ModbusTCP编程与实验-RZMPU工业控制教程连载（44）

瑞萨MCU小百科 2025-01-02 12:01

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11.7 Modbus TCP编程与实验

本课程并没有支持Modbus TCP协议的传感器，所以使用将会编写2个程序：

①modbus_server_tcp.c：模拟一个Modbus TCP传感器

②modbus_client_tcp.c：操作传感器

程序结构如下图所示：

在硬件上无需进行任何特殊的连接。

本节源码位于如下目录：

下面以情景分析的方法讲解代码。假设在开发板上执行如下命令：

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# ./modbus_server_tcp 127.0.0.1 &# ./modbus_client_tcp 127.0.0.1 led1 on

11.7.1 server初始化与等待连接

在“modbus_server_tcp.c”中，代码如下：

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41 ctx = modbus_new_tcp(argv[1], 1502);42 if (ctx == NULL) {43 fprintf(stderr, "Unable to allocate libmodbus context\n");44 return -1;45 }4647 //modbus_set_slave(ctx, SERVER_ID);4849 mb_mapping = modbus_mapping_new_start_address(0,50 NB_BITS, /* 5 个 DO 寄存器,对应 beep1,beep2,led1,led2,led3 */51 0,52 NB_INPUT_BITS,53 0,54 NB_REGISTERS,55 0,56 NB_INPUT_REGISTERS); /* 2 个 AI 寄存器,对应温度和湿度 */57 memset(mb_mapping->tab_bits, 0, NB_BITS);58 memset(mb_mapping->tab_input_registers, 0, NB_INPUT_REGISTERS*2);5960 memset(old_bits, 0, NB_BITS);61 memset(old_regs, 0, NB_INPUT_REGISTERS*2);6263 s = modbus_tcp_listen(ctx, 1);64 modbus_tcp_accept(ctx, &s);

第41行：分配一个modbus_t结构体，里面含有IP和端口。
第47行：设置自己的传感器地址，这行被注释掉了，在Modbus TCP协议里，即使客户端使用不同的设备地址发来请求，server端都会接收到这些所有请求（它忽略设备地址）。
第49~56行：分配Modbus寄存器。它根据《11.5.2 传感器点表》来模拟一个传感器。
第57~58行：设置DO、AI寄存器初始值为0。
第60~61行：设置2个数组的值为0，这2个数组将用来跟Modbus寄存器进行比较，这样才能知道Client 程序有没有修改这些值。
第63~64行：这是跟Modbus RTU协议不同的地方，它们初始化socket，等待客户端连接。

11.7.2 client初始化与发起连接

在“modbus_client_tcp.c”中，代码如下：

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33 ctx = modbus_new_tcp(argv[1], 1502);34 if (ctx == NULL) {35 fprintf(stderr, "Unable to allocate libmodbus context\n");36 return -1;37 }3839 modbus_set_slave(ctx, SERVER_ID);4041 if (modbus_connect(ctx) == -1) {42 fprintf(stderr, "Connection failed: %s\n", modbus_strerror(errno));43 modbus_free(ctx);44 return -1;45 }

第33行：分配一个modbus_t结构体，设置IP和端口。
第39行：设置要访问的Modbus传感器地址。
第41行：发出连接请求。

11.7.3 server等待请求

在“modbus_server_tcp.c”中，代码如下：

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66 while (1)67 {68 do {69 rc = modbus_receive(ctx, query);70 /* Filtered queries return 0 */71 } while (rc == 0);72

第69行：等待client发来请求。

11.7.4 client 发出请求

在“modbus_client_tcp.c”中，代码如下：

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65 if (!strcmp(argv[2], "beep1"))66 addr = 0;67 if (!strcmp(argv[2], "beep2"))68 addr = 1;69 if (!strcmp(argv[2], "led1"))70 addr = 2;71 if (!strcmp(argv[2], "led2"))72 addr = 3;73 if (!strcmp(argv[2], "led3"))74 addr = 4;7576 if (addr == -1)77 {78 usage(argv[0]);79 return -1;80 }8182 if (!strcmp(argv[3], "on"))83 status = 1;84 else85 status = 0;8687 rc = modbus_write_bit(ctx, addr, status);88 if (rc == 1)89 {90 printf("modbus_write_bit ok\r\n");91 }92 else93 {94 printf("modbus_write_bit err: %d, %s\r\n", rc, strerror(errno));95 }

第65~85行：根据参数设置addr、status。
第87行：发出“写AO寄存器的请求”。

11.7.5 server处理请求并回应

在“modbus_server_tcp.c”中，代码如下：

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75 if (rc >= 0) {7677 printf("Get query for UID %d\r\n", query[6]);7879 /* 使用随机数模拟温度、湿度 */80 mb_mapping->tab_input_registers[0] = rand() % 1000; /* 温度,单位:0.1C */81 mb_mapping->tab_input_registers[1] = rand() % 1000; /* 湿度,单位:0.1% */8283 rc = modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);84 }85 if (rc == -1) {86 printf("Connection closed!\r\n");87 modbus_close(ctx);88 modbus_tcp_accept(ctx, &s);89 }9091 /* 根据 client 设置的数值,假装操作蜂鸣器和 LED */92 if (mb_mapping->tab_bits[0] != old_bits[0])93 {94 printf("set beep1 %s\r\n", mb_mapping->tab_bits[0] ? "on" : "off");95 old_bits[0] = mb_mapping->tab_bits[0];96 }9798 if (mb_mapping->tab_bits[1] != old_bits[1])99 {100 printf("set beep2 %s\r\n", mb_mapping->tab_bits[1] ? "on" : "off");101 old_bits[1] = mb_mapping->tab_bits[1];102 }103104 if (mb_mapping->tab_bits[2] != old_bits[2])105 {106 printf("set led1 %s\r\n", mb_mapping->tab_bits[2] ? "on" : "off");107 old_bits[2] = mb_mapping->tab_bits[2];108 }109110 if (mb_mapping->tab_bits[3] != old_bits[4])111 {112 printf("set led2 %s\r\n", mb_mapping->tab_bits[4] ? "on" : "off");113 old_bits[3] = mb_mapping->tab_bits[4];114 }115116 if (mb_mapping->tab_bits[4] != old_bits[4])117 {118 printf("set led3 %s\r\n", mb_mapping->tab_bits[4] ? "on" : "off");119 old_bits[4] = mb_mapping->tab_bits[4];120 }

第77行：打印client端发来的请求包里的“设备地址”，你可以根据这个“设备地址”去操作不同的设备，本程序未使用它。
第80~81行：使用随机数填充AO寄存器模拟温湿度。如果client读取温湿度的话，下面第83行的“modbus_reply”就会回复这些温湿度值。
第83行：使用“modbus_reply”发出回复包给client。
第85~89行：如果出错，重新等待client建立连接。
第91~120行：根据client发来的数据，操作硬件（这里仅仅是打印信息）。

11.7.6 上机实验

把代码上传到Ubuntu。

然后，在Ubuntu下执行如下命令进行编译：

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$ source /opt/remi-sdk/environment-setup-aarch64-poky-linux$ make$ scp modbus_client_tcp root@192.168.5.9:/home/root$ scp modbus_server_tcp root@192.168.5.9:/home/root

最后，在开发板上执行如下命令（先执行 modbus_server）：

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# cd /home/root# ./modbus_server_tcp 127.0.0.1 &# ./modbus_client_tcp 127.0.0.1 led1 onGet query for UID 4set led1 onmodbus_write_bit okConnection closed!# ./modbus_client_tcp 127.0.0.1 readGet query for UID 4Temprature = 38.6C, Humity = 49.2%Get query for UID 4Temprature = 64.9C, Humity = 42.1%Get query for UID 4Temprature = 36.2C, Humity = 2.7%