IoTClient開發3 - ModBusTcp協議客戶端實現
前言
進過前面兩章的介紹,今天開始正式的實戰。
進位制轉換
很多朋友對於進位制轉換可能是在剛學計算機的時候有接觸,後來做高階語言開發可能就慢慢忘記了。我們做工控開發的時候需要經常進行進位制轉換,這裡和大家一起復習下。
一個位元組等8位(1byte = 8bit),可以儲存2^8(0-255)共計256個數字。所以我們要對8、256等數字要敏感。
int16(short), int32(int), int64(long) 分別是佔用2個位元組、4個位元組、8個位元組,Single(float)也是佔用4個位元組。
bool System.Boolean (布林型,其值為 true 或者 false) byte System.Byte (位元組型,佔 1 位元組,表示 8 位正整數,範圍 0 ~ 255) sbyte System.SByte (帶符號位元組型,佔 1 位元組,表示 8 位整數,範圍 -128 ~ 127) char System.Char (字元型,佔有 2 個位元組,表示 1 個 Unicode 字元) short System.Int16 (短整型,佔 2 位元組,表示 16 位整數,範圍 -32,768 ~ 32,767) ushort System.UInt16 (無符號短整型,佔 2 位元組,表示 16 位正整數,範圍 0 ~ 65,535) uint System.UInt32 (無符號整型,佔 4 位元組,表示 32 位正整數,範圍 0 ~ 4,294,967,295) int System.Int32 (整型,佔 4 位元組,表示 32 位整數,範圍 -2,147,483,648 到 2,147,483,647) float System.Single (單精度浮點型,佔 4 個位元組) ulong System.UInt64 (無符號長整型,佔 8 位元組,表示 64 位正整數) long System.Int64 (長整型,佔 8 位元組,表示 64 位整數) double System.Double (雙精度浮點型,佔8 個位元組)
接著我們來看其他進位制轉十進位制的計算
十進位制轉十進位制
1263 = 1*10^3 + 2*10^2 + 6*10^1 + 3*10^0 = 1000 + 200 + 60 + 3 = 1263
二進位制轉十進位制
1001 = 1*2^3 + 0*2^2 + 0*2^1 + 1*2^0 = 8 + 0 + 0 + 1 = 9
十六進位制轉十進位制
3245 = 3*16^3 + 2*16^2 + 4*16^1 + 5*16^0 = 3*4096 + 2*256 + 4*16 + 5 = 12869
十進位制轉二進位制
第八位 第七位 第六位 第五位 第四位 第三位 第二位 第一位 2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0 128 64 32 16 8 4 2 1 以上位二進位制位能儲存最大十進位制數,所以我們反過來也可以對照把十進位制轉二進位制。比如86, 86小於128多以第八位是0,86大於64所以第七位是1。86-64=22,22小於32所以第六位是0,22大於16所以第五位是1。。。
所以最好轉成二進位制是:0101 0110
二進位制轉十六進位制
我們用二進位制 0101 0110來演示,也就是上面十進位制的86。
當然,你最好用計算器驗證下
ModBusTcp協議介紹
我們在對進位制轉換進行復習過後,接下來講ModBusTcp協議。
ModBus協議是現在工控裡面用的比較多比較通用的一種協議,什麼可靠啊、簡單啊等等一些優點就不說了,直接入正題。
ModBus分為RTU、ASCII、TCP三種方式進行通訊,今天我們只講TCP。
在ModBus裡面有站號、功能碼、暫存器地址等概念。
- 站號:多裝置的標識號
- 功能碼:一些功能的標識號
功能碼詳解:
01:讀線圈 02:讀離散量 03:讀保持暫存器(每個暫存器含有兩個位元組) 04:讀輸入暫存器 05:寫單個線圈 06:寫單個暫存器 15:用於寫多個線圈 16:寫多個暫存器
ModBusTcp報文分析
協議的理解和實現主要就是要對協議報文理解。(注意:以下報文資料都是十六進位制)
資料【讀取-請求報文】:19 B2 00 00 00 06 02 03 00 04 00 01
- 19 B2 是客戶端發的檢驗資訊,隨意定義。
- 00 00 代表是基於tcp/ip協議的modbus
- 00 06 標識後面還有多長的位元組
- 02 表示站號地址
- 03 為功能碼(讀保持暫存器)
- 00 04 為暫存器地址
- 00 01 為暫存器的長度(暫存器個數)
資料【讀取-響應報文】(分兩次獲取)
第一次獲取前八個位元組(Map報文頭):19 B2 00 00 00 05 02 03 02 00 20
- 19 B2 檢驗驗證資訊(複製的客戶端發的,配件檢驗)
- 00 00 代表是基於tcp/ip協議的modbus(複製的客戶端發的)
- 00 05 為當前位置到最後的長度
- 02 表示站號地址(複製的客戶端發的)
- 03 為功能碼(複製的客戶端發的)
第二次獲取的報文:02 00 20
- 02 位元組個數
- 00 20 響應的資料
資料【寫入-請求報文】:19 B2 00 00 00 09 02 10 00 04 00 01 02 00 20
- 19 B2 是客戶端發的檢驗資訊,隨意定義。
- 00 00 代表是基於tcp/ip協議的modbus
- 00 09 從本位元組下一個到最後
- 02 站號
- 10 功能碼(轉十進位制就是16)
- 00 04 暫存器地址
- 00 01 暫存器的長度(暫存器個數)
- 02 寫位元組的個數
- 00 20 要寫入的值(轉十進位制為32)
資料【寫入-響應報文】:19 B2 00 00 00 06 02 10 00 04 00 01
和請求報文的區別
- 沒有了請求報文的資料值
- 00 09 變成了00 06 因為報文長度變了
- 其他的報文意義和請求報文一致
ModBusTcp對暫存器的讀取
有了上面的三個報文做參考,我們就可以用Socket來實現ModBusTcp協議了。其實協議就是按照報文的規定來,也沒有想的那麼複雜,和我們前面實現的聊天通訊軟體區別不大。
第一步,我們先實現資料讀取報文的組裝:
/// <summary>
/// 獲取讀取命令(此方法傳入引數後就可以得到類似19 B2 00 00 00 06 02 03 00 04 00 01這樣的請求報文)
/// </summary>
/// <param name="address">暫存器起始地址</param>
/// <param name="stationNumber">站號</param>
/// <param name="functionCode">功能碼</param>
/// <param name="length">讀取長度</param>
/// <returns></returns>
public static byte[] GetReadCommand(ushort address, byte stationNumber, byte functionCode, ushort length)
{
byte[] buffer = new byte[12];
buffer[0] = 0x19;
buffer[1] = 0xB2;//Client發出的檢驗資訊
buffer[2] = 0x00;
buffer[3] = 0x00;//表示tcp/ip 的協議的modbus的協議
buffer[4] = 0x00;
buffer[5] = 0x06;//表示的是該位元組以後的位元組長度
buffer[6] = stationNumber; //站號
buffer[7] = functionCode; //功能碼
buffer[8] = BitConverter.GetBytes(address)[1];
buffer[9] = BitConverter.GetBytes(address)[0];//暫存器地址
buffer[10] = BitConverter.GetBytes(length)[1];
buffer[11] = BitConverter.GetBytes(length)[0];//表示request 暫存器的長度(暫存器個數)
return buffer;
}
第二步,就是建立我們的Socket連線,併發送請求報文
//1 建立Socket
var socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
//2 建立連線
socket.Connect(new IPEndPoint(IPAddress.Parse(ip), 埠));
//3 獲取命令[組裝請求報文](暫存器起始地址:4、站號:2、功能碼:3、讀取暫存器長度:1)
byte[] command = GetReadCommand(4, 2, 3, 1);
//4 傳送命令
socket.Send(command);
第三步,解析響應報文,得到資料值
//5 讀取響應
byte[] buffer1 = new byte[8];//先讀取前面八個位元組(Map報文頭)
socket.Receive(buffer1, 0, buffer1.Length, SocketFlags.None);
//5.1 獲取將要讀取的資料長度
int length = buffer1[4] * 256 + buffer1[5] - 2;//減2是因為這個長度資料包括了單元識別符號和功能碼,佔兩個位元組
//5.2 讀取資料
byte[] buffer2 = new byte[length];
var readLength2 = socket.Receive(buffer2, 0, buffer2.Length, SocketFlags.None);
byte[] buffer3 = new byte[readLength2 - 1];
//5.3 過濾第一個位元組(第一個位元組代表資料的位元組個數)
Array.Copy(buffer2, 1, buffer3, 0, buffer3.Length);
var buffer3Reverse = buffer3.Reverse().ToArray();
var value = BitConverter.ToInt16(buffer3Reverse, 0);
//6 關閉連線
socket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
socket.Close();
ModBusTcp對暫存器的寫入
對於資料寫入就更簡單了。
第一步,組裝請求報文
/// <summary>
/// 獲取寫入命令
/// </summary>
/// <param name="address">暫存器地址</param>
/// <param name="values"></param>
/// <param name="stationNumber">站號</param>
/// <param name="functionCode">功能碼</param>
/// <returns></returns>
public static byte[] GetWriteCommand(ushort address, byte[] values, byte stationNumber, byte functionCode)
{
byte[] buffer = new byte[13 + values.Length];
buffer[0] = 0x19;
buffer[1] = 0xB2;//檢驗資訊,用來驗證response是否串資料了
buffer[4] = BitConverter.GetBytes(7 + values.Length)[1];
buffer[5] = BitConverter.GetBytes(7 + values.Length)[0];//表示的是header handle後面還有多長的位元組
buffer[6] = stationNumber; //站號
buffer[7] = functionCode; //功能碼
buffer[8] = BitConverter.GetBytes(address)[1];
buffer[9] = BitConverter.GetBytes(address)[0];//暫存器地址
buffer[10] = (byte)(values.Length / 2 / 256);
buffer[11] = (byte)(values.Length / 2 % 256);//寫暫存器數量(除2是一個暫存器兩個位元組,暫存器16位。除以256是byte最大儲存255。)
buffer[12] = (byte)(values.Length); //寫位元組的個數
values.CopyTo(buffer, 13); //把目標值附加到陣列後面
return buffer;
}
第二步,建立Socket連線,併發送報文
//1 建立Socket
var socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
//2 建立連線
socket.Connect(new IPEndPoint(IPAddress.Parse(ip), 埠));
//值的轉換
short value = 32;
var values = BitConverter.GetBytes(value).Reverse().ToArray();
//3 獲取併發送命令(暫存器起始地址、站號、功能碼)
var command = GetWriteCommand(4, values, 2, 16);
socket.Send(command);
//4 關閉連線
socket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
socket.Close();
結束
- 同步至索引目錄:《物聯網基礎元件IoTClient開發系列》
- 參考1:https://www.cnblogs.com/any91/p/3530540.html
- 參考2:https://www.cnblogs.com/DreamRecorder/p/9081134.html
- demo:https://github.com/zhaopeiym/BlogDemoCode/tree/master/IoTClient/ModbusTCP
- 完整實現:https://github.com/zhaopeiym/IoTClient