摘 要：本文介紹了Modbus的控制網絡及協(xié)議特點，著重分析Modbus ACSII模式的消息幀組成、校驗碼的計算及主要的功能。并對利用Modbus協(xié)議實現遠程無線通信的有關要點作了說明。

關鍵詞：Modbus網絡;Modbus協(xié)議;LRC校驗碼;無線數傳modem;半雙工

1 引言

　　利用數傳無線電臺進行遠程通信可以通過多種編程方法來實現。但是如果在通信可靠性、兼容性和組網的靈活性方面有要求，那么就不是一般通信程序能實現的。最好是能利用一個現成的、應用最廣泛的、可靠性較高的、通信效率較好的、實現較容易的、經過充分實踐證明的通用通信協(xié)議來完成。Modbus協(xié)議正是完全符合上述要求的諸多通信協(xié)議中的一種。

　　Modbus協(xié)議是由美國可編程控制器制造商莫迪康（Modicon Inc.）公司出品的一種應用于工業(yè)通信和分布式控制系統(tǒng)的協(xié)議。現已被眾多的硬件廠商所支持，已經成為一通用工業(yè)標準。通過此協(xié)議，控制器之間、控制器經由網絡（例如以太網）和其它設備之間可以通信。由于Modbus協(xié)議完全公開、實現簡單、硬件要求低、可靠性好等特點，已成為構建低速網絡（數據采集、儀表等）通信的最佳選擇。

2 Modbus協(xié)議

　　2.1 協(xié)議簡介

　　Modbus協(xié)議通信使用主—從技術，即僅有一臺設備（主設備）能初始化傳輸（查詢）。其它設備（從設備）根據主設備查詢提供的數據作出相應回應。圖1是Modbus協(xié)議的詢問應答環(huán)路。典型的主設備：主機和可編程儀表。典型的從設備：可編程控制器。

　　主設備發(fā)送的一個含有指定編址的請求報文到通訊線路上;從設備則從通訊線路上檢測報文是否含有自身編址。如果報文編址與自身編址相同則接收此報文進行處理。從機報文處理的過程是，如果報文正確，則按報文要求執(zhí)行任務，然后再將正確的回應報文返回給發(fā)送者;否則只返回一個錯誤信息報文給發(fā)送者。

　　Modbus協(xié)議上允許1臺主機和至多247臺從機。只有主機才能啟動事務處理程序。事務處理可以是應答式（只對一臺從機尋址），亦可是廣播式（無應答，對所有從機尋址）。事務處理程序由詢問和應答幀組成，或由一個廣播幀組成。

　　Modbus協(xié)議提供兩種傳輸模式供用戶選擇。一種模式是ASCII（美國標準信息交換代碼），另一種模式是RTU（遠程終端設備）。這兩種模式從實現通信的功能上看是完全一樣的。ASCII模式主要優(yōu)點是字符發(fā)送的時間間隔可達到1秒而不產生錯誤，較為適用于長距離、低速率的通信應用（如無線電臺通信等）。RTU模式則較為適用于短距離、高速率的通信應用。在控制系統(tǒng)中應用較多。

　　由于本文主要是利用Modbus協(xié)議的ASCII模式來實現無線通信。因此著重介紹Modbus協(xié)議的ASCII模式。

　　2.2 ASCII模式格式

　　使用ASCII模式，消息以冒號（:）字符（ASCII碼 3AH）開始，以回車換行符結束（ASCII碼 0DH,0AH）。

　　其它域可以使用的傳輸字符是十六進制的0...9,A...F。網絡上的設備不斷偵測“:”字符，當有一個冒號接收到時，每個設備都解碼下個域（地址域）來判斷是否發(fā)給自己的。

　　一個典型消息幀如下所示：

　　起始位字段表示一幀報文的開始。
　　地址碼字段表示接收主機報文的從機地址。用戶必須設置每臺從機的地址。
　　功能碼字段通知從站應執(zhí)行何種功能。
　　數據字段含有從機執(zhí)行某項具體功能的信息，或含有從機應答詢問的信息，這些信息可以是數值、地址參數或范圍。
　　校驗碼字段是用來檢查通訊報文有無錯誤。

　　2.3 LRC校驗

　　ASCII模式采用LRC方法進行錯誤校驗。具體為：

　　A、LRC域檢測了消息域中除開始的冒號及結束的回車換行號外的內容。

　　B、LRC域是一個包含一個8位二進制值的字節(jié)。LRC值由傳輸設備來計算并放到消息幀中，接收設備在接收消息的過程中計算LRC，并將它和接收到消息中LRC域中的值比較，如果兩值不等，說明有錯誤。

　　C、LRC方法是將消息中的8Bit的字節(jié)連續(xù)累加，丟棄了進位。

　　LRC簡單函數如下：

　　static unsigned char LRC（auchMsg,usDataLen）

　　unsigned char ＊auchMsg ; /＊ 要進行計算的消息 ＊/

　　unsigned short usDataLen ; /＊ LRC 要處理的字節(jié)的數量＊/

　?。?unsigned char uchLRC = 0 ; /＊ LRC 字節(jié)初始化 ＊/

　　while （usDataLen——） /＊ 傳送消息 ＊/

　　uchLRC += ＊auchMsg++ ; /＊ 累加＊/

　　return （（unsigned char）（-（（char_uchLRC））） ;

　?。?/p>

3 功能描述

　　3.1功能概述

　　Modbus協(xié)議總共有24種功能。其中主要的有8種，分別如圖3所示：

　　Modbus協(xié)議原意是為了實現可編程控制器的高效聯(lián)網通信。在此8種功能中其通信功能有所重復。有考慮到實現的簡易性，在無線通信應用中，其實只需功能04及功能16即可。

　　3.2 讀輸入寄存器組（功能碼04）

　　例如：讀8號從機的寄存器組。起始地址是30123，寄存器個數是2個的報文格式如圖4所示：

　　讀輸入寄存器組詢問報文：

　　讀輸入寄存器組應答報文：

　　3.3 寫多個寄存器（功能碼16）

　　本功能可以修改控制器內多個寄存器的內容，不用的高位必須置0。本功能碼支持廣播模式（即從機地址為0）。例如：將08從機的40210、40211寄存器置成0835h和0312h的報文如圖5所示。

　　寫多個寄存器詢問報文：

　　寫多個寄存器應答報文：

4 Modbus協(xié)議在無線通信中的實現

　　4.1 Modbus口與無線數傳modem口的連接

　　Modbus口及無線數傳modem口均采用標準9芯串行口方式，使用其中部分引腳。如圖6所示

　　4.2 通信方式的全雙工轉半雙工

　　Modbus本身屬于半雙工的通信協(xié)議，而無線數傳modem一般只能工作于半雙工方式。無線數傳modem工作時，當RTS控制線為低電平，modem處于發(fā)送狀態(tài)，將TXD的信號以載波的方式發(fā)送出去;當RTS控制線為高電平時，則modem處于接收狀態(tài)，將接到的載波信號經檢波后送回Modbus口。

　　如果所有的主從設備均采用半雙工方式通信時則用Modbus協(xié)議實現無線通信較為容易。然而如果在整個通信網絡中有部分從機采用全雙工方式工作時，則必須將此部分從機的通信機制改為半雙工。

　　例如一個遠程主機與一個以Modicon TSX SCP 111通信卡為從機的PLC進

　　行 Modbus無線通信時，就必須在Modicon TSX SCP 111側增加一塊全雙工轉半雙工卡。原因，Modicon TSX 111無論RXD是否存在有用信號均在每個通信周期均使CTS出現一次低電平（使電臺發(fā)射），擾亂了正常的通信。

5 結論

　　湛江市自來水公司寸金加壓站無人值守控制系統(tǒng)就是利用上述方法成功地實現了遠程無線遙控加壓站的機泵操作。實踐證明：運用Modbus協(xié)議來實現無線通信，使得通信可靠，系統(tǒng)結構簡單，擴展性好，能滿足多數工程的實際需要。

參考文獻：

　　[1] MODICON, Inc., Industrial Automation Systems 《Modicon Modbus Protocol Reference Guide》，June 1996

　　[2] 陳柏金，通過串行口訪問Modbus現場控制網絡，微計算機信息2003.1.