Modus協定是由MODICON（現為施耐德電氣公司的一個品牌）在1979年開發的，是全球第一個真正用于工業現場的總線協定，應用非常廣泛，可謂大名鼎鼎。

理論性的東西就不多介紹了，推薦一本書《Modbus軟體開發實戰指南》，楊更更著，寫得非常好，從理論到實戰，手把手教你玩轉Modbus，不過代碼實戰部分使用的是C#，筆者沒練過這項武功，還是看一下Java中怎麼應用吧，網上資料多用Modbus4J，就選它了。

Modbus4J源代碼：https://github.com/infiniteautomation/modbus4j

Modbus4J沒有提供底層序列槽驅動，是以需要先掌握一些Java序列槽程式設計的能力，快速入門可以參考筆者之前寫的《Java序列槽程式設計例子》這篇文章，本文就是在此基礎上進行的，也應用了其中的序列槽程式設計工具類代碼。

建立項目

建立modbus4j項目，如下圖所示：

使用Modbus4J進行RTU模式序列槽通信建立項目測試步驟參考資料

源代碼位址：https://github.com/wu-boy/modbus4j.git

測試步驟

實作底層序列槽驅動

Modbus4J沒有提供底層序列槽驅動，是以使用序列槽工具類SerialPortUtils來打開和關閉序列槽，代碼如下：

public class SerialPortUtils {

    private static Logger log = LoggerFactory.getLogger(SerialPortUtils.class);

    /**
     * 打卡序列槽
     * @param portName 序列槽名
     * @param baudRate 波特率
     * @param dataBits 資料位
     * @param stopBits 停止位
     * @param parity 校驗位
     * @return 序列槽對象
     */
    public static SerialPort open(String portName, Integer baudRate, Integer dataBits,
                                  Integer stopBits, Integer parity) {
        SerialPort result = null;
        try {
            // 通過端口名識别端口
            CommPortIdentifier identifier = CommPortIdentifier.getPortIdentifier(portName);
            // 打開端口，并給端口名字和一個timeout（打開操作的逾時時間）
            CommPort commPort = identifier.open(portName, 2000);
            // 判斷是不是序列槽
            if (commPort instanceof SerialPort) {
                result = (SerialPort) commPort;
                // 設定一下序列槽的波特率等參數
                result.setSerialPortParams(baudRate, dataBits, stopBits, parity);
                log.info("打開序列槽{}成功", portName);
            }else{
                log.info("{}不是序列槽", portName);
            }
        } catch (Exception e) {
            log.error("打開序列槽{}錯誤", portName, e);
        }
        return result;
    }

    /**
     * 關閉序列槽
     * @param serialPort
     */
    public static void close(SerialPort serialPort) {
        if (serialPort != null) {
            serialPort.close();
            log.warn("序列槽{}關閉", serialPort.getName());
        }
    }

}

實作Modbus4J序列槽包裝器接口

Modbus4J提供了序列槽包裝器接口，但是沒有提供實作，是以自己建立一個實作類SerialPortWrapperImpl，作用是為Modbus4J提供序列槽對象SerialPort和操作序列槽的方法，例如打開/關閉序列槽，擷取序列槽輸入/輸出流等，核心代碼如下：

使用Modbus4J進行RTU模式序列槽通信建立項目測試步驟參考資料

模拟從站裝置

RtuSlaveTest類模拟了一個位址為1的從站裝置，使用序列槽“COM2“（請提前使用虛拟序列槽軟體Virtual Serial Port Driver模拟出來COM1和COM2序列槽），通過ModbusFactory建立RtuSlave，然後模拟線圈狀态、離散輸入狀态、保持寄存器和輸入寄存器的資料，代碼中有詳細注釋，代碼如下：

public class RtuSlaveTest {

    public static void main(String[] args) {
        createRtuSlave();
    }

    public static void createRtuSlave(){
        // 設定序列槽參數，序列槽是COM2，波特率是9600
        SerialPortWrapperImpl wrapper = new SerialPortWrapperImpl("COM2", 9600,
                SerialPort.DATABITS_8, SerialPort.STOPBITS_1, SerialPort.PARITY_NONE, 0, 0);

        // Modbus工廠，可以建立RTU、TCP等不同類型的Master和Slave
        ModbusFactory modbusFactory = new ModbusFactory();

        final ModbusSlaveSet slave = modbusFactory.createRtuSlave(wrapper);

        // 這玩意網上有人叫做過程影像區，其實就是寄存器
        // 寄存器裡可以設定線圈狀态、離散輸入狀态、保持寄存器和輸入寄存器
        // 這裡設定了從站裝置ID是1
        BasicProcessImage processImage = new BasicProcessImage(1);
        processImage.setInvalidAddressValue(Short.MIN_VALUE);
        slave.addProcessImage(processImage);

        // 添加監聽器，監聽slave線圈狀态和保持寄存器的寫入
        processImage.addListener(new MyProcessImageListener());

        setCoil(processImage);
        setInput(processImage);
        setHoldingRegister(processImage);
        setInputRegister(processImage);

        // 開啟線程啟動從站裝置
        new Thread(() -> {
            try {
                slave.start();
            }
            catch (ModbusInitException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

        /*new Timer().schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                // 間隔1秒修改從站裝置1的保持寄存器資料
                updateHoldingRegister(slave.getProcessImage(1));
            }
        }, 1000, 1000);*/
    }

    private static void setCoil(ProcessImage processImage){
        // 模拟線圈狀态
        processImage.setCoil(0, true);
        processImage.setCoil(1, false);
        processImage.setCoil(2, true);
    }

    private static void setInput(ProcessImage processImage){
        // 模拟離散輸入狀态
        processImage.setInput(0, false);
        processImage.setInput(1, true);
        processImage.setInput(2, false);
    }

    private static void setHoldingRegister(ProcessImage processImage){
        // 模拟保持寄存器的值
        processImage.setHoldingRegister(0,(short) 11);
        processImage.setHoldingRegister(1,(short) 22);
        processImage.setHoldingRegister(2,(short) 33);
    }

    private static void updateHoldingRegister(ProcessImage processImage){
        // 模拟修改保持寄存器的值
        processImage.setHoldingRegister(0, (short) RandomUtil.randomInt(0, 100));
        processImage.setHoldingRegister(1,(short) RandomUtil.randomInt(0, 100));
        processImage.setHoldingRegister(2,(short) RandomUtil.randomInt(0, 100));
    }

    private static void setInputRegister(ProcessImage processImage){
        // 模拟輸入寄存器的值
        processImage.setInputRegister(0,(short) 44);
        processImage.setInputRegister(1,(short) 55);
        processImage.setInputRegister(2,(short) 66);
    }
}

使用Modbus Poll測試模拟的從站裝置

Modbus Poll和Modbus Slave分别是主站裝置仿真工具和從站裝置仿真工具，是Modbus開發最常用的兩個測試軟體，下載下傳位址：https://www.modbustools.com/。

網上最近出現了一個國産軟體Mthings，能夠同時支援模拟主從機功能，據說功能強大還有使用手冊，免安裝免費使用！筆者由于參考了《Modbus軟體開發實戰指南》這本書，就沒使用Mthings，有興趣的同學可以試用。

設定連接配接參數

下載下傳安裝後，打開連接配接參數進行設定，如下圖所示：

使用Modbus4J進行RTU模式序列槽通信建立項目測試步驟參考資料

RtuSlaveTest類使用了序列槽COM2來模拟從站裝置，是以這裡選擇COM1，選擇RTU模式，點選OK。

定義讀寫規則

選擇菜單【Setup】->【Read/Write Definition…】，如下圖所示：

使用Modbus4J進行RTU模式序列槽通信建立項目測試步驟參考資料

設定從站裝置位址為1，功能碼03是讀取保持寄存器資料，寄存器位址為0，數量為3，因為RtuSlaveTest程式中模拟了3個資料，點選OK，如下圖所示：

使用Modbus4J進行RTU模式序列槽通信建立項目測試步驟參考資料

可以看到讀取到了RtuSlaveTest程式中模拟的3個寄存器的資料，注意别忘了先啟動RtuSlaveTest程式！

選擇不同的功能碼就可以讀取不同的資料，01讀取線圈狀态，02讀取離散輸入狀态，03讀取保持寄存器，04讀取輸入寄存器。

模拟主站裝置

實際開發中可能更多的是開發主站裝置程式，RtuMasterTest代碼如下：

public class RtuMasterTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        createRtuMaster();
    }

    private static void createRtuMaster() throws Exception{
        // 設定序列槽參數，序列槽是COM1，波特率是9600
        SerialPortWrapperImpl wrapper = new SerialPortWrapperImpl("COM1", 9600,
                SerialPort.DATABITS_8, SerialPort.STOPBITS_1, SerialPort.PARITY_NONE, 0, 0);
        ModbusFactory modbusFactory = new ModbusFactory();
        ModbusMaster master = modbusFactory.createRtuMaster(wrapper);
        master.init();

        // 從站裝置ID是1
        int slaveId = 1;

        // 讀取保持寄存器
        readHoldingRegisters(master, slaveId, 0, 3);
        // 将位址為0的保持寄存器資料修改為0
        writeRegister(master, slaveId, 0, 0);
        // 再讀取保持寄存器
        readHoldingRegisters(master, slaveId, 0, 3);
    }

    private static void readHoldingRegisters(ModbusMaster master, int slaveId, int start, int len) throws Exception{
        ReadHoldingRegistersRequest request = new ReadHoldingRegistersRequest(slaveId, start, len);
        ReadHoldingRegistersResponse response = (ReadHoldingRegistersResponse) master.send(request);
        if (response.isException()){
            System.out.println("讀取保持寄存器錯誤，錯誤資訊是" + response.getExceptionMessage());
        }else {
            System.out.println("讀取保持寄存器=" + Arrays.toString(response.getShortData()));
        }
    }

    private static void writeRegister(ModbusMaster master, int slaveId, int offset, int value) throws Exception{
        WriteRegisterRequest request = new WriteRegisterRequest(slaveId, offset, value);
        WriteRegisterResponse response = (WriteRegisterResponse) master.send(request);
        if (response.isException()){
            System.out.println("寫保持寄存器錯誤，錯誤資訊是" + response.getExceptionMessage());
        }else{
            System.out.println("寫保持寄存器成功");
        }
    }
}

先啟動RtuSlaveTest從站裝置模拟程式，再啟動RtuMasterTest主站裝置模拟程式，可以看到雙方控制台均有預期輸出，RtuMasterTest能夠讀寫RtuSlaveTest中的資料。

參考資料

1、初探ModBus4j簡單使用指南

2、使用java的modbus4j的Rtu方式擷取監測資料

3、Modbus java slave app

使用Modbus4J進行RTU模式序列槽通信建立項目測試步驟參考資料

使用Modbus4J進行RTU模式序列槽通信建立項目測試步驟參考資料

建立項目

測試步驟

實作底層序列槽驅動

實作Modbus4J序列槽包裝器接口

模拟從站裝置

使用Modbus Poll測試模拟的從站裝置

模拟主站裝置

參考資料

繼續閱讀

關于Gradle配置的小結

Java小案例——随機數猜測随機數猜測

nginx location中斜線的位置的重要性

27 Best Free Eclipse Plug-ins for Java Developer to be ProductiveCode Quality PluginsText Editor PluginsDependency ManagementVersion Control Integration PluginsFramework Development Continuous Integration Related PluginsOther Utility Plugins

Java String.format方法的簡單使用

neo4j之cypher使用文檔

GitHub連夜封殺！這份阿裡 10W 字内部 Java 字面試手冊到底有多強？

spark/scala關于【資源檔案】加載方法概述外部檔案加載方案測試資源檔案打包入jar包中小結

mybatis_入門程式Mybatis入門

AOP程式設計_Android優雅權限架構(1)概念基礎，2021金三銀四前言正文大綱正文

Effective Java 8:通用程式設計

OOM三種類型

工廠模式-三種類型

【遞歸】高效率求2的n次幂

win10本地scala和spark安裝安裝scala安裝spark

scala (3) Function 和 Method