11.5 Modbus RTU客戶端編程與實驗

瑞米派開發板作為client（主設備），去訪問Modbus傳感器（作為Server）。

本節源碼位于如下目錄：

11.5.1 硬件連接

硬件連接原理圖如下：

實物連接圖如下：

11.5.2 傳感器點表

對于Modbus設備，怎么訪問它們？它們的寄存器分別有什么功能？這在“點表”里描述，每個寄存器被稱為一個“點”。

百問網的溫濕度傳感器的點表如下：

設備 地址	寄存器 地址	寄存器 類別	用途	描述
03H	0000H	DO	控制器蜂鳴1	1-響
	0001H	DO	控制器蜂鳴2	1-響
	0002H	DO	控制LED1	1-亮
	0003H	DO	控制LED2	1-亮
	0004H	DO	控制LED3	1-亮
	0000H	AI	讀取溫度	單位0.1攝氏度 16位有符號整數
	0001H	AI	讀取濕度	單位0.1%RH 16位有符合整數

11.5.3 程序解析

代碼在如下目錄里：

假設執行如下命令：

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./modbus_client /dev/ttySC4 read

程序運行的情景分析如下

1. 初始化與連接

代碼如下：

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33 ctx = modbus_new_rtu(argv[1], 115200, 'N', 8, 1);
34 if (ctx == NULL) {
35 fprintf(stderr, "Unable to allocate libmodbus context
");
36 return -1;
37 }
38
39 modbus_set_slave(ctx, SERVER_ID);
40
41 if (modbus_connect(ctx) == -1) {
42 fprintf(stderr, "Connection failed: %s
", modbus_strerror(errno));
43 modbus_free(ctx);
44 return -1;
45 }

第33行：分配一個modbus_t結構體。

第39行：設置要訪問的Modbus傳感器地址。

第41行：打開串口設備。

2. 讀取傳感器數據

代碼如下：

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47 if (!strcmp(argv[2], "read"))
48 {
49 while (1)
50 {
51 rc = modbus_read_input_registers(ctx, 0, 2, vals);
52 if (rc == 2)
53 {
54 printf("Temprature = %d.%dC, Humity = %d.%d%%
", vals[0]/10, val
s[0]%10, vals[1]/10, vals[1]%10);
55 }
56 else
57 {
58 printf("modbus_read_input_registers err: %d, %s
", rc, strerror
(errno));
59 }
60 sleep(2);
61 }
62 }

第51行：讀取2個AI寄存器。

第54行：打印溫濕度值。

11.5.4 上機實驗

注意：假設你在“/home/ubuntu/apps/libmodbus-3.1.10”目錄下編譯了Libmodbus，并且在“/home/ubuntu/apps/libmodbus-3.1.10/tmp”目錄下安裝了Libmodbus。如果你的路徑不一樣，需要修改后續程序的Makefile。

把代碼上傳到Ubuntu。

然后，在Ubuntu下執行如下命令進行編譯：

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$ source /opt/remi-sdk/environment-setup-aarch64-poky-linux
$ make
$ scp modbus_client root@192.168.5.9:/mnt

最后，在開發板上執行如下命令：

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# cd /mnt
# ./modbus_client /dev/ttySC4 beep1 on
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 beep1 off
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 led1 on
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 led1 off
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 read
Temprature = 32.0C, Humity = 39.2%
Temprature = 31.9C, Humity = 39.2%

11.6 Modbus RTU服務器端編程與實驗

要把瑞米派當做一個Modbus服務器（傳感器）來使用，需要有另一個開發板作為客戶端。為了方便實驗，本課程使用同一個瑞米派開發板，它運行2個程序：一個模擬服務器，另一個模擬客戶端。

本節源碼位于如下目錄：

硬件框圖與連接如下所示。

11.6.1 硬件連接

硬件連接原理圖如下：

實物連接圖如下：

11.6.2 程序解析

代碼在如下目錄里：

“modbus_server.c”代碼解析如下。

1. 初始化與連接

代碼如下：

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40 ctx = modbus_new_rtu(argv[1], 115200, 'N', 8, 1);
41 if (ctx == NULL) {
42 fprintf(stderr, "Unable to allocate libmodbus context
");
43 return -1;
44 }
45
46 modbus_set_slave(ctx, SERVER_ID);
47
48 mb_mapping = modbus_mapping_new_start_address(0,
49 NB_BITS, /* 5 個 DO 寄存器,對應 beep1,beep2,led1,led2,led3 */
50 0,
51 NB_INPUT_BITS,
52 0,
53 NB_REGISTERS,
54 0,
55 NB_INPUT_REGISTERS); /* 2 個 AI 寄存器,對應溫度和濕度 */
56 memset(mb_mapping->tab_bits, 0, NB_BITS);
57 memset(mb_mapping->tab_input_registers, 0, NB_INPUT_REGISTERS*2);
58
59 memset(old_bits, 0, NB_BITS);
60 memset(old_regs, 0, NB_INPUT_REGISTERS*2);
61
62 if (modbus_connect(ctx) == -1) {
63 fprintf(stderr, "Connection failed: %s
", modbus_strerror(errno));
64 modbus_free(ctx);
65 return -1;
66 }

第40行：分配一個modbus_t結構體。

第46行：設置自己的傳感器地址。

第48~55行：分配Modbus寄存器。

第56~57行：設置DO、AI寄存器初始值為0。

第59~60行：設置2個數組的值為0，這2個數組將用來跟Modbus寄存器進行比較，這樣才能知道Client程序有沒有修改這些值。

第62行：打開串口設備。

2. 等待Client程序發來請求

代碼如下：

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68 while (1)
69 {
70 do {
71 rc = modbus_receive(ctx, query);
72 /* Filtered queries return 0 */
73 } while (rc == 0);

第71行：讀取請求。

3. 模擬溫濕度傳感器

代碼如下：

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82 /* 使用隨機數模擬溫度、濕度 */
83 mb_mapping->tab_input_registers[0] = rand() % 1000; /* 溫度,單位:0.1C */
84 mb_mapping->tab_input_registers[1] = rand() % 1000; /* 濕度,單位:0.1% */

4. 回復數據給Client

代碼如下：

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86 rc = modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
87 if (rc == -1) {
88 //break;
89 }

如果Client發來的請求是讀取溫濕度值的話，那么第86行就會回復數據給它。

5. 模擬蜂鳴器和LED操作

代碼如下：

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91 /* 根據 client 設置的數值,假裝操作蜂鳴器和 LED */
92 if (mb_mapping->tab_bits[0] != old_bits[0])
93 {
94 printf("set beep1 %s
", mb_mapping->tab_bits[0] ? "on" : "off");
95 old_bits[0] = mb_mapping->tab_bits[0];
96 }
97
98 if (mb_mapping->tab_bits[1] != old_bits[1])
99 {
100 printf("set beep2 %s
", mb_mapping->tab_bits[1] ? "on" : "off");
101 old_bits[1] = mb_mapping->tab_bits[1];
102 }
103
104 if (mb_mapping->tab_bits[2] != old_bits[2])
105 {
106 printf("set led1 %s
", mb_mapping->tab_bits[2] ? "on" : "off");
107 old_bits[2] = mb_mapping->tab_bits[2];
108 }
109
110 if (mb_mapping->tab_bits[3] != old_bits[4])
111 {
112 printf("set led2 %s
", mb_mapping->tab_bits[4] ? "on" : "off");
113 old_bits[3] = mb_mapping->tab_bits[4];
114 }
115
116 if (mb_mapping->tab_bits[4] != old_bits[4])
117 {
118 printf("set led3 %s
", mb_mapping->tab_bits[4] ? "on" : "off");
119 old_bits[4] = mb_mapping->tab_bits[4];
120 }

代碼比較簡單，不再贅述。

11.6.3 上機實驗

把代碼上傳到Ubuntu。

然后，在Ubuntu下執行如下命令進行編譯：

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$ source /opt/remi-sdk/environment-setup-aarch64-poky-linux
$ make
$ scp modbus_client root@192.168.5.9:/home/root
$ scp modbus_server root@192.168.5.9:/home/root

最后，在開發板上執行如下命令（先執行 modbus_server）：

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# cd /home/root
# ./modbus_server /dev/ttySC2 &
# ./modbus_client /dev/ttySC4 beep1 on
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 beep1 off
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 led1 on
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 led1 off
modbus_write_bit ok
# ./modbus_client /dev/ttySC4 read
Temprature = 64.9C, Humity = 42.1%
Temprature = 36.2C, Humity = 2.7%
Temprature = 69.0C, Humity = 5.9%