modbus串口通信C#

时间  2019-11-12
标签 modbus 串口 通信 c# 栏目 主板 繁體版
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简介

公司给的一个小任务，这篇文章进行详细讲解编程

题目： modbus串口通信

主要内容以下：
一、实现使用modbus通信规约的测试软件；
二、具备通讯超时功能；
三、分主站从站，并能编辑报文、生成报文等；
四、计算发送报文次数，接收报文次数，失败通讯次数；
五、对接收的数据进行解析。数组

下面图片能够看出具体的内容：
缓存

知识点讲解

该小软件使用的知识以下：
一、modbus通讯规约；
二、串口通信；
三、定时器；
四、多线程；多线程

一、modbus通信规约

modbus是一个工业上经常使用的通信协议，一个通信约定，包括RTU,ASCII，TCP。该软件使用的RTU。函数

主站设备查询：
查询消肿的功能号告知被选中的设备要执行何种功能。数据段包括了从站设备要执行的功能的任何附加信息。测试

从站设备回应：
当从站设备正常回应后，在回应数据里也包括这功能号，并直接截取从站设备收集的数据。若是发生错误，功能号将被修改成用于指出回应消息为错误消息。并在数据段包括该描述的错误信息。错误校测域容许主设备确认消息的内容是否可用，是否正确。线程

下面的图片解释了modbus的规约的组成：设计


mobus通信规约是由从机地址+功能号+数据地址+数据+CRC校验。指针

从机地址：该规约是单主站/多从站，主站轮询向从站请求的方式进行传输数据，并使用从机地址的方式区分从机。code

功能号： 某指令是干啥，一目了然。接收方将经过功能号进行相应的执行功能。
下面为经常使用功能号：

数据地址：意思是数据存储的地址，从该存储的地址的获取数据。

CRC校验：循环冗余校验码，是数据通讯领域中最经常使用的一种查错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度能够任意选定。

对于校验，网上资料不少，这里直接上代码：

#region  CRC16
    public static byte[] CRC16(byte[] data)
    {
        int len = data.Length;
        if (len > 0)
        {
            ushort crc = 0xFFFF;

            for (int i = 0; i < len; i++)
            {
                crc = (ushort)(crc ^ (data[i]));
                for (int j = 0; j < 8; j++)
                {
                    crc = (crc & 1) != 0 ? (ushort)((crc >> 1) ^ 0xA001) : (ushort)(crc >> 1);
                }
            }
            byte hi = (byte)((crc & 0xFF00) >> 8);  //高位置
            byte lo = (byte)(crc & 0x00FF);         //低位置

            return new byte[] { hi, lo };
        }
        return new byte[] { 0, 0 };
    }
    #endregion

串口通信

在C#中实现串口通信，因为C#微软封装的很好，提供了SerialPort类，命名空间为system.IO.Ports.

下面解释serialPort类编程中经常使用到的关键字和方法：

经常使用字段：
PortName 获取或设置通讯端口
BaudRate 获取或设置串行波特率
DataBits 获取或设置每一个字节的标准数据位长度
Parity 获取或设置奇偶校验检查协议
StopBits 获取或设置每一个字节的标准中止位数

经常使用方法：
Close 关闭端口链接，将IsOpen 属性设置为false，并释放内部 Stream 对象
GetPortNames 获取当前计算机的串行端口名称数组
Open 打开一个新的串行端口链接
Read 从 SerialPort 输入缓冲区中读取
Write 将数据写入串行端口输出缓冲区

串口通讯简介

串口是一种能够接受来自CPU的并行数据字符转换为连续的的串行数据流发送出去，同时可将接受的串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件，也就是说硬件称为串行接口电路。

串口通信重要的参数有波特率，数据位，中止位，奇偶校验。

一、波特率，这是一个衡量符号传输速率的参数，指的是信号被调制之后在单位时间内的变化，即单位时间内载波参数变化的次数，如每秒钟传960个字符，而每一个字符格式包含10位（1个起始位，1个中止位，8个数据位）这是波特率为960Bd,比特率就是9600bps，

二、数据位：这是衡量通讯中实际数据位的参数，当计算机发送一个信息包，实际的数据每每不会是8位，标准的是六、7和8位，标准的ASCII码是0~127（7位），扩展的ASCII码是0~255（8位），

三、中止位：用于表示单个包的最后几位，典型的值为1，1.5和2位。做用就是数据在传输线上定时的，而且每个有其本身的时钟，极可能在通讯中两台设备出现不一样步的状况，中止位能够解决这个问题，它不只表示传输结束，还能够提供计算机矫正同步时钟的机会。

四、校验位：在串口通讯中一种简单的检错方式，有四种检错方式：奇，偶，高、低。

下面是我写的串口通信的代码：

一、加载串口配置

#region 加载串口配置   

    public bool LoadSerialConfig(string com, string BAUDRATE, string DATABITS, string STOP, string PARITY)
    {
        if (!sp1.IsOpen)   //没打开
        {
            try
            {
                //设置串口号
                string serialName = com;
                sp1.PortName = serialName;

                //设置各“串口设置”
                string strBaudRate = BAUDRATE;
                string strDateBits = DATABITS;
                string strStopBits = STOP;
                Int32 iBaudRate = Convert.ToInt32(strBaudRate);
                Int32 iDateBits = Convert.ToInt32(strDateBits);

                sp1.BaudRate = iBaudRate;       //波特率
                sp1.DataBits = iDateBits;       //数据位
                switch (STOP)            //中止位
                {
                    case "1":
                        sp1.StopBits = StopBits.One;
                        break;
                    case "1.5":
                        sp1.StopBits = StopBits.OnePointFive;
                        break;
                    case "2":
                        sp1.StopBits = StopBits.Two;
                        break;
                    default:
                        //MessageBox.Show("Error：参数不正确!", "Error");
                        break;
                }

                switch (PARITY)             //校验位
                {
                    case "NONE":
                        sp1.Parity = Parity.None;
                        break;
                    case "奇校验":
                        sp1.Parity = Parity.Odd;
                        break;
                    case "偶校验":
                        sp1.Parity = Parity.Even;
                        break;
                    default:
                        //MessageBox.Show("Error：参数不正确!", "Error");
                        break;
                }

                //若是打开状态，则先关闭一下
                if (sp1.IsOpen == true)
                {
                    sp1.Close();
                }
                sp1.Open();     //打开串口
                return true;
            }
            catch (System.Exception ex)
            {
                SetSerialOpenFlag(false);
                Form1.ShowThrow(ex);
                return false;
            }
        }
        else   //已经打开
        {
            return true;
        }
    }
    #endregion

二、处理数据的定时器，在定时器里面对接收到的数据进行压到队列里面，后期对队列进行再次的处理。

public void StartTimeOutTimer( UInt16 SendDataShowTimer,bool autoFlag)
{
//实例化Timer类，设置间隔时间为10000毫秒；
timeOutTimer = new System.Timers.Timer(SendDataShowTimer);
timeOutTimer.Elapsed += new System.Timers.ElapsedEventHandler(EndTimeProcess);
timeOutTimer.AutoReset = autoFlag;//设置是执行一次（false）仍是一直执行(rtue)；
timeOutTimer.Enabled = true;//是否执行System.Timers.Timer.Elapsed事件；
}


private void EndTimeProcess(Object sender, EventArgs e)
{
    if (GetSerialOpenFlag())
    {
        recvBytesNum = (UInt16)sp1.BytesToRead;

    if (recvBytesNum == 0 && delayTime <= TimeOutFailMaxTime)
    {
        delayTime++;
        timeOutTimer.Start();    //定时器应该执行一次，而后在这重新开始，好比100毫秒后还未接收到数据，就记下数后从新开始定时器
    }
    else    //经过sp1.BytesToRead已经知道串口接收缓存区的大小，使用read函数直接取数，
    {
        if (sp1.BytesToRead > 0)    //有数据，下面接收数据并校验数据
        {
            //接收16进制
            try
            {
                lock (Recvlock)    //加锁
                {
                    Byte[] receiveddata = new Byte[sp1.BytesToRead];        //创接建收字节数组
                    sp1.Read(receiveddata, 0, receiveddata.Length);         //读取数据
                    sp1.DiscardInBuffer();                                  //清空SerialPort控件的Buffer
                    if (receiveddata.Length <= 0)
                        return;
                    DataProcessorQueue.Enqueue(receiveddata);  
                }
                delayTime = 0;
                recvBytesNum = 0;
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Form1.ShowThrow(ex);
                return;
            }
        }
        else        //超过屡次定时都为串口缓冲区的数据都为空，则说明通信超时
        {
            ConnectFailCount += 1;
        }
    }
}

}


   #region  串口数据接收
void sp1_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{
    if (GetSerialOpenFlag()) //此处可能没有必要判断是否打开串口，但为了严谨性，我仍是加上了
    {
        timeOutTimer.Stop();
        timeOutTimer.Start();
    }
    else
    {
        Form1.ShowThrow("串口没有成功打开");
        return;
    }
}
#endregion

在这里讲解一下为何须要用到定时器？
因为要实现通信超时功能，因此我这里使用定时器的方式，开始接收到数据后开始定时，直到个人数据在定时间内发送过来，我设定了小于3次的定时，若是3次定时都尚未将数据传输完毕，则认为数据传输完毕。

三、发送数据

public void SendTextdelegate(byte[] buf)
    {
        SetSendText( buf);
        StartSendThread();
    }
    public void SetSendText(byte[] buf)
    {
        strSend = System.Text.Encoding.Default.GetString(buf);
    }

为了本身封装一个类，并与UI进行分离，我使用的是C#经常使用的委托方式，从Form类中传入数据，

定时器

先上代码

public System.Timers.Timer timeOutTimer;    //定义定时器

public void StartDataProcessorTimer( bool autoFlag)
    {
        //实例化Timer类，设置间隔时间为10000毫秒；
        timeOutTimer = new System.Timers.Timer(DataProcessorTimer);
        timeOutTimer.Elapsed += new System.Timers.ElapsedEventHandler(DataProcess);
        timeOutTimer.AutoReset = autoFlag;//设置是执行一次（false）仍是一直执行(true)；
        timeOutTimer.Enabled = true;//是否执行System.Timers.Timer.Elapsed事件；
    }

定时器是在通信方面是常用到的，下面我讲解一下我这个小软件使用到定时器位置
一、超时通讯功能
二、定时发送功能
三、接收功能
三、定时显示某些数据，好比发送次数，接收次数，失败通讯次数等。

多线程

在定时器使用过程当中，也会使用到线程。好比,有些地方为了与其余功能分离开来。

下面给出开启线程的代码

public void StartSendThread()
    {
        Thread SendThread = new Thread(SendMsg);
        SendThread.Start();
    }

软件思路

一、界面

因为须要作两个软件（主从站），我将两个软件融合在一块儿，使用选择站点的方式进行开启主站或者从站。 主站的界面和从站的界面很类似，为了让用户操做一致。

二、在上述给出了知识讲解中，基本包含了软件的设计思路，主从站之分在于报文拟制不一样，串口发送过程相同，所使用的方式也相同，就不具体讨论，下面对重要设计思想进行描述。

（a）使用锁，因为某些数据须要进行同步，我选择的是加锁的方式。
给出一部分的代码以下：

lock (Recvlock)    //加锁
{
    Byte[] receiveddata = new Byte[sp1.BytesToRead];        //创接建收字节数组
    sp1.Read(receiveddata, 0, receiveddata.Length);         //读取数据
    sp1.DiscardInBuffer();                                  //清空SerialPort控件的Buffer
    if (receiveddata.Length <= 0)
        return;
    DataProcessorQueue.Enqueue(receiveddata);  
}

实现数据同步的方式不少，数据同步，为了让多线程同时操做同一个缓存区时，可以保证数据一致性，

（b）队列，因为考虑到发送方发送数据过快时，我使用的是队列将接收的数据进行存储下来，而后再开启另一个定时器和线程去队列取数，并将数据，分析，校验以及显示等等。这样的方式能够不用考虑对方什么时候发送，发送速度的问题，但有一个问题就是队列的大小有限制，我选择的队列是System.Collections.Generic.Queue，C#中队列不少，这种队列能够解决队列大小限制的问题。

（C）配置文件
为了让软件在初始化串口参数，我使用的是配置文件对串口参数进行设置。

下面为配置文件的代码：

private static IniFile _file;//内置了一个对象

public static void LoadProfile_Serial()
    {
        string strPath = AppDomain.CurrentDomain.BaseDirectory;
        _file = new IniFile(strPath + "Cfg.ini");
        G_BAUDRATE = _file.ReadString("CONFIG", "BaudRate", "4800");    //读数据，下同
        G_DATABITS = _file.ReadString("CONFIG", "DataBits", "8");
        G_STOP = _file.ReadString("CONFIG", "StopBits", "1");
        G_PARITY = _file.ReadString("CONFIG", "Parity", "NONE");

    }

（d）数据转换

下面对数据转换作一个总结：
作通信软件，数据转换是必要的，在string，2进制，10进制，16进制，byte之间作转换。

一、string转byte[]
byte[] buf = BitConverter.GetBytes(short.Parse(str));

二、byte[]转string
System.Text.Encoding.Default.GetString(buf);

三、byte[]转16进制的string

public static string ByteToString(byte[] InBytes)
    {
        string StringOut = "";
        foreach (byte InByte in InBytes)
        {
            StringOut = StringOut + String.Format("{0:X2}", InByte) + " ";
        }
        return StringOut.Trim();
    }

四、int 转 string
str = i.ToString()

五、string转int
UInt16 i= UInt16.Parse(str)

总结

通过这个软件的练习，我对C#语言有必定的了解，须要多实践，多编程。

C#语言和C++语言仍是有不少不同的地方，C#没有指针，用的怪怪的，没有从地址角度去考虑数据，数据容易管理很差，我的以为。

最后一点就是学到了不少东西，文章也慢慢开始写，须要多积累，多运用，才是属于本身的。

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