基础知识
硬件层协议：解决0和1的可靠传输，常有RS232、RS485、CAN、IIC、SPI …
软件层协议：解决传输目的,常有Modbus、TCP/IP、CANopen …
协议优点：
Modbus协议标准开放、公开发表且无版权要求
Modbus协议支持多种电气接口，包括RS232、RS485、TCP/IP等，还可以在各种介质上传输，如双绞线、光纤、红外、无线等
Modbus协议消息帧格式简单、紧凑、通俗易懂。用户理解和使用简单，厂商容易开发和集成，方便形成工业控制网络
Modbus是一主多从的通信协议
Modbus通信中只有一个设备可以发送请求。其他从设备接收主机发送的数据来进行响应，从机是任何外围设备，如I/O传感器，阀门，网络驱动器，或其他测量类型的设备，从站处理信息和使用Modbus将其数据发送给主站。不能Modbus同步进行通信,主机在同一时间内只能向一个从机发送请求，总线上每次只有一个数据进行传输,即主机发送,从机应答,主机不发送,总线上就没有数据通信。 从机不会自己发送消息给主站，只能回复从主机发送的消息请求。
RTU协议
Modbus报文是指主机发送给从机的一帧数据，其中包含着从机的地址，主机想执行的操作，校验码等内容
Modbus协议在串行链路上的报文格式如下所示：
从机地址: 每个从机都有唯一地址，占用一个字节,范围0-255,其中有效范围是1-247,其中255是广播地址(广播就是对所有从机发送应答)
功能码: 占用一个字节,功能码的意义就是,知道这个指令是干啥的,比如你可以查询从机的数据,也可以修改从机的数据,所以不同功能码对应不同功能.
数据: 根据功能码不同,有不同功能，比方说功能码是查询从机的数据，这里就是查询数据的地址和查询字节数等。
校验: 在数据传输过程中可能数据会发生错误，CRC检验检测接收的数据是否正确
Modbus功能码
Modbus协议同时规定了二十几种功能码，但是常用的只有8种，用于对存储区的读写，如下表所示：
| 功能码 | 功能说明 |
|---|---|
| 01H | 读取输出线圈 |
| 02H | 读取输入线圈 |
| 03H | 读取保持寄存器 |
| 04H | 读取输入寄存器 |
| 05H | 写入单线圈 |
| 06H | 写入单寄存器 |
| 0FH | 写入多线圈 |
| 10H | 写入多寄存器 |
当然我们用的最多的就是03和06 一个是读取数据，一个是修改数据。
1、主机对从机读数据操作
主机发送报文格式如下：
| 从站地址 | 功能码 | 起始（高） | 起始（低） | 数量（高） | 数量（低） | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x03 | 0x00 | 0x01 | 0x00 | 0x01 | 0xD5 0xCA |
含义：
0x01：从机的地址
0x03：查询功能，读取从机寄存器的数据
0x00 0x01： 代表读取的起始寄存器地址.说明从0x0001开始读取.
0x00 0x01： 查询的寄存器数量为0x0001个 Modbus把数据存放在寄存器中,通过查询寄存器来得到不同变量的值,一个寄存器地址对应2字节数据; 寄存器地址对应着从机实际的存储地址
0xD5 0xCA： 循环冗余校验 CRC
从机回复报文格式如下：
| 从站地址 | 功能码 | 字节计数 | 字节1 | 字节2 | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x03 | 0x02 | 0x00 | 0x00 | 0xB8 0x44 |
含义：
0x01：从机的地址
0x03：查询功能，读取从机寄存器的数据
0x02： 返回字节数为2个 一个寄存器2个字节
0x00 0x00：寄存器的值是0000
0xB8 0x44： 循环冗余校验 CRC
2、主机对从机写数据操作
主机发送报文格式如下：
| 从站地址 | 功能码 | 数据地址（高） | 数据地址（低） | 数据（高） | 数据（低） | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x06 | 0x00 | 0x01 | 0x00 | 0x17 | 0x98 0x04 |
含义：
0x01：从机的地址
0x06：修改功能，修改从机寄存器的数据
0x00 0x01： 代表修改的起始寄存器地址.说明修改0x0001-0x0003的存储内容
0x00 0x17： 要修改的数据值为0017
0x98 0x04： 循环冗余校验 CRC
从机回复报文格式如下：
| 从站地址 | 功能码 | 数据地址（高） | 数据地址（低） | 数据（高） | 数据（低） | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x06 | 0x00 | 0x01 | 0x00 | 0x17 | 0x98 0x04 |
含义：
0x01：从机的地址
0x06：修改功能，修改从机寄存器的数据
0x00 0x01： 代表修改的起始寄存器地址.说明是0x0000
0x00 0x17：修改的值为0017
0x98 0x04： 循环冗余校验 CRC
从机的回复和主机的发送是一样的，如果不一样说明出现了错误
python库 modbus_tk
import serial
import modbus_tk.defines as cst
from modbus_tk import modbus_rtu
class Modbus:
def __init__(self, port: str, baud: int):
"""
初始化modbus
默认的slave_id为1
:param port: 串口号
:param baud: 波特率
"""
self.port = port
self.baud = int(baud)
self.master = None
def open(self):
try:
self.master = modbus_rtu.RtuMaster(
serial.Serial(port=self.port, baudrate=self.baud, bytesize=8, parity='N', stopbits=1))
self.master.set_timeout(5.0)
except Exception as err:
print("---异常---", err)
def master_write_single_coil(self, slave_id: int, register_address: int, output_value: int) -> tuple:
"""
05指令
向slave从机中写寄存器
:param slave_id: 从机id
:param register_address: 从机寄存器的地址 十进制
:param output_value: 要写入的数值 十进制
:return: (0, 32762) 类似元组(写入的从机寄存器地址，写入的值)
"""
result = self.master.execute(slave_id, cst.WRITE_SINGLE_COIL, register_address, output_value=output_value)
return result
def master_write_single_register(self, slave_id: int, register_address: int, output_value: int) -> tuple:
"""
06指令
向slave从机中写寄存器
:param slave_id: 从机id
:param register_address: 从机寄存器的地址 十进制
:param output_value: 要写入的数值 十
:return: (0, 32762) 类似元组(写入的从机寄存器地址，写入的值)
"""
# 写入操作当对动作指令寄存器写入对应动作参数，就会立刻进行执行动作
# 站点号；cst.WRITE_SINGLE_REGISTER写入单个寄存器；寄存器写入地址；output_value写入的值
result = self.master.execute(slave_id, cst.WRITE_SINGLE_REGISTER, register_address, output_value=output_value)
return result
