Modbus TCP编程与实验

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
");
44 return -1;
45 }
46
47 //modbus_set_slave(ctx, SERVER_ID);
48
49 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);
59
60 memset(old_bits, 0, NB_BITS);
61 memset(old_regs, 0, NB_INPUT_REGISTERS*2);
62
63 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
");
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，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;
75
76 if (addr == -1)
77 {
78 usage(argv[0]);
79 return -1;
80 }
81
82 if (!strcmp(argv[3], "on"))
83 status = 1;
84 else
85 status = 0;
86
87 rc = modbus_write_bit(ctx, addr, status);
88 if (rc == 1)
89 {
90 printf("modbus_write_bit ok
");
91 }
92 else
93 {
94 printf("modbus_write_bit err: %d, %s
", 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) {
76
77 printf("Get query for UID %d
", query[6]);
78
79 /* 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% */
82
83 rc = modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
84 }
85 if (rc == -1) {
86 printf("Connection closed!
");
87 modbus_close(ctx);
88 modbus_tcp_accept(ctx, &s);
89 }
90
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 }

 

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 on
Get query for UID 4
set led1 on
modbus_write_bit ok
Connection closed!
# ./modbus_client_tcp 127.0.0.1 read
Get query for UID 4
Temprature = 38.6C, Humity = 49.2%
Get query for UID 4
Temprature = 64.9C, Humity = 42.1%
Get query for UID 4
Temprature = 36.2C, Humity = 2.7%

 

 

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