Modus協議是由MODICON（現為施耐德電氣公司的一個品牌）在1979年開發的，是全球第一個真正用于工業現場的總線協議，應用非常廣泛，可謂大名鼎鼎，
理論性的東西就不多介紹了，推薦一本書《Modbus軟體開發實戰指南》，楊更更著，寫得非常好，從理論到實戰，手把手教你玩轉Modbus，不過代碼實戰部分使用的是C#，筆者沒練過這項武功，還是看一下Java中怎么應用吧，網上資料多用Modbus4J，就選它了，
Modbus4J源代碼：https://github.com/infiniteautomation/modbus4j
Modbus4J沒有提供底層串口驅動，因此需要先掌握一些Java串口編程的能力，快速入門可以參考筆者之前寫的《Java串口編程例子》這篇文章，本文就是在此基礎上進行的，也應用了其中的串口編程工具類代碼，
創建專案
新建modbus4j專案，如下圖所示：
源代碼地址：https://github.com/wu-boy/modbus4j.git
測驗步驟
實作底層串口驅動
Modbus4J沒有提供底層串口驅動，因此使用串口工具類SerialPortUtils來打開和關閉串口，代碼如下：
public class SerialPortUtils {
private static Logger log = LoggerFactory.getLogger(SerialPortUtils.class);
/**
* 打卡串口
* @param portName 串口名
* @param baudRate 波特率
* @param dataBits 資料位
* @param stopBits 停止位
* @param parity 校驗位
* @return 串口物件
*/
public static SerialPort open(String portName, Integer baudRate, Integer dataBits,
Integer stopBits, Integer parity) {
SerialPort result = null;
try {
// 通過埠名識別埠
CommPortIdentifier identifier = CommPortIdentifier.getPortIdentifier(portName);
// 打開埠，并給埠名字和一個timeout（打開操作的超時時間）
CommPort commPort = identifier.open(portName, 2000);
// 判斷是不是串口
if (commPort instanceof SerialPort) {
result = (SerialPort) commPort;
// 設定一下串口的波特率等引數
result.setSerialPortParams(baudRate, dataBits, stopBits, parity);
log.info("打開串口{}成功", portName);
}else{
log.info("{}不是串口", portName);
}
} catch (Exception e) {
log.error("打開串口{}錯誤", portName, e);
}
return result;
}
/**
* 關閉串口
* @param serialPort
*/
public static void close(SerialPort serialPort) {
if (serialPort != null) {
serialPort.close();
log.warn("串口{}關閉", serialPort.getName());
}
}
}
實作Modbus4J串口包裝器介面
Modbus4J提供了串口包裝器介面，但是沒有提供實作，因此自己新建一個實作類SerialPortWrapperImpl，作用是為Modbus4J提供串口物件SerialPort和操作串口的方法，例如打開/關閉串口，獲取串口輸入/輸出流等，核心代碼如下：
模擬從站設備
RtuSlaveTest類模擬了一個地址為1的從站設備，使用串口“COM2“（請提前使用虛擬串口軟體Virtual Serial Port Driver模擬出來COM1和COM2串口），通過ModbusFactory創建RtuSlave，然后模擬線圈狀態、離散輸入狀態、保持暫存器和輸入暫存器的資料，代碼中有詳細注釋，代碼如下：
public class RtuSlaveTest {
public static void main(String[] args) {
createRtuSlave();
}
public static void createRtuSlave(){
// 設定串口引數，串口是COM2，波特率是9600
SerialPortWrapperImpl wrapper = new SerialPortWrapperImpl("COM2", 9600,
SerialPort.DATABITS_8, SerialPort.STOPBITS_1, SerialPort.PARITY_NONE, 0, 0);
// Modbus工廠，可以創建RTU、TCP等不同型別的Master和Slave
ModbusFactory modbusFactory = new ModbusFactory();
final ModbusSlaveSet slave = modbusFactory.createRtuSlave(wrapper);
// 這玩意網上有人叫做程序影像區，其實就是暫存器
// 暫存器里可以設定線圈狀態、離散輸入狀態、保持暫存器和輸入暫存器
// 這里設定了從站設備ID是1
BasicProcessImage processImage = new BasicProcessImage(1);
processImage.setInvalidAddressValue(Short.MIN_VALUE);
slave.addProcessImage(processImage);
// 添加監聽器，監聽slave線圈狀態和保持暫存器的寫入
processImage.addListener(new MyProcessImageListener());
setCoil(processImage);
setInput(processImage);
setHoldingRegister(processImage);
setInputRegister(processImage);
// 開啟執行緒啟動從站設備
new Thread(() -> {
try {
slave.start();
}
catch (ModbusInitException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
/*new Timer().schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
// 間隔1秒修改從站設備1的保持暫存器資料
updateHoldingRegister(slave.getProcessImage(1));
}
}, 1000, 1000);*/
}
private static void setCoil(ProcessImage processImage){
// 模擬線圈狀態
processImage.setCoil(0, true);
processImage.setCoil(1, false);
processImage.setCoil(2, true);
}
private static void setInput(ProcessImage processImage){
// 模擬離散輸入狀態
processImage.setInput(0, false);
processImage.setInput(1, true);
processImage.setInput(2, false);
}
private static void setHoldingRegister(ProcessImage processImage){
// 模擬保持暫存器的值
processImage.setHoldingRegister(0,(short) 11);
processImage.setHoldingRegister(1,(short) 22);
processImage.setHoldingRegister(2,(short) 33);
}
private static void updateHoldingRegister(ProcessImage processImage){
// 模擬修改保持暫存器的值
processImage.setHoldingRegister(0, (short) RandomUtil.randomInt(0, 100));
processImage.setHoldingRegister(1,(short) RandomUtil.randomInt(0, 100));
processImage.setHoldingRegister(2,(short) RandomUtil.randomInt(0, 100));
}
private static void setInputRegister(ProcessImage processImage){
// 模擬輸入暫存器的值
processImage.setInputRegister(0,(short) 44);
processImage.setInputRegister(1,(short) 55);
processImage.setInputRegister(2,(short) 66);
}
}
使用Modbus Poll測驗模擬的從站設備
Modbus Poll和Modbus Slave分別是主站設備仿真工具和從站設備仿真工具，是Modbus開發最常用的兩個測驗軟體，下載地址：https://www.modbustools.com/
網上最近出現了一個國產軟體Mthings，能夠同時支持模擬主從機功能，據說功能強大還有使用手冊，免安裝免費使用！筆者由于參考了《Modbus軟體開發實戰指南》這本書，就沒使用Mthings，有興趣的同學可以試用，
- 設定連接引數
下載安裝后，打開連接引數進行設定，如下圖所示：
RtuSlaveTest類使用了串口COM2來模擬從站設備，因此這里選擇COM1，選擇RTU模式，點擊OK，
- 定義讀寫規則
選擇選單【Setup】->【Read/Write Definition…】，如下圖所示：
設定從站設備地址為1，功能碼03是讀取保持暫存器資料，暫存器地址為0，數量為3，因為RtuSlaveTest程式中模擬了3個資料，點擊OK，如下圖所示：
可以看到讀取到了RtuSlaveTest程式中模擬的3個暫存器的資料，注意別忘了先啟動RtuSlaveTest程式！
選擇不同的功能碼就可以讀取不同的資料，01讀取線圈狀態，02讀取離散輸入狀態，03讀取保持暫存器，04讀取輸入暫存器，
模擬主站設備
實際開發中可能更多的是開發主站設備程式，RtuMasterTest代碼如下：
public class RtuMasterTest {
public static void main(String[] args) throws Exception{
createRtuMaster();
}
private static void createRtuMaster() throws Exception{
// 設定串口引數，串口是COM1，波特率是9600
SerialPortWrapperImpl wrapper = new SerialPortWrapperImpl("COM1", 9600,
SerialPort.DATABITS_8, SerialPort.STOPBITS_1, SerialPort.PARITY_NONE, 0, 0);
ModbusFactory modbusFactory = new ModbusFactory();
ModbusMaster master = modbusFactory.createRtuMaster(wrapper);
master.init();
// 從站設備ID是1
int slaveId = 1;
// 讀取保持暫存器
readHoldingRegisters(master, slaveId, 0, 3);
// 將地址為0的保持暫存器資料修改為0
writeRegister(master, slaveId, 0, 0);
// 再讀取保持暫存器
readHoldingRegisters(master, slaveId, 0, 3);
}
private static void readHoldingRegisters(ModbusMaster master, int slaveId, int start, int len) throws Exception{
ReadHoldingRegistersRequest request = new ReadHoldingRegistersRequest(slaveId, start, len);
ReadHoldingRegistersResponse response = (ReadHoldingRegistersResponse) master.send(request);
if (response.isException()){
System.out.println("讀取保持暫存器錯誤，錯誤資訊是" + response.getExceptionMessage());
}else {
System.out.println("讀取保持暫存器=" + Arrays.toString(response.getShortData()));
}
}
private static void writeRegister(ModbusMaster master, int slaveId, int offset, int value) throws Exception{
WriteRegisterRequest request = new WriteRegisterRequest(slaveId, offset, value);
WriteRegisterResponse response = (WriteRegisterResponse) master.send(request);
if (response.isException()){
System.out.println("寫保持暫存器錯誤，錯誤資訊是" + response.getExceptionMessage());
}else{
System.out.println("寫保持暫存器成功");
}
}
}
先啟動RtuSlaveTest從站設備模擬程式，再啟動RtuMasterTest主站設備模擬程式，可以看到雙方控制臺均有預期輸出，RtuMasterTest能夠讀寫RtuSlaveTest中的資料，
參考資料
1、初探ModBus4j簡單使用指南
2、使用java的modbus4j的Rtu方式獲取監測資料
3、Modbus java slave app
轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/houduan/244575.html
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