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阿新 • • 發佈：2021-01-06

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使用Modbus4J進行RTU模式串列埠通訊

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於工業現場的匯流排協議，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，不過程式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中怎麼應用吧，網上資料多用Modbus4J，就選它了。

Modbus4J原始碼：https://github.com/infiniteautomation/modbus4j

Modbus4J沒有提供底層串列埠驅動，因此需要先掌握一些Java串列埠程式設計的能力，快速入門可以參考筆者之前寫的《Java串列埠程式設計例子》這篇文章，本文就是在此基礎上進行的，也應用了其中的串列埠程式設計工具類程式碼。

建立專案
新建modbus4j專案，如下圖所示：

原始碼地址：https://github.com/wu-boy/modbus4j.git

測試步驟
實現底層串列埠驅動

Modbus4J沒有提供底層串列埠驅動，因此使用串列埠工具類SerialPortUtils來開啟和關閉串列埠，程式碼如下：

public class SerialPortUtils {

private static Logger log = LoggerFactory.getLogger(SerialPortUtils.class);

/**
 * 打卡串列埠
 * @param portName 串列埠名
 * @param baudRate 波特率
 * @param dataBits 資料位
 * @param stopBits 停止位
 * @param parity 校驗位
 * @return 串列埠物件
 */
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);
        // 開啟埠，並給埠名字和一個timeout（開啟操作的超時時間）
        CommPort commPort = identifier.open(portName, 2000);
        // 判斷是不是串列埠
        if (commPort instanceof SerialPort) {
            result = (SerialPort) commPort;
            // 設定一下串列埠的波特率等引數
            result.setSerialPortParams(baudRate, dataBits, stopBits, parity);
            log.info("開啟串列埠{}成功", portName);
        }else{
            log.info("{}不是串列埠", portName);
        }
    } catch (Exception e) {
        log.error("開啟串列埠{}錯誤", portName, e);
    }
    return result;
}

/**
 * 關閉串列埠
 * @param serialPort
 */
public static void close(SerialPort serialPort) {
    if (serialPort != null) {
        serialPort.close();
        log.warn("串列埠{}關閉", serialPort.getName());
    }
}

}
實現Modbus4J串列埠包裝器介面

Modbus4J提供了串列埠包裝器介面，但是沒有提供實現，因此自己新建一個實現類SerialPortWrapperImpl，作用是為Modbus4J提供串列埠物件SerialPort和操作串列埠的方法，例如開啟/關閉串列埠，獲取串列埠輸入/輸出流等，核心程式碼如下：

模擬從站裝置

RtuSlaveTest類模擬了一個地址為1的從站裝置，使用串列埠“COM2“（請提前使用虛擬串列埠軟體Virtual Serial Port Driver模擬出來COM1和COM2串列埠），通過ModbusFactory建立RtuSlave，然後模擬線圈狀態、離散輸入狀態、保持暫存器和輸入暫存器的資料，程式碼中有詳細註釋，程式碼如下：

public class RtuSlaveTest {

public static void main(String[] args) {
    createRtuSlave();
}

public static void createRtuSlave(){
    // 設定串列埠引數，串列埠是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，可以建立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過程影像區，其實就是暫存器
    // 暫存器裡可以設定線圈狀態、離散輸入狀態、保持暫存器和輸入暫存器
    // 這裡設定了從站裝置ID是1
    BasicProcessImage processImage = new BasicProcessImage(1);
    processImage.setInvalidAddressValue(Short.MIN_VALUE);
    slave.addProcessImage(processImage);

    // 新增監聽器，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裝置
    new Thread(() -> {
        try {
            slave.start();
        }
        catch (ModbusInitException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }).start();

    /*new Timer().schedule(new TimerTask() {
        @Override
        public void run() {
            // 間隔1秒修改從站裝置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測試模擬的從站裝置

Modbus Poll和Modbus Slave分別是主站裝置模擬工具和從站裝置模擬工具，是Modbus開發最常用的兩個測試軟體，下載地址：https://www.modbustools.com/

網上最近出現了一個國產軟體Mthings，能夠同時支援模擬主從機功能，據說功能強大還有使用手冊，免安裝免費使用！筆者由於參考了《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。

設定連線引數
下載安裝後，開啟連線引數進行設定，如下圖所示：

RtuSlaveTest類使用了串列埠COM2來模擬從站裝置，因此這裡選擇COM1，選擇RTU模式，點選OK。

定義讀寫規則
選擇選單【Setup】->【Read/Write Definition…】，如下圖所示：

設定從站裝置地址為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個數據，點選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。

模擬主站裝置

實際開發中可能更多的是開發主站裝置程式，RtuMasterTest程式碼如下：

public class RtuMasterTest {

public static void main(String[] args) throws Exception{
    createRtuMaster();
}

private static void createRtuMaster() throws Exception{
    // 設定串列埠引數，串列埠是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();

    // 從站裝置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從站裝置模擬程式，再啟動RtuMasterTest主站裝置模擬程式，可以看到雙方控制檯均有預期輸出，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

分類: Java
標籤: Modbus
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« 上一篇： Java串列埠程式設計例子
posted @ 2021-01-04 21:37 八卦程式閱讀(49) 評論(1) 編輯收藏

評論列表
#1樓 2021-01-04 23:50 TYR
有使用netty+rxtx實現的經驗嗎？我目前用這種方式。
後期想用jssc替換掉，因為netty實現，程式碼提示過期。。。
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Re:使用Modbus4J進行RTU模式串列埠通訊
有使用netty+rxtx實現的經驗嗎？我目前用這種方式。
後期想用jssc替換掉，因為netty實現，程式碼提示過期。。。
–TYR
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