串口初始化是Modbus RTU通信穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵起點(diǎn)。本篇深入剖析Air8000開發(fā)板串口參數(shù)配置、初始化代碼實(shí)現(xiàn)及調(diào)試要點(diǎn)，結(jié)合master_rtu示例，分享實(shí)際操作中的經(jīng)驗(yàn)與避坑指南，讓您的RTU通信搭建牢固無憂。

一、MODBUS 概述

Modbus 是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的串行通信協(xié)議，由 Modicon 公司（現(xiàn)為施耐德電氣旗下）于 1979 年推出，主要用于可編程邏輯控制器（PLC）與工業(yè)設(shè)備之間的通信。其設(shè)計(jì)簡單、開放、易于實(shí)現(xiàn)，成為工業(yè)通信的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

1.1核心特點(diǎn)

主從架構(gòu)：由主設(shè)備（Master）發(fā)起請求，從設(shè)備（Slave）響應(yīng)，支持單主或多從模式。

典型應(yīng)用：一臺工控機(jī)（主）與多個傳感器/執(zhí)行器（從）通信。

1.2 常用協(xié)議變體

Modbus RTU：基于二進(jìn)制編碼，通過串行接口（RS-232/RS-485）傳輸，緊湊高效。

Modbus ASCII：使用 ASCII 字符編碼，可讀性強(qiáng)但效率低。

Modbus TCP/IP：基于以太網(wǎng)，適用于現(xiàn)代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

協(xié)議類型對比：

1.3 數(shù)據(jù)模型

1.3.1 Modbus 定義四種數(shù)據(jù)類型，每種通過不同功能碼訪問：

線圈（Coils）：可讀可寫的布爾量（功能碼 01 讀，05 寫單個，15 寫多個）。

離散輸入（Discrete Inputs）：只讀布爾量（功能碼 02 讀）。

保持寄存器（Holding Registers）：可讀可寫的 16 位整數(shù)（功能碼 03 讀，06 寫單個，16 寫多個）。

輸入寄存器（Input Registers）：只讀的 16 位整數(shù)（功能碼 04 讀）。

1.3.2 簡單報文結(jié)構(gòu)

請求幀：功能碼 + 數(shù)據(jù)地址 + 數(shù)據(jù)長度 + CRC 校驗(yàn)（RTU）或 TCP 頭（Modbus TCP）。

響應(yīng)幀：功能碼 + 返回數(shù)據(jù) + 校驗(yàn)。

1.4 優(yōu)缺點(diǎn)

1.4.1 優(yōu)點(diǎn)：

開放免費(fèi)，兼容性強(qiáng)。

在多種電氣接口（RS232、RS485）及多種通信介質(zhì)（以太網(wǎng)，串行電路，藍(lán)牙，wifi 等）中運(yùn)行 。

報文幀簡單緊湊。

1.4.2 缺點(diǎn)：

無內(nèi)置安全機(jī)制（需依賴網(wǎng)絡(luò)隔離或加密層）。

僅支持基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型（需擴(kuò)展協(xié)議處理浮點(diǎn)數(shù)等）。

二、演示功能概述

本篇文章演示的內(nèi)容為：通過 RTU、ASCII 和 TCP 三種常用協(xié)議，Air8000 開發(fā)板作為主站（客戶端）與從站連接通訊的過程，或開發(fā)板作為從站（服務(wù)器）與主站連接通訊的過程。

三、準(zhǔn)備硬件環(huán)境

3.1 硬件準(zhǔn)備

參考：硬件環(huán)境清單第二章節(jié)內(nèi)容，準(zhǔn)備以及組裝好硬件環(huán)境。(硬件環(huán)境清單：https://docs.openluat.com/air8000/luatos/common/hwenv/)

485/232 轉(zhuǎn) USB：

網(wǎng)線：

3.2 開發(fā)板組合演示

3.2.1 RTU 協(xié)議和 ASCII 協(xié)議測試連接

3.2.2 TCP 協(xié)議測試連接

四、準(zhǔn)備軟件環(huán)境

在開始實(shí)踐本示例之前，先籌備一下軟件環(huán)境：

1. Luatools 工具；

2.LuatOS-SoC_V2014_Air8000_2；此頁面有新版本固件的話選用最新版本固件。

3.LuatOS 需要的腳本和資源文件：https://gitee.com/openLuat/LuatOS/tree/master/module/Air8000/demo/modbus

4.lib 腳本文件：使用 Luatools 燒錄時，勾選 添加默認(rèn) lib 選項(xiàng)，使用默認(rèn) lib 腳本文件；

準(zhǔn)備好軟件環(huán)境之后，接下來查看（如何燒錄項(xiàng)目文件到 Air8000 開發(fā)板中：https://docs.openluat.com/air8000/luatos/common/download/），將本篇文章中演示使用的項(xiàng)目文件燒錄到 Air8000 開發(fā)板中。

5.上位機(jī)下位機(jī)模擬軟件：https://gulink.cn/

5.1 API 接口介紹

https://docs.openluat.com/osapi/core/modbus/

5.2 代碼解析

5.2.1 RTU

5.2.1.1 MASTER_RTU

1.初始化通訊串口

2.Modbus 主站創(chuàng)建

3.添加從站

4.創(chuàng)建數(shù)據(jù)區(qū)和通信消息

5.啟動 Modbus 設(shè)備

6.定時狀態(tài)檢查

7.數(shù)據(jù)讀取并轉(zhuǎn)化為 json

5.2.1.2 SLAVE_RTU

1.初始化設(shè)置

2.Modbus 從站創(chuàng)建：創(chuàng)建了一個 RTU 模式的 Modbus 從站，添加了兩個數(shù)據(jù)塊：保持寄存器區(qū)和線圈區(qū)

3.啟動 modbus 從站

4.數(shù)據(jù)更新

5.2.1 ASCII

5.2.2.1 MASTER_ASCII

1.初始化通訊串口

2.Modbus 主站創(chuàng)建

3.添加從站

4.創(chuàng)建數(shù)據(jù)區(qū)和通信消息

5.啟動 Modbus 設(shè)備

6.定時狀態(tài)檢查

7.數(shù)據(jù)讀取并轉(zhuǎn)化為 json

5.2.2.2 SLAVE_ASCII

1.初始化設(shè)置

2.Modbus 從站創(chuàng)建：創(chuàng)建了一個 RTU 模式的 Modbus 從站，添加了兩個數(shù)據(jù)塊：保持寄存器區(qū)和線圈區(qū)

3.啟動 modbus 從站

4.數(shù)據(jù)更新

5.2.3 TCP

5.2.3.1 MASTER_TCP

1.初始化

2.SPI 和以太網(wǎng)驅(qū)動初始化

3.創(chuàng)建主站

4.添加從站

5.創(chuàng)建數(shù)據(jù)請求消息

6.啟動 Modbus 主站

7.從站狀態(tài)監(jiān)控

8.數(shù)據(jù)處理

5.2.3.2 SLAVE_TCP

1.網(wǎng)絡(luò)硬件初始化

2.SPI 和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動初始化

3.等待網(wǎng)絡(luò)連接

4.IP 地址配置

5.DHCP 和 DNS 服務(wù)

6.系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)

7.創(chuàng)建 Modbus TCP 從站

8.創(chuàng)建數(shù)據(jù)存儲區(qū)

9.啟動 Modbus 從站

10.定時數(shù)據(jù)更新

六、運(yùn)行結(jié)果展示

6.1 RTU 協(xié)議運(yùn)行結(jié)果

6.1.1 modbus.master_rtu

6.1.1.1 完整代碼展示

6.1.1.2 效果展示

1.打開 MThings（第四章中 第五項(xiàng)提到的上位機(jī)下位機(jī)軟件 摩爾信使），界面如下。

2.點(diǎn)擊右上角進(jìn)入通道管理。

3.點(diǎn)擊通道管理。

4.進(jìn)入后可以看到 4 個 com 口，選擇 485 通道的 com 口進(jìn)行配置。

由設(shè)備管理器可知 485 通道是 com20

5.點(diǎn)入配置，按照代碼中 uart.setup 設(shè)置參數(shù)后，點(diǎn)擊確定即可，設(shè)置完畢后在通道管理界面配置的通道顯示屬于正常狀態(tài),用戶如果接的是自己的下位機(jī)，請將 uart.setup 傳入的參數(shù)成自己下位機(jī)的配置參數(shù)。

6.返回初始界面，點(diǎn)擊添加設(shè)備。

7.通道選擇剛剛配置過的 485 通道 COM20，設(shè)備類型是模擬從機(jī)，地址是添加從站的 id。

8.增加數(shù)據(jù)配置，數(shù)據(jù)條目是寄存器的數(shù)量。

點(diǎn)擊確定后可以看到增加了 4 個條目，雙擊數(shù)值一欄，然后再雙擊固定值一欄即可按需選擇模擬數(shù)據(jù)的方法。

9.數(shù)據(jù)配置完成后，在主界面可以看到數(shù)值按照設(shè)置的通訊時間間隔開始變換，在日志中也可以看到收到的數(shù)據(jù)，modbus 連接和通訊成功。

6.1.2 modbus.slave_rtu

6.1.2.1 完整代碼展示

6.1.2.2 效果展示

1.打開 MThings（第四章中 第五項(xiàng)提到的上位機(jī)下位機(jī)軟件 摩爾信使），界面如下。

2.點(diǎn)擊右上角進(jìn)入通道管理。

3.點(diǎn)擊通道管理。

4.進(jìn)入后可以看到 4 個 com 口，選擇 485 通道的 com 口進(jìn)行配置。

由設(shè)備管理器可知 485 通道是 com20

5.點(diǎn)入配置，按照代碼中 uart.setup 設(shè)置參數(shù)后,選擇 RTU 傳輸協(xié)議，點(diǎn)擊確定即可，設(shè)置完畢后在通道管理界面配置的通道顯示屬于正常狀態(tài)。用戶如果接的是自己的下位機(jī)，請將 uart.setup 傳入的參數(shù)成自己下位機(jī)的配置參數(shù)。

6.返回初始界面，點(diǎn)擊添加設(shè)備。

7.通道選擇剛剛配置過的 485 通道 COM20，設(shè)備類型是模擬主站，地址是創(chuàng)建從站的 id。

8.增加數(shù)據(jù)配置，根據(jù)需要選擇讀取的寄存器與線圈數(shù)據(jù)。

9.添加成功后，雙擊數(shù)值欄就可以獲取目前從站的數(shù)據(jù)了，開發(fā)板做從站和主站連接通訊成功。

6.2 ASCII 協(xié)議運(yùn)行結(jié)果

6.2.1 modbus.master_ascii

6.2.1.1 完整代碼展示

6.2.1.2 效果展示

1.打開 MThings（第四章中 第五項(xiàng)提到的上位機(jī)下位機(jī)軟件 摩爾信使），界面如下。

2.點(diǎn)擊右上角進(jìn)入通道管理。

3.點(diǎn)擊通道管理。

4.進(jìn)入后可以看到 4 個 com 口，選擇 485 通道的 com 口進(jìn)行配置。

由設(shè)備管理器可知 485 通道是 com20

5.點(diǎn)入配置，按照代碼中 uart.setup 設(shè)置參數(shù)后，選擇 ASCII 傳輸協(xié)議，點(diǎn)擊確定即可，設(shè)置完畢后在通道管理界面配置的通道顯示屬于正常狀態(tài)。用戶如果接的是自己的下位機(jī)，請將 uart.setup 傳入的參數(shù)成自己下位機(jī)的配置參數(shù)。

6.返回初始界面，點(diǎn)擊添加設(shè)備。

7.通道選擇剛剛配置過的 485 通道 COM20，設(shè)備類型是模擬從機(jī)，地址是添加從站的 id。

8.增加數(shù)據(jù)配置，數(shù)據(jù)條目是寄存器的數(shù)量。

點(diǎn)擊確定后可以看到增加了 4 個條目，雙擊數(shù)值一欄，然后再雙擊固定值一欄即可按需選擇模擬數(shù)據(jù)的方法。

9.數(shù)據(jù)配置完成后，在主界面可以看到數(shù)值按照設(shè)置的通訊時間間隔開始變換，在日志中也可以看到收到的數(shù)據(jù)，modbus 連接和通訊成功。

6.2.2 modbus.slave_ascii

6.2.2.1 完整代碼展示

6.2.2.2 效果展示

1.打開 MThings（第四章中 第五項(xiàng)提到的上位機(jī)下位機(jī)軟件 摩爾信使），界面如下。

2.點(diǎn)擊右上角進(jìn)入通道管理。

3.點(diǎn)擊通道管理。

4.進(jìn)入后可以看到 4 個 com 口，選擇 485 通道的 com 口進(jìn)行配置。

由設(shè)備管理器可知 485 通道是 com20

5.點(diǎn)入配置，按照代碼中 uart.setup 設(shè)置參數(shù)后，選擇 ASCII 傳輸協(xié)議，點(diǎn)擊確定即可，設(shè)置完畢后在通道管理界面配置的通道顯示屬于正常狀態(tài)。用戶如果接的是自己的下位機(jī)，請將 uart.setup 傳入的參數(shù)成自己下位機(jī)的配置參數(shù)。

6.返回初始界面，點(diǎn)擊添加設(shè)備。

7.通道選擇剛剛配置過的 485 通道 COM20，設(shè)備類型是模擬主站，地址是創(chuàng)建從站的 id。

8.增加數(shù)據(jù)配置，根據(jù)需要選擇讀取的寄存器與線圈數(shù)據(jù)。

9.添加成功后，雙擊數(shù)值欄就可以獲取目前從站的數(shù)據(jù)了，開發(fā)板做從站和主站連接通訊成功。

6.3 TCP 協(xié)議運(yùn)行結(jié)果

6.3.1 modbus.master_tcp

6.3.1.1 完整代碼展示

mian.lua

lan.lua

6.3.1.2 效果展示

1.打開 MThings（第四章中 第五項(xiàng)提到的上位機(jī)下位機(jī)軟件 摩爾信使），界面如下。

2.點(diǎn)擊右上角進(jìn)入通道管理。

3.點(diǎn)擊通道管理。

4.進(jìn)入后選擇網(wǎng)絡(luò)通道，然后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置。

5.連接模式選擇 tcp 服務(wù)器，本地 ip 在把腳本燒錄后可以看到開發(fā)板分配的 ip，端口號設(shè)置為代碼中 mb_slave1 = modbus.add_slave(mb_tcp, 1, "192.168.4.100", 6000)創(chuàng)建從站的端口號。

6.返回初始界面，點(diǎn)擊添加設(shè)備。

7.通道選擇剛剛配置的 NET001 網(wǎng)絡(luò)通道，設(shè)備類型是模擬從機(jī)，地址是創(chuàng)建從站的 id。

8.增加數(shù)據(jù)配置，根據(jù)需要選擇寄存器或線圈數(shù)據(jù)。

9.點(diǎn)擊確定后可以看到增加了 4 個條目，雙擊數(shù)值一欄，然后再雙擊固定值一欄即可按需選擇模擬數(shù)據(jù)的方法。

10.設(shè)置完成后則可以看到模擬從機(jī)數(shù)據(jù)開始變化，日志上顯示開發(fā)板獲取數(shù)據(jù)，主站與從站連接通訊成功。

6.3.2 modbus.slave_tcp

6.3.2.1 完整代碼展示

main.lua

lan.lua

6.3.2.2 效果展示

1.打開 MThings（第四章中 第五項(xiàng)提到的上位機(jī)下位機(jī)軟件 摩爾信使），界面如下。

2.點(diǎn)擊右上角進(jìn)入通道管理。

3.點(diǎn)擊通道管理。

4.進(jìn)入后選擇網(wǎng)絡(luò)通道，然后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置。

5.連接模式選擇 tcp 客戶端，本地 ip 在把腳本燒錄后可以看到開發(fā)板分配的 ip，目標(biāo) ip 是開發(fā)板的 IP，為 192.168.4.1，目標(biāo)端口號為腳本中 mb_tcp_s = modbus.create_slave(modbus.MODBUS_TCP, slave_id, 6000, socket.LWIP_ETH)設(shè)置的。

6.返回初始界面，點(diǎn)擊添加設(shè)備。

7.通道選擇剛剛配置的 NET001 網(wǎng)絡(luò)通道，設(shè)備類型是模擬主站，地址是創(chuàng)建從站的 id。

8.增加數(shù)據(jù)配置，根據(jù)需要選擇寄存器或線圈數(shù)據(jù)。

9.點(diǎn)擊數(shù)值欄獲取到從站寄存器和線圈的數(shù)據(jù)，主站與從站連接與通訊成功。

七、總結(jié)

本教程演示了 Air8000 modbus 在 RTU、ASCII 和 TCP 三種協(xié)議下的使用過程，請根據(jù)具體場景選擇您需要的 demo 即可。

八、常見問題

1.刪除從站地址和句柄位刪除失敗

刪除失敗可能是主站為關(guān)閉，刪除從站需要在主站關(guān)閉后，刪除后可再次打開主站觀察從站是否刪除成功。

2.開發(fā)板用 TCP 協(xié)議，如何修改開發(fā)板與 PC 端的連接方式

在 lan.lua 中修改socket API。

今天的內(nèi)容就分享到這里了！

審核編輯 黃宇