什么是ModbusRTU

Modbus RTU（Remote Terminal Unit）是一種串行通信協(xié)議，用于在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)。它是Modbus協(xié)議的一種變體，采用二進(jìn)制編碼，并通常在RS-485串行通信物理層上運(yùn)行。

Modbus RTU協(xié)議允許設(shè)備（例如傳感器、執(zhí)行器、控制器等）通過(guò)串口（通常是RS-485）與計(jì)算機(jī)、PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）等主設(shè)備進(jìn)行通信。通信的內(nèi)容可以包括傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)、控制命令等。它是一種常見的工業(yè)通信協(xié)議，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化、監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。

Modbus RTU協(xié)議的特點(diǎn)包括：

（1）簡(jiǎn)單性： Modbus RTU協(xié)議相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)和理解，適用于各種規(guī)模的系統(tǒng)。

（2）實(shí)時(shí)性： Modbus RTU通信通常具有較低的延遲，適用于實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

（3）靈活性： 可以通過(guò)串口連接多個(gè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多點(diǎn)通信。

（4）可靠性： Modbus RTU協(xié)議提供了CRC（Cyclic Redundancy Check）校驗(yàn)，用于檢測(cè)通信數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。

（5）廣泛應(yīng)用： 由于其簡(jiǎn)單性和可靠性，Modbus RTU協(xié)議在工業(yè)自動(dòng)化中得到廣泛應(yīng)用，特別是在老舊系統(tǒng)的現(xiàn)代化改造中。

在Modbus RTU通信中，設(shè)備通過(guò)地址進(jìn)行識(shí)別，并使用不同的功能碼來(lái)執(zhí)行不同的操作，例如讀取數(shù)據(jù)、寫入數(shù)據(jù)等。通信內(nèi)容以二進(jìn)制形式傳輸，因此在硬件層面通常采用串口通信，例如RS-485。

總的來(lái)說(shuō)，Modbus RTU是一種用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的通信協(xié)議，它提供了簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)和可靠的數(shù)據(jù)交換方式，使得各種設(shè)備可以方便地與控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。

2、ModbusRTU報(bào)文解析

大體如上圖所描述，在Modbus RTU通信中，通信數(shù)據(jù)通過(guò)串口以二進(jìn)制形式傳輸。Modbus RTU幀的結(jié)構(gòu)如下：

（1）起始符（Start of Frame）：幀的起始由一段靜默（沒有通信）的時(shí)間標(biāo)志著，稱為“間隙”。

（2）設(shè)備地址（Address）：1字節(jié)，表示Modbus設(shè)備的地址。

（3）功能碼（Function Code）：1字節(jié)，表示Modbus操作的類型（讀、寫等）。

（4）數(shù)據(jù)（Data）：可變長(zhǎng)度，包含操作的參數(shù)（寄存器地址、數(shù)量等）。

（5）CRC校驗(yàn)（Cyclic Redundancy Check）：2字節(jié)，用于檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸中的錯(cuò)誤。

（6）結(jié)束符（End of Frame）：幀的結(jié)束由一個(gè)固定的時(shí)間間隔標(biāo)志著，稱為“間隙”。

3、CRC算法有多少種？

CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）是一種差錯(cuò)檢測(cè)算法，有很多不同的變種和多項(xiàng)式。以下是一些常見的CRC算法及其多項(xiàng)式：

以上只是一些常見的CRC算法，實(shí)際上，CRC算法可以根據(jù)需要選擇不同的多項(xiàng)式。每個(gè)多項(xiàng)式都有不同的性能特征，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。選擇適當(dāng)?shù)腃RC算法通常取決于數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦院湾e(cuò)誤檢測(cè)的需求。

4、ModbusRTU選哪種CRC？

Modbus RTU協(xié)議通常使用的是CRC-16校驗(yàn)（Cyclic Redundancy Check with 16-bit polynomial），也被稱為Modbus CRC。CRC-16校驗(yàn)使用了一個(gè)16位的多項(xiàng)式，具體而言是x^16 + x^15 + x^2 + 1。

在Modbus RTU通信中，CRC-16校驗(yàn)是標(biāo)準(zhǔn)的校驗(yàn)方式，它用于檢測(cè)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中是否發(fā)生了錯(cuò)誤。選擇CRC-16的原因包括其良好的性能和廣泛的應(yīng)用。它能夠檢測(cè)到大多數(shù)單比特、雙比特和其他常見的傳輸錯(cuò)誤。

總的來(lái)說(shuō)，CRC-16是Modbus RTU協(xié)議中常用的一種校驗(yàn)方式，因?yàn)樗峁┝溯^高的錯(cuò)誤檢測(cè)能力，適用于大多數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景。

5、CRC計(jì)算的網(wǎng)站

CRC在線計(jì)算

（1）Modbus RTU計(jì)算示例

注意：由于大端序和小端序的存在，以下20EA在報(bào)文中可能是EA20。

二、一個(gè)Demo

1、示例程序

from pymodbus.client import ModbusSerialClient

# 配置串口參數(shù)
COM_PORT = '/dev/ttyS0'  # 串口號(hào)（Windows系統(tǒng)可能是COM1、COM2等）
BAUD_RATE = 9600  # 波特率
PARITY = 'N'  # 奇偶校驗(yàn)（'N'表示無(wú)校驗(yàn)，'E'表示偶校驗(yàn)，'O'表示奇校驗(yàn)）
STOP_BITS = 1  # 停止位
DATA_BITS = 8  # 數(shù)據(jù)位

# 創(chuàng)建Modbus RTU客戶端
client = ModbusSerialClient(method='rtu', port=COM_PORT, baudrate=BAUD_RATE,
                            parity=PARITY, stopbits=STOP_BITS, bytesize=DATA_BITS)

# 連接到Modbus設(shè)備
if client.connect():
    print("設(shè)備連接成功")
    
    # 讀取保持寄存器的值（示例地址為1，寄存器地址為0，讀取一個(gè)寄存器）
    response = client.read_holding_registers(address=0, count=1, slave=1)
    if response.isError():
        print("讀取失?。?, response)
    else:
        print("保持寄存器的值：", response.registers)

    # 關(guān)閉連接
    client.close()
else:
    print("設(shè)備連接失敗")

2、ModbusRTU與ModbusTCP功能碼是一樣的么？

Modbus RTU和Modbus TCP都是MODBUS協(xié)議的變種，因此，ModbusRTU和ModbusTCP使用相同的功能碼。事實(shí)上，Modbus通信協(xié)議的功能碼定義是通用的，無(wú)論是在RTU（Remote Terminal Unit）模式下使用串口通信，還是在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上使用ModbusTCP，功能碼的含義和用法都是相同的。