【EsDA应用】Modbus应用详解

Modbus作为一种公开、免费的现场总线，被广泛应用于工业电子领域。本文基于EsDA开发平台，为您详细介绍Modbus主机功能节点的使用方式，以及如何快速实现读取Modbus从机数据。  Modbus简介Modbus是一种串行通信协议，由于其公开、免费、易于部署和维护的优点，被广泛应用于工业电子领域，并且已经成为工业领域通信协议的业界标准。
 

（图片源自网络，侵删）

以往我们在使用Modbus协议进行应用开发时，通常需要自己实现诸多的Modbus功能码，或者移植开源的第三方库，这个过程往往比较费时费力，耽误项目的进展。基于EsDA设计的Modbus主机功能节点，可以通过简单的拖拽、连线方式，快速实现读取Modbus从机数据，搭配其他功能节点，可以快速搭建出一个集数据采集上报、远程控制于一体的物联网应用。
 Modbus相关节点介绍

目前和Modbus主机相关的节点主要有6个，分别是modbus_master_rtu、modbus_master_in、modbus_master_dynamic_in、modbus_master_out、modbus_parse_in和modbus_parse_out节点。其中，modbus_master_rtu节点属于配置节点，用于配置Modbus通信设备的参数信息，该节点提供了Modbus RTU和Modbus TCP的主机通信服务；modbus_master_in和modbus_master_dynamic_in是Modbus的输入节点，主要用于读取从机设备的线圈量和寄存器数据；modbus_master_out是数据的输出节点，用于写线圈量和寄存器；modbus_parse_in和modbus_parse_out是扩展的Modbus功能节点，一般用来对输入/输出数据进行处理。
 

 modbus_master_rtu节点

Modbus主机的配置节点，用于配置与Modbus主机通信的从设备的通信参数，提供了Modbus RTU和Modbus TCP主机功能。该节点需要和对应的功能节点搭配使用，不会在画布中显示。
 

1. 属性

modbus_master_rtu节点包含了RTU和TCP两种模式的配置，不同模式需要设置的属性不同。

1.1 RTU模式配置属性

• 名称 ：节点名称，用于索引查找本节点；
• 显示名称：用于画布上显示的名称；
• 传输类型：用于设置链路层的传输模式（rtu/tcp可选）；
• 串口设备名：用于与从设备通信的串口设备名；
• 波特率：串口波特率参数；
• 数据位：串口数据位参数；
• 校验位：串口奇偶校验位参数；
• 停止位：串口停止位参数；
• 响应时间：从机应答超时时间，单位ms；
• 最大请求数量：用于配置Modbus主机读写请求的最大数量。

1.2 TCP模式配置属性

 

• IP地址：从机设备（服务器）的IP地址；
• 端口：从机设备的端口号；
• 响应时间：从机应答超时时间，单位ms；
• 最大请求数量：用于配置Modbus主机读写请求的最大数量。

2. 使用方法

该节点的使用依附于modbus_master_in、modbus_master_dynamic_in以及modbus_master_out等节点，使用时选择对应的通信模式，根据从机信息配置相应的配置属性即可。

 modbus_master_in节点

modbus_master_in是Modbus的输入节点，主要用于读取从机设备的线圈量和寄存器数据并输出给消费者节点。其输出是原始数据的缓冲区，后续可连接modbus_parse_in节点对数据进行处理。
 

1. 属性

• 主机参数配置：输入节点依赖modbus_master_rtu节点，选择对应的配置节点即可；
• 读取模式：选择节点的触发方式，可选择以用户设定的输出周期定时向消费者节点输出数据；也可根据输入的信息（来自push节点）进行数据读取并输出；
• 从机ID：从机设备的ID地址；
• 输出周期：用于周期读取模式设置读取和输出的周期；
• 寄存器地址：需要被读取的寄存器/线圈的起始地址；
• 读取数量：需要读取的寄存器/线圈数量；
• 寄存器类型：用于选择读取目标的类型，可选线圈量、离散量、输入寄存器、保持寄存器。

2. 输入

该节点属于pump类型节点，一般不需要数据输入，但可以使用push节点来实现数据输入。

• slaveID：从机设备的ID地址；
• address：需要被读取的寄存器/线圈的起始地址；
• reg_num：需要读取的寄存器/线圈数量；
• reg_type：需要读取的寄存器/线圈类型。

3. 输出

• slaveID：从机设备的ID地址，通常用于后级节点区分设备；
• address：读取的寄存器起始地址；
• reg_num：读取到的寄存器/线圈数量；
• payload：缓冲区，存储读取到的数据；
• payloadLength：读取到的数据长度；
• poll_result：指明读取是否成功；

4. 使用方法

这里我们借助ZC1平台和一个RS485型的温湿度变送器来说明节点的使用方法。按照下图所示分别给ZC1开发板和传感器供电，并连接好RS485的A、B两线。4.1 添加节点

 

添加modbus_master_in、modbus_parse_in、fscript以及log节点到画布上并连接节点。

4.2 配置节点

 

双击modbus_master_in节点打开属性配置面板。

选择“添加新的modbus_master_rtu节点”，进入配置主机参数面板。

根据实际情况配置完相应的参数后，点击添加，回到modbus_master_in节点配置界面。可以看到已经创建了一个新的主机参数配置 ，同时配置读取模式为周期读取，从机ID、输出周期、寄存器地址等参数按照实际设备进行配置 。然后双击modbus_parse_in节点打开属性配置面板，对modbus_parse_in进行转换规则设置。这里我们选择多地址转换模式，分别对温度和湿度两个寄存器进行转换，因此转换数量设置为2，转换类型设置为16位。接下来设置modbus_parse_in节点的后级节点fscript，主要是对后续的打印信息进行格式化。由于modbus_parse_in节点的输出payload是array型对象，这里我们可以通过fscript的内置方法array_get来获取数据。fscript的内容如下：

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a = msg.payloadmsg.payload = "温度："+array_get(a,0)/10 +"，湿度："+array_get(a,1)/10

4.3 下载验证

连接好硬件，通过下载接口下载流图进行验证。

通过调试面板可以看到读回的温湿度数据。  modbus_master_dynamic_in节点

modbus_master_dynamic_in同样是Modbus的输入节点，与modbus_master_in的区别是：modbus_master_dynamic_in节点是filter类型的节点，其根据前级节点输入的信息向从机设备读取数据，并输出给消费者节点。
 

1. 属性

• 传输类型：用于设置链路层的传输模式（rtu/tcp可选）；
• 主机参数配置：输入节点依赖modbus_master_rtu节点，和使用modbus_master_in节点时一样，选择对应的配置节点即可；

2. 输入

• slaveID：从机设备的ID地址；
• address：待读取的寄存器的起始地址；
• reg_num：待读取的寄存器的数量；
• reg_type：待读取寄存器的类型。

3. 输出

• slaveID：从机设备的ID地址；
• address：待读取的寄存器的起始地址；
• reg_num：读取到的寄存器的数量；
• payload：数据缓冲区，存储读取到的数据；
• payloadLength：读取到的数据长度；
• poll_result：指明读取是否成功。

3. 使用方式

modbus_master_dynamic_in节点一般是由fscript节点指明需要读取的从机设备的信息，节点本身只需要创建并配置相应的主机即可。对于modbus_master_dynamic_in的输出缓冲区，我们同样使用modbus_parse_in节点进行处理。

在fscript中指明读取内容时，只需提供以下信息：

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msg.slaveID = 1msg.address = 0msg.reg_num = 2msg.reg_type = 4

 modbus_master_out节点

modbus_master_out节点是Modbus的输出节点，用于写线圈量和寄存器。
 

1. 属性

• 主机参数配置：输出节点依赖modbus_master_rtu节点，选择对应的配置节点即可；
• 从机ID：待写入的从机设备ID地址；
• 错误重试次数：发送错误情况下的重试次数；
• 寄存器类型：待写入寄存器的类型。

2. 输入

• slaveID：从机设备的ID地址，如果输入中包含此参数，则忽略属性中的地址；
• address：待写入的寄存器的起始地址；
• reg_num：待写入的寄存器的数量；
• payload：写入缓冲区，存储待写入的数据，一般由modbus_parse_out输入；
• payloadLength：写入缓冲区的字节长度。

3. 输出

modbus_master_out节点是sink类型的节点，一般没有输出。

4. 使用方法

modbus_master_out节点通常由modbus_parse_out节点进行输入。使用时和modbus_master_in一样创建一个主机配置，指明待写入设备的ID地址以及寄存器类型即可。

其中，modbus_parse_out节点的输入一般来自fscript节点，我们可以在fscript中借助array对象完成数据输入。比如我们需要将从机地址为1的设备的寄存器0设置为2，我们只需在fscript中添加如下内容：

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var a = array_create();array_isert(a,0,2);
msg.payload = a;msg.slaveID = 1;msg.address = 0;

 

 modbus_parse_in节点

Modbus输入数据的转换节点，这个节点一般用于接收Modbus输入节点的原始数据，将其转换成单个value或者array对象，以便于后续处理。
 

1. 属性

• 数据转换模式：可以选择对输入中的单个地址的数据进行转换，也可以选择对指定数量的寄存器、或者对输入的所有地址进行转换；
• 转换地址：选择单个寄存器转换时，填写需要转换的寄存器地址；
• 数据转换起始地址：选择转换多个寄存器时，指明转换的起始地址；
• 转换数量：选择转换多个寄存器时，指明转换数量；
• 数据转换类型：选择按照哪种类型对数据进行转换；
• 大小端选择：大小端系统选择；
• 数据主题：数据地址的主题（可选）。

2. 输入

modbus_parse_in的输入来自modbus_master_in或modbus_master_dynamic_in节点。

• slaveID：从机设备的ID地址；
• address：上一级节点读取的寄存器起始地址；
• reg_num：上一级节点读取到的寄存器数量；
• payload：数据缓冲区指针，存储读取到的数据；
• payloadLength：读取到的字节数据长度；
• poll_result：上一级节点读取数据是否成功。

3. 输出

• slaveID：从机设备ID地址；
• address：转换单个寄存器时，指示数据的寄存器地址；在转换多个寄存器模式下，指示起始的寄存器的地址；
• payloadType：指示缓冲区的类型是value还是array；
• payload：转换后的数据缓冲区，在转换单个寄存器时，payload的类型是value，可直接读取；当转换多个寄存器时，payload是个array对象，可以使用rbuffer进行读取；
• topic：属性中设定的数据主题；
• poll_result：上一级节点读取数据是否成功。

4. 使用方法

modbus_parse_in节点使用时需要指定转换的模式、待转换的寄存器地址和数量、待转换寄存器的数据类型以及系统的大小端模式。

作为filter类型节点，modbus_parse_in通常是从modbus_master_in节点获取输入。其输出有两种类型，在转换单个寄存器时，payload的类型是value，可以直接读取。当转换多个寄存器时，payload是个array对象，可以在fscript中通过array对象的方法进行处理。其中，array对象的使用方式如下：

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a = msg.payload
print("湿度 " + array_get(a, 0))print("温度 " + array_get(a, 1))

 

 modbus_parse_out节点

modbus_parse_out节点通常用于将fscript节点输出的value或array对象转换成Modbus标准的十六进制格式，后续可以将相应的数据指针传入Modbus的输出节点modbus_master_out进行使用。
 

1. 属性

• 寄存器起始地址：指明需要modbus_master_out写入的寄存器的起始地址，如果节点的输入不包含msg.address，则使用此属性指向的地址；
• 大小端：系统大小端模式选择；
• 主题：如果设定了主题，则节点只处理属于自己的主题消息。

2. 输入

• slaveID：从机设备ID地址；
• address：待写入的寄存器起始地址；
• payload：待写入的值，可以是value类型，也可以是array对象；
• topic：输入的数据主题，如果本节点设置了主题属性，则只有输入的主题与节点的主题属性匹配，节点才会对下一节点输出；

3. 输出

• slaveID：从机设备ID地址；
• address：待写入的寄存器的起始地址；
• reg_num：待写入的寄存器的数量；
• payload：转换后的Modbus标准十六进制数组缓冲区指针；
• payloadLength：数组缓冲区的字节长度。

4. 使用方法

modbus_parse_out节点的前级通常是fscript，使用时在fscript中指明待写入的从机设备ID地址、并传递构建好的array对象即可。其后级节点一般是modbus_master_out节点，通过modbus_master_out节点将数据写入目标设备。

其中，在fscript中构建array对象的方法如下：

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a = array_create();array_insert(a, 0, u16(1))array_insert(a, 1, u16(2))array_insert(a, 2, u16(3))
output.payload = a;output.slaveID = 10;output.address = 0;