实例解析Modbus协议

如果大家从事物联网相关行业的开发或者运维，相信对于Modbus协议不会陌生。刚好我在平时运维工作中，也会因为需要排查问题而接触到Modbus协议。本文就通过常用调试工具结合实例带大家来解析Modbus协议，希望可以通过具体协议数据解析，让大家加深对该协议的理解。

一、Modbus协议简介

Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。

此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。

此外，Modbus协议是Modicon公司（现在的施耐德电气 Schneider Electric）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准（De facto），并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。

此协议是一个请求/应答协议，包括ASCII、RTU、TCP等版本。它定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是通过何种硬件方式进行通信的。所以硬件接口可以是RS-232、RS-422、RS-485和以太网等设备。TCP和RTU是Modbus协议的两种常见形式，其中TCP的使用频率更高一些。

二、案例协议文档

以下解析案例来自某厂家的温湿度传感器协议文档。

（一）通讯参数 1、上位机串口设置 本温湿度传感器通讯数据帧格式采用固定的“N，8，1”格式，使用时请将串口设置成1位起始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位。

2、数据寄存器地址

（二）应用举例 1、应用举例 （1）多个寄存器数据读取 主机发送

子机响应 地址为1的传感器收到上面的数据后，将会做出以下响应

（2）功能码06应用举例：将子机地址改为2，波特率改为19200

功能码06时的子机响应：子机会将主机发来的数据原封返回。

三、协议解析

以下对上方温湿度传感器及其协议进行数据解析。以下环境均搭建完毕

（一）需要准备工具及其环境： 1、温湿度传感器设备一套； 2、485串口线一条（USB转232线，再通过232转485口接传感器485口）； 3、windows环境作为上位机软件Modbus Poll运行环境； （二）Modbus协议数据解析举例 1、读取温湿度传感器的温度的测量值 （1）打开上位机软件Modbus Poll，如下图所示：

（2）通过在上位机软件中进行串口连接相关配置（根据自己实际电脑串口号进行配置），如下图所示：

（3）在上位机软件中设置读取传感器的相关参数，一般根据协议文档中说明设置，如下图对传感器的温度值进行读取：

（4）打开日志进行记录传感器串口收发数据，方便我们等下转化值进行比对，如下所示：

点击Log按钮还可以将串口收发数据保存在文件中，方便查看。

（5）完成以上设置后，即可读取传感器的温度值，如下所示：

（6）执行读取操作后，可以看到如下结果：

串口收发数据如下：

Tx:002-01 03 00 33 00 01 74 05

Rx:003-01 03 02 06 49 7A 12

根据协议文档对上位机发送的串口数据01 03 00 33 00 01 74 05进行解析： 第一个字节01表示读取地址为1的传感器数据； 第二个字节03表示功能码； 第三、第四个字节00 33表示从寄存器的地址0x0033开始读； 第五、第六个字节00 01表示读取寄存器的个数为1； 第七、第八个字节74 05表示CRC码； 根据协议文档对传感器返回的串口数据01 03 02 06 49 7A 12进行解析： 第一个字节01表示485地址为1的传感器进行回应； 第二个字节03表示功能码对应3； 第三个字节02表示读取一个寄存器对应2个字节数； 第四、第五两个字节06 49表示寄存器地址为0x0033对应的内容，转化为10进制等于1609，跟上位机软件自动转化的值一样； 第六、第七两个字节7A 12表示CRC码； 2、读取温湿度传感器的湿度、温度、露点的测量值，即读取3个寄存器地址所对应的值

（1）在上位机软件中设置读取传感器的相关参数，一般根据协议文档中说明设置，如下图所示：

（2）开启串口数据收发日志记录

（3）执行读取操作后，可以看到如下结果：

串口收发数据如下：

Tx:004-01 03 00 32 00 03 A4 04

Rx:005-01 03 06 0F 5A 06 50 00 E4 79 55

根据协议文档对上位机发送的串口数据01 03 00 32 00 03 A4 04进行解析： 第一个字节01表示读取地址为1的传感器数据； 第二个字节03表示功能码； 第三、第四个字节00 32表示从寄存器的地址0x0032开始读； 第五、第六个字节00 03表示读取寄存器的个数为3； 第七、第八个字节A4 04表示CRC码； 根据协议文档对传感器返回的串口数据01 03 06 0F 5A 06 50 00 E4 79 55进行解析： 第一个字节01表示485地址为1的传感器进行回应； 第二个字节03表示功能码对应3； 第三个字节06表示读取3个寄存器对应6个字节数； 第四、第五两个字节0F 5A表示寄存器地址为0x0032对应的内容，转化为10进制等于3930，跟上位机软件自动转化的值一样； 第六、第七两个字节06 50表示寄存器地址为0x0033对应的内容，转化为10进制等于1616，跟上位机软件自动转化的值一样； 第八、第九两个字节00 E4表示寄存器地址为0x0034对应的内容，转化为10进制等于228，跟上位机软件自动转化的值一样； 第十、第十一两个字节79 55表示CRC码；

四、总结 到此，我们已经结合一款温湿度传感器的协议文档，对它的Mudbus协议进行数据解析。其它产品的跟这个差不多，无非可能是参数指标多点。掌握其协议原理并且解析，可以有助于我们排查问题。比如客户反馈温湿度的值不准了，我们第一时间只能通过协议抓包解析，看看它底端的原始值是多少，才能知道不准的根本原因。 关于Mudbus协议数据转化，我们经常在16进制与10进制之间进行转化，下面给大家附上一些在线转换工具网址。 https://jisuan5.com/hexadecimal-to-decimal/

审核编辑：黄飞