CN104038499A - 基于modbus rtu协议的数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MODBUS RTU协议的数据传输方法，通过对RTU帧的数据结构的分析，弱化对数据帧中间隔时间的控制，通过对帧数据完整性的分析判断，实现数据的发送与接收，这样不易受到距离、晶振精度或者外界等干扰，不仅使得数据传输的可靠性大大提高，且由于数据传输可靠性的增加也减少了中断，使得对两个数据传输设备的硬件配置要求较低。

Description

基于MODBUS RTU协议的数据传输方法

技术领域

本发明涉及电能表与移动网络通信技术领域，具体讲是一种基于MODBUS RTU协议的数据传输方法。

背景技术

Modbus协议最初由Modicon公司开发出来，在1979年末该公司成为施耐德自动化部门的一部分，现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。

Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式，数据通讯采用Maser/Slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求；Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。

Modbus协议需要对数据进行校验，串行协议中除有奇偶校验外，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验，但TCP模式没有额外规定校验，因为TCP协议是一个面向连接的可靠协议。

目前国内通信公司三大运营商在全国的信号基站超过200万座，为有效监控各基站设备实时电量、电压、电流、用电质量等情况，某移动公司提出将基站内电能表的相关数据通过一个抄收器上传至控制中心，电能表与该抄收器的通信协议为Modbus RTU协议，抄收器将数据简单处理即可通过移动网络传输到控制中心。

现有技术的电能表本身具有两路485通信功能，采用屏蔽双绞线，波特率可在1200bps～9600bps之间进行设置，通信协议为DLT645-2007《多功能电能表通信协议》。

DLT645-2007《多功能电能表通信协议》中对于通信帧的格式要求如下：

Modbus RTU协议的相关要求如下：

(1)物理层

●传输接口：RS-485

●通信地址：0～247

●通信波特率：1200bps～9600bps

●通信介质：屏蔽双绞线

(2)数据链路层

●传输方式：异步主从半双工方式

●数据帧格式：一位起始位，8位数据，偶校验位/奇校验位/无校验位(默认为偶校验位)，一位停止位

●数据包格式：

地址(Address)	功能(Function)	数据(Data)	校验码(CRC)
				8bits	8bits	n×8bits	16bits

●读数据下行帧格式

●预置多寄存器下行帧格式

数据包的发送序列总是相同的地址、功能码、数据以及校验码，其中每个数据包需作为一个连续的位流传输。当主站数据包到达从站后，与数据包中地址域相匹配的从站将接收数据，从站对数据校验后，如果没有错误，就执行数据包中的请求，并将响应数据组包后发给主站，从站返回的响应数据包中包含有以下内容：从站地址(Address)、执行的功能(Function)、功能执行生成的请求数据(Data)和校验码(CRC)。

●地址域(Address)

地址域在数据包的开始部分，由一个八bits数据组成，这个数据表示主站指定的从站地址，总线上每个从站地址是唯一的，从站的有效地址范围在0～247之内。当主站发送数据包后，只有与主站查询地址相同的从站才会有响应。

●功能域(Function)

功能域描述了从站所执行的何种功能，下表说明了所有功能码的意义。

代码	定义	具体功能
			03H	读数据	读取一个或多个变量的当前二进制值
10H	预置多寄存器	用特定的二进制值改写多个变量的值

●数据域(Data)

数据域包含有从站执行特定功能所需要的数据或从站响应主站查询时采集到的数据。其中这些数据的内容可能是地址代码，或数据。

●校验码域(CRC)

校验码是主站、从站在CRC校验传输数据时形成的16bits的校验数据。由于通信中存在各种干扰，因此通信中传输的数据可能会发生改变，CRC校验能够有效保证主站、从站不会响应传输过程中发生了失真的数据，提高了系统的安全性和效率。校验码的形成规律见附录一中的说明。

(3)Modbus报文RTU帧

由发送设备将Modbus报文构造为带有已知起始和结束标记的帧。这使设备可以在报文的开始接收新帧，并且知道何时报文结束。不完整的报文必须能够被检测到而错误标志必须作为结果被设置。在RTU模式，报文帧由时长至少为3.5个字符时间的空闲间隔区分。在后续的部分，这个时间区间被称作t3.5。

整个报文帧必须以连续的字符流发送。如果两个字符之间的空闲间隔大于1.5个字符时间，则报文帧被认为不完整应该被接收节点丢弃。中断是通信设备一个实时处理机制，需硬件有此功能。

Modbus报文RTU帧中数据的接收和发送严格通过帧中字符之间的间隔时间进行识别，该方法操作简单，但是对时间的要求较高，数据的通信过程中若距离较远、两个设备的晶振精度有误差或者受外界的干扰较大，这样不仅数据的通信可靠性会大大降低，且由于数据传输失败造成的过多中断还使得两个数据传输设备的硬件配置要求较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于MODBUS RTU协议的数据传输方法，该数据传输方法的通信可靠性高且对两个数据传输设备的硬件配置要求较低。

本发明的技术方案是，提供一种基于MODBUS RTU协议的数据传输方法，包括以下步骤：

(1)、设定通信设备的设备地址和功能代码；

(2)、在通信设备的缓存或内存中创建一个用于存放485接收数据的数组，该数组用ring[N]表示，其中，N为允许接收的最大一帧数据的字节数；该数组的大小按所允许接收最长一帧数据的大小分配，且485接收的数据按字节顺序循环存储；在缓存或内存中定义三个变量*head、*tail和*pnum，其中，*head表示485接收到新一帧的数据时，该帧的头所在数组中的位置；*tail表示所有数据接收完时，数据尾所在的位置；*pnum表示从接收的数据头开始，接收到的数据字节个数；程序初始化时，令*head、*tail的指针指向数组的头ring[0]，同时*pnum为0；在新接收到一个字节的数据时，*tail后移一位，*pnum加1；若*tail移到最后一位N时，下一字节则从数组的头ring[0]开始；

(3)、通信设备的485接收数据；

(4)、判断*pnum是否为0，如果*pnum为0，则抛弃该数据，返回步骤(3)，重新等待接收数据；否则，执行步骤(5)；

(5)、判断ring[*head]是否等于该通信设备所设定的设备地址，如不等于该设备所设定的设备地址，则令*head＝*head+1，*pnum＝*pnum-1，并返回执行步骤(4)；否则，执行步骤(6)；

(6)、判断*pnum的功能代码是否与设定的功能代码吻合，如果功能代码不吻合，则令*head＝*head+1，*pnum＝*pnum-1，并返回执行步骤(4)；否则，则执行步骤(7)；

(7)、判断*pnum是否大于等于485接收到数据的长度，如果*pnum小于485接收到数据的长度，则执行步骤(8)；否则，则执行步骤(9)；

(8)、等待一段时间，若一段时间之后，485没有接收到新数据，则抛弃该数据，返回步骤(3)，重新等待接收数据；若一段时间之内485接收到新数据，则返回步骤(7)；

(9)、根据功能代码、后方的数据域，计算出校验码，并将计算得到的校验码与485接收到的校验码做比较，如果校验码不一致，则令*head＝*head+1，*pnum＝*pnum-1，并返回执行步骤(4)；否则，执行步骤(10)；

(10)、判断数据传输成功。

所述的一段时间为450-600毫秒。

采用以上结构后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明基于MODBUS RTU协议的数据传输方法对RTU帧的数据结构的分析，弱化对数据帧中间隔时间的控制，通过对帧数据完整性的分析判断，实现数据的发送与接收，这样不易受到距离、晶振精度或者外界等干扰，不仅使得数据传输的可靠性大大提高，且由于数据传输可靠性的增加也减少了中断，使得对两个数据传输设备的硬件配置要求较低。

具体实施方式

下面就具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明一种基于MODBUS RTU协议的数据传输方法，包括以下步骤：

(1)、设定通信设备的设备地址和功能代码，在本实施例中，设备地址可以是0-247中的任何一个；功能代码是03H为读数据，10H为预置多寄存器等，还可以有其他功能。

(2)、在通信设备的缓存或内存中创建一个用于存放485接收数据的数组，该数组用ring[N]表示，其中，N为允许接收的最大一帧数据的字节数；该数组的大小按所允许接收最长一帧数据的大小分配，且485接收的数据按字节顺序循环存储；在缓存或内存中定义三个变量*head、*tail和*pnum，其中，*head表示485接收到新一帧的数据时，该帧的头所在数组中的位置；*tail表示所有数据接收完时，数据尾所在的位置；*pnum表示从接收的数据头开始，接收到的数据字节个数；程序初始化时，令*head、*tail的指针指向数组的头ring[0]，同时*pnum为0；在新接收到一个字节的数据时，*tail后移一位，*pnum加1；若*tail移到最后一位N时，下一字节则从数组的头ring[0]开始；

(3)、通信设备的485接收数据，即接485通讯模块每隔一段时间即进行一次收的动作；

(4)、判断*pnum是否为0，如果*pnum为0，则说明没有接收到数据，返回步骤(3)，重新等待接收数据；否则，执行步骤(5)；

(5)、判断ring[*head]是否等于该通信设备所设定的设备地址，如不等于该设备所设定的设备地址，则令*head＝*head+1，*pnum＝*pnum-1，并返回执行步骤(4)；否则，执行步骤(6)；即判定该帧数据的头是否是设备地址，如果是则说明是发给该通信设备的数据。

(6)、判断*pnum的功能代码是否与设定的功能代码吻合，如果功能代码不吻合，则令*head＝*head+1，*pnum＝*pnum-1，并返回执行步骤(4)；否则，则执行步骤(7)；判定该帧的数据的功能代码是否错误。

(7)、判断*pnum是否大于等于485接收到数据的长度，如果*pnum小于485接收到数据的长度，则执行步骤(8)；否则，则执行步骤(9)；

(8)、等待一段时间，若一段时间之后，485没有接收到新数据，则抛弃该数据，返回步骤(3)，重新等待接收数据；若一段时间之内485接收到新数据，则返回步骤(7)；

(9)、根据功能代码、后方的数据域，计算出校验码，并将计算得到的校验码与485接收到的校验码做比较，如果校验码不一致，则令*head＝*head+1，*pnum＝*pnum-1，并返回执行步骤(4)；否则，执行步骤(10)；根据MODBUS协议里面的校验码计算公式可计算校验码。

(10)、判断数据传输成功，之后可以处理该数据。

所述的一段时间为450-600毫秒。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于MODBUS RTU协议的数据传输方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、设定通信设备的设备地址和功能代码；

(2)、在通信设备的缓存或内存中创建一个用于存放485接收数据的数组，该数组用ring[N]表示，其中，N为允许接收的最大一帧数据的字节数；该数组的大小按所允许接收最长一帧数据的大小分配，且485接收的数据按字节顺序循环存储；在缓存或内存中定义三个变量*head、*tail和*pnum，其中，*head表示485接收到一帧的数据时，该帧的头所在数组中的位置；*tail表示所有数据接收完时，数据尾所在的位置；*pnum表示从接收的数据头开始，接收到的数据字节个数；程序初始化时，令*head、*tail的指针指向数组的头ring[0]，同时*pnum为0；在接收到一个字节的数据时，*tail后移一位，*pnum加1；若*tail移到最后一位N时，下一字节则从数组的头ring[0]开始；

(3)、通信设备的485接收数据；

(4)、判断*pnum是否为0，如果*pnum为0，则说明没有接收到数据，返回步骤(3)，重新等待接收数据；否则，执行步骤(5)；

(5)、判断ring[*head]是否等于该通信设备所设定的设备地址，如不等于该设备所设定的设备地址，则令*head＝*head+1，*pnum＝*pnum-1，并返回执行步骤(4)；否则，执行步骤(6)；

(6)、判断*pnum的功能代码是否与设定的功能代码吻合，如果功能代码不吻合，则令*head＝*head+1，*pnum＝*pnum-1，并返回执行步骤(4)；否则，则执行步骤(7)；

(7)、判断*pnum是否大于等于485接收到数据的长度，如果*pnum小于485接收到数据的长度，则执行步骤(8)；否则，则执行步骤(9)；

(8)、等待一段时间，若一段时间之后，485没有接收到新数据，则抛弃该数据，返回步骤(3)，重新等待接收数据；若一段时间之内485接收到新数据，则返回步骤(7)；

(9)、根据功能代码、后方的数据域，计算出校验码，并将计算得到的校验码与485接收到的校验码做比较，如果校验码不一致，则令*head＝*head+1，*pnum＝*pnum-1，并返回执行步骤(4)；否则，执行步骤(10)；

(10)、判断数据传输成功。

2.根据权利要求1所述的基于MODBUS RTU协议的数据传输方法，其特征在于：所述的一段时间为450-600毫秒。