Modbus RTU客户端及服务器端的编程与实验

11.5 Modbus RTU客户端编程与实验

瑞米派开发板作为client（主设备），去访问Modbus传感器（作为Server）。

本节源码位于如下目录：

11.5.1 硬件连接

硬件连接原理图如下：

实物连接图如下：

11.5.2 传感器点表

对于Modbus设备，怎么访问它们？它们的寄存器分别有什么功能？这在“点表”里描述，每个寄存器被称为一个“点”。

百问网的温湿度传感器的点表如下：

设备 地址	寄存器 地址	寄存器 类别	用途	描述
03H	0000H	DO	控制器蜂鸣1	1-响
	0001H	DO	控制器蜂鸣2	1-响
	0002H	DO	控制LED1	1-亮
	0003H	DO	控制LED2	1-亮
	0004H	DO	控制LED3	1-亮
	0000H	AI	读取温度	单位0.1摄氏度 16位有符号整数
	0001H	AI	读取湿度	单位0.1%RH 16位有符合整数

11.5.3 程序解析

代码在如下目录里：

假设执行如下命令：

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./modbus_client /dev/ttySC4 read

 

程序运行的情景分析如下

1. 初始化与连接

代码如下：

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33 ctx = modbus_new_rtu(argv[1], 115200, 'N', 8, 1);
34 if (ctx == NULL) {
35 fprintf(stderr, "Unable to allocate libmodbus context
");
36 return -1;
37 }
38
39 modbus_set_slave(ctx, SERVER_ID);
40
41 if (modbus_connect(ctx) == -1) {
42 fprintf(stderr, "Connection failed: %s
", modbus_strerror(errno));
43 modbus_free(ctx);
44 return -1;
45 }

 

第33行：分配一个modbus_t结构体。

第39行：设置要访问的Modbus传感器地址。

第41行：打开串口设备。

2. 读取传感器数据

代码如下：

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47 if (!strcmp(argv[2], "read"))
48 {
49 while (1)
50 {
51 rc = modbus_read_input_registers(ctx, 0, 2, vals);
52 if (rc == 2)
53 {
54 printf("Temprature = %d.%dC, Humity = %d.%d%%
", vals[0]/10, val
s[0]%10, vals[1]/10, vals[1]%10);
55 }
56 else
57 {
58 printf("modbus_read_input_registers err: %d, %s
", rc, strerror
(errno));
59 }
60 sleep(2);
61 }
62 }

 

第51行：读取2个AI寄存器。

第54行：打印温湿度值。

11.5.4 上机实验

注意：假设你在“/home/ubuntu/apps/libmodbus-3.1.10”目录下编译了Libmodbus，并且在“/home/ubuntu/apps/libmodbus-3.1.10/tmp”目录下安装了Libmodbus。如果你的路径不一样，需要修改后续程序的Makefile。

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 root@192.168.5.9:/mnt

 

最后，在开发板上执行如下命令：

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# cd /mnt
# ./modbus_client /dev/ttySC4 beep1 on
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 beep1 off
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 led1 on
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 led1 off
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 read
Temprature = 32.0C, Humity = 39.2%
Temprature = 31.9C, Humity = 39.2%

 

11.6 Modbus RTU服务器端编程与实验

要把瑞米派当做一个Modbus服务器（传感器）来使用，需要有另一个开发板作为客户端。为了方便实验，本课程使用同一个瑞米派开发板，它运行2个程序：一个模拟服务器，另一个模拟客户端。

本节源码位于如下目录：

硬件框图与连接如下所示。

11.6.1 硬件连接

硬件连接原理图如下：

实物连接图如下：

11.6.2 程序解析

代码在如下目录里：

“modbus_server.c”代码解析如下。

1. 初始化与连接

代码如下：

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40 ctx = modbus_new_rtu(argv[1], 115200, 'N', 8, 1);
41 if (ctx == NULL) {
42 fprintf(stderr, "Unable to allocate libmodbus context
");
43 return -1;
44 }
45
46 modbus_set_slave(ctx, SERVER_ID);
47
48 mb_mapping = modbus_mapping_new_start_address(0,
49 NB_BITS, /* 5 个 DO 寄存器,对应 beep1,beep2,led1,led2,led3 */
50 0,
51 NB_INPUT_BITS,
52 0,
53 NB_REGISTERS,
54 0,
55 NB_INPUT_REGISTERS); /* 2 个 AI 寄存器,对应温度和湿度 */
56 memset(mb_mapping->tab_bits, 0, NB_BITS);
57 memset(mb_mapping->tab_input_registers, 0, NB_INPUT_REGISTERS*2);
58
59 memset(old_bits, 0, NB_BITS);
60 memset(old_regs, 0, NB_INPUT_REGISTERS*2);
61
62 if (modbus_connect(ctx) == -1) {
63 fprintf(stderr, "Connection failed: %s
", modbus_strerror(errno));
64 modbus_free(ctx);
65 return -1;
66 }

 

第40行：分配一个modbus_t结构体。

第46行：设置自己的传感器地址。

第48~55行：分配Modbus寄存器。

第56~57行：设置DO、AI寄存器初始值为0。

第59~60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62行：打开串口设备。

2. 等待Client程序发来请求

代码如下：

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

 

第71行：读取请求。

3. 模拟温湿度传感器

代码如下：

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82 /* 使用随机数模拟温度、湿度 */
83 mb_mapping->tab_input_registers[0] = rand() % 1000; /* 温度,单位:0.1C */
84 mb_mapping->tab_input_registers[1] = rand() % 1000; /* 湿度,单位:0.1% */

 

4. 回复数据给Client

代码如下：

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86 rc = modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
87 if (rc == -1) {
88 //break;
89 }

 

如果Client发来的请求是读取温湿度值的话，那么第86行就会回复数据给它。

5. 模拟蜂鸣器和LED操作

代码如下：

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91 /* 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
", mb_mapping->tab_bits[0] ? "on" : "off");
95 old_bits[0] = mb_mapping->tab_bits[0];
96 }
97
98 if (mb_mapping->tab_bits[1] != old_bits[1])
99 {
100 printf("set beep2 %s
", mb_mapping->tab_bits[1] ? "on" : "off");
101 old_bits[1] = mb_mapping->tab_bits[1];
102 }
103
104 if (mb_mapping->tab_bits[2] != old_bits[2])
105 {
106 printf("set led1 %s
", mb_mapping->tab_bits[2] ? "on" : "off");
107 old_bits[2] = mb_mapping->tab_bits[2];
108 }
109
110 if (mb_mapping->tab_bits[3] != old_bits[4])
111 {
112 printf("set led2 %s
", mb_mapping->tab_bits[4] ? "on" : "off");
113 old_bits[3] = mb_mapping->tab_bits[4];
114 }
115
116 if (mb_mapping->tab_bits[4] != old_bits[4])
117 {
118 printf("set led3 %s
", mb_mapping->tab_bits[4] ? "on" : "off");
119 old_bits[4] = mb_mapping->tab_bits[4];
120 }

 

代码比较简单，不再赘述。

11.6.3 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 root@192.168.5.9:/home/root
$ scp modbus_server 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 /dev/ttySC2 &
# ./modbus_client /dev/ttySC4 beep1 on
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 beep1 off
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 led1 on
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 led1 off
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 read
Temprature = 64.9C, Humity = 42.1%
Temprature = 36.2C, Humity = 2.7%
Temprature = 69.0C, Humity = 5.9%