QModbus例程分析

news2024/9/23 12:27:22

由于有一个Modebus上位机的需要，分析一下QModbus Slave的源代码，方便后面的开发。

什么是Modbus

Modbus是一种常用的串行通信协议，被广泛应用于工业自动化领域。它最初由Modicon（目前属于施耐德电气公司）于1979年开发，旨在实现PLC（可编程逻辑控制器）和外部设备之间的数据交换。以下是对Modbus的详细解析：

一、Modbus协议的特点

  1. 免费使用：Modbus协议是免费开放的，用户可以自由使用，无需支付任何版权费用。
  2. 多种电气接口和传输介质：Modbus支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，以及多种传输介质，如双绞线、光纤、无线等，使得数据传输更加灵活。
  3. 帧格式简单：Modbus的帧格式简单易懂，方便开发人员快速上手和使用。
  4. 可靠性好：Modbus协议对数据进行了严格的校验，确保数据传输的可靠性。同时，它还支持主从方式定时收发数据，能够及时检测和恢复通信故障。

二、Modbus的传输方式与格式

Modbus协议可以使用串口和网线（含光纤）等方式进行传输，根据常用传输介质，它主要支持以下三种传输模式：

  1. ASCII模式：将数据以ASCII码形式进行传输，适用于低速率的串行通信。
  2. RTU模式：使用二进制格式传输数据，相比ASCII模式，在同样的波特率下可以传输更多的数据，适用于中高速率的串行通信。
  3. TCP/IP模式：利用TCP/IP协议进行网络通信，称为Modbus TCP/IP，适用于需要远程通信的场合。

三、Modbus协议的应用领域

Modbus协议广泛应用于工业自动化领域，包括但不限于以下几个方面：

  1. 工业自动化控制：连接PLC、传感器、执行器等设备，实现监控和控制功能。
  2. 智能家居：连接各种传感器和执行器，实现远程控制和监测。
  3. 能源监控：连接电表、燃气表、水表等设备，实现能源数据的采集和分析。
  4. 环境监测：连接各种传感器和仪器，监测环境参数如温度、湿度、气压等。
  5. 智能交通：连接交通控制设备、车辆检测器等，实现交通信号的控制和管理。

四、Modbus协议的工作原理

Modbus协议是一种使用主从关系实现的请求-响应协议。在主从关系中，通信总是成对发生——一个设备（主设备）发起请求，然后等待另一个设备（从设备）的响应。主站通常是人机界面（HMI）或监控和数据采集（SCADA）系统，从站则是传感器、PLC或可编程自动化控制器（PAC）等。

Modbus协议定义了一系列功能码，用于指定设备执行不同的操作。例如，读取线圈状态（Read Coil Status）功能码用于读取设备中的开关量输出状态；写单个寄存器（Write Single Register）功能码用于写入设备中的单个寄存器数据。在进行数据交换时，主设备会向从设备发送包含功能码和地址等信息的请求帧，从设备则根据请求帧中的信息执行相应的操作，并将结果以响应帧的形式返回给主设备。

五、总结

Modbus协议以其简单性、可靠性和广泛的兼容性，成为了工业自动化领域中最流行的通信协议之一。它支持多种电气接口和传输介质，适用于各种设备和系统之间的数据交换。同时，Modbus协议还具有良好的可扩展性和灵活性，能够满足不同应用场景的需求。

SettingDialog

在SettingDialog中，是串口的参数配置，从上到下依次是：校验，波特率，数据位，停止位。

源代码

  • 头文件
#ifndef SETTINGSDIALOG_H
#define SETTINGSDIALOG_H

#include <QtSerialBus/qtserialbusglobal.h>
#include <QDialog>
#if QT_CONFIG(modbus_serialport)
#include <QSerialPort>
#endif

QT_BEGIN_NAMESPACE

namespace Ui {
class SettingsDialog;
}

QT_END_NAMESPACE

class SettingsDialog : public QDialog
{
    Q_OBJECT

public:

    // 串口配置数据结构
    struct Settings {
#if QT_CONFIG(modbus_serialport)
        int parity = QSerialPort::EvenParity; // 校验位初始化为偶校验
        int baud = QSerialPort::Baud19200; // 波特率初始化为19200
        int dataBits = QSerialPort::Data8; // 数据位初始化为8位
        int stopBits = QSerialPort::OneStop; // 停止位初始化为1位
#endif
    };

    explicit SettingsDialog(QWidget *parent = nullptr);
    ~SettingsDialog();

    Settings settings() const;

private:
    Settings m_settings;
    Ui::SettingsDialog *ui;
};

#endif // SETTINGSDIALOG_H
  • 源文件
#include "settingsdialog.h"
#include "ui_settingsdialog.h"

SettingsDialog::SettingsDialog(QWidget *parent) :
    QDialog(parent),
    ui(new Ui::SettingsDialog)
{
    ui->setupUi(this);

    ui->parityCombo->setCurrentIndex(1);
#if QT_CONFIG(modbus_serialport)

    // 从下拉框获取配置
    ui->baudCombo->setCurrentText(QString::number(m_settings.baud));
    ui->dataBitsCombo->setCurrentText(QString::number(m_settings.dataBits));
    ui->stopBitsCombo->setCurrentText(QString::number(m_settings.stopBits));
#endif

    /*
    信号和槽绑定，按下确认时修改默认参数，然后隐藏窗口。
    */
    connect(ui->applyButton, &QPushButton::clicked, [this]() {
#if QT_CONFIG(modbus_serialport)
        m_settings.parity = ui->parityCombo->currentIndex();
        if (m_settings.parity > 0)
            m_settings.parity++;
        m_settings.baud = ui->baudCombo->currentText().toInt();
        m_settings.dataBits = ui->dataBitsCombo->currentText().toInt();
        m_settings.stopBits = ui->stopBitsCombo->currentText().toInt();
#endif
        hide();
    });
}

SettingsDialog::~SettingsDialog()
{
    delete ui;
}

// 获取配置结果
SettingsDialog::Settings SettingsDialog::settings() const
{
    return m_settings;
}

MainWindow

void MainWindow::initActions()
{
    ui->actionConnect->setEnabled(true);
    ui->actionDisconnect->setEnabled(false);
    ui->actionExit->setEnabled(true);
    ui->actionOptions->setEnabled(true);

    connect(ui->connectButton, &QPushButton::clicked,
            this, &MainWindow::onConnectButtonClicked);
    connect(ui->actionConnect, &QAction::triggered,
            this, &MainWindow::onConnectButtonClicked);
    connect(ui->actionDisconnect, &QAction::triggered,
            this, &MainWindow::onConnectButtonClicked);
    connect(ui->connectType, QOverload<int>::of(&QComboBox::currentIndexChanged),
            this, &MainWindow::onCurrentConnectTypeChanged);

    connect(ui->actionExit, &QAction::triggered, this, &QMainWindow::close);
    connect(ui->actionOptions, &QAction::triggered, m_settingsDialog, &QDialog::show);
}

连接函数

void MainWindow::onConnectButtonClicked()
{
    // 判断是否连接
    bool intendToConnect = (modbusDevice->state() == QModbusDevice::UnconnectedState);

    statusBar()->clearMessage();

    if (intendToConnect) {
        // 确定连接方式 设置串口连接参数
        if (static_cast<ModbusConnection>(ui->connectType->currentIndex()) == Serial) {
            modbusDevice->setConnectionParameter(QModbusDevice::SerialPortNameParameter,
                ui->portEdit->text());
#if QT_CONFIG(modbus_serialport)
            modbusDevice->setConnectionParameter(QModbusDevice::SerialParityParameter,
                m_settingsDialog->settings().parity);
            modbusDevice->setConnectionParameter(QModbusDevice::SerialBaudRateParameter,
                m_settingsDialog->settings().baud);
            modbusDevice->setConnectionParameter(QModbusDevice::SerialDataBitsParameter,
                m_settingsDialog->settings().dataBits);
            modbusDevice->setConnectionParameter(QModbusDevice::SerialStopBitsParameter,
                m_settingsDialog->settings().stopBits);
#endif
        } else {
            // 设置网络连接参数
            const QUrl url = QUrl::fromUserInput(ui->portEdit->text());
            modbusDevice->setConnectionParameter(QModbusDevice::NetworkPortParameter, url.port());
            modbusDevice->setConnectionParameter(QModbusDevice::NetworkAddressParameter, url.host());
        }
        modbusDevice->setServerAddress(ui->serverEdit->text().toInt());
        if (!modbusDevice->connectDevice()) {
            statusBar()->showMessage(tr("Connect failed: ") + modbusDevice->errorString(), 5000);
        } else {
            ui->actionConnect->setEnabled(false);
            ui->actionDisconnect->setEnabled(true);
        }
    } else {
        // 如果已经连接则断开
        modbusDevice->disconnectDevice();
        ui->actionConnect->setEnabled(true);
        ui->actionDisconnect->setEnabled(false);
    }
}

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