物联网初接触感受

阳光穿透心脏的1/2处 2024-04-17 05:23 77阅读 0赞

从对硬件一点不懂得小白，一点点探索实现功能，感觉对硬件的开发有一点点的心得，记录下来。

**本次主要实现的功能如下：**

1.传感器可以探测土壤的温度，湿度，盐分，电导率，ph值等数据

2.数据可以实时传送到后台平台

3.数据可以在app上显示并可以在app中控制传感器等可控设备(例如：伸缩杆）

**采购设备如下：**

有人的：温度传感器（探测温度 湿度 盐分 电导率 485通信）

有人的：ph值传感器（探测ph值 485通信）

有人的：网络io 424设备（进行数据的转发和解析）

其他牌的：伸缩杆（主要是绑定传感器，可以插入土壤中，探测数据，然后收回）

**设备的连接：**

温度传感器 ph值传感器 伸缩杆 都是连接在网络io上的，通过网络io来与后台进行数据的交互，

后台发送指令由网络io设备解析并转发，最后返回数据给后台服务器。

具体如何连接，每个设备都有说明书。

**实现步骤如下：**

1.通过socket编程监听端口，给设备提供连接，设备在配置好远程的服务器ip和端口，然后重启之后会自动连接远程服务器，连接成功后会建立长连接。

2.创建读线程，和创建写工具类

3.定时通过modbus协议向设备发送命令，然后获取数据存放在map中，因为功能小，所以放map中，没有存放数据库中

4.前台页面实时获取后台数据展示

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xkdXpoZW5saW4_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

## MODBUS-RTU报文 ##

### 一.modbus报文模型 ###

**![20190822091938201.jpg][]**

这里两个缩略词以前不知道，但是现在要明白指的是什么，“ADU”“PDU”  
ADU： 应用数据单元  
PDU： 协议数据单元

**报文格式：**

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <th>设备地址</th> 
 <th>功能码</th> 
 <th style="width:182px;">起始寄存器地址高8位</th> 
 <th style="width:167px;">读取的寄存器数高8位</th> 
 <th style="width:63px;">低8位</th> 
 <th style="width:113px;">CRC校验低8位</th> 
 <th style="width:132px;">CRC校验高8位</th> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>8bit</td> 
 <td>8bit</td> 
 <td style="width:182px;">8bit</td> 
 <td style="width:167px;">8bit</td> 
 <td style="width:63px;">8bit</td> 
 <td style="width:113px;">8bit</td> 
 <td style="width:132px;">8bit</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

先来简单分析一条MODBUS-RTU报文，例如：01  06  00 01  00 17  98 04

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <th>0x01</th> 
 <th>06</th> 
 <th>00 01</th> 
 <th>00 17</th> 
 <th>98 04</th> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>从机地址</td> 
 <td>功能号</td> 
 <td>数据地址</td> 
 <td>数据</td> 
 <td>CRC校验</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

这一串数据的意思是：把数据 0x0017(十进制23) 写入 1号从机地址 0x0001数据地址。

先弄明白下面的东西。

**1.报文**

一个报文就是一帧数据，一个数据帧就一个报文： 指的是一串完整的指令数据，就像上面的一串数据。

**2、CRC校验**  
意义：例如上面的  98 04  是它前面的数据（01 06 00 01 00 17）通过一算法计算出来的结果，其实就像是计算累加和那样。（累加和：就是010600010017加起来的值，然后它的算法就是加法）。  
作用：在数据传输过程中可能数据会发生错误，CRC检验检测接收的数据是否正确。比如主机发出01  
06 00 01 00 17 98 04，那么从机接收到后要根据01 06 00 01 00 17 再计算CRC校验值，从机判断自己计算出来的CRC  
校验是否与接收的CRC校验（98 04主机计算的）相等，如果不相等那么说明数据传输有错误这些数据不能要。

CRC校验网址：[http://www.ip33.com/crc.html][http_www.ip33.com_crc.html]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xkdXpoZW5saW4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

**3、功能号**  
  意义：modbus 定义。  
  作用：指示具体的操作。

常用功能号：见下面

我们是要两个设备通讯，用的是MODBUS协议。上面简单介绍了：“报文”“CRC校验”“功能号”。

### 二.报文数据模型 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xkdXpoZW5saW4_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xkdXpoZW5saW4_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

### 三.一个报文分析 ###

在单片机中拿出一部分内存（RAM）进行两个设备通讯，例如：

![20190822081747680.jpg][]

数组后面的注释，说明  
OX\[20\]   代表是输出线圈，用功能码 0x01，0x05，0x0F 访问， 开头地址是 0   
IX\[20\]    代表是输入线圈，用功能码 0x02 访问，             开头地址是 1   
另外两个一样的道理。  
注意：所谓的“线圈”“寄存器”就是“位变量”“16位变量”，不要被迷惑。之所以称“线圈”我觉得应该是对于应用的设备，MODBUS协议是专门针对485总线设备（例PLC）开发的。

### 四.主机对从机写数据操作 ###

如果单片机接收到一个报文那么就对报文进行解析执行相应的处理,如下面报文：

假如本机地址是 1 ，那么单片机接收到这串数据根据数据计算CRC校验判断数据是否正确，如果判断数据无误，则结果是：  
            HoldDataReg\[1\]  =  0x0017;  
MODBUS主机就完成了一次对从机数据的写操作，实现了通讯。

### 五.主机对从机读数据操作 ###

主机进行读HoldDataReg\[1\] 操作，则报文是：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <th>0x01</th> 
 <th>03</th> 
 <th>00 01</th> 
 <th>00 01</th> 
 <th>D5 CA</th> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>从机地址</td> 
 <td>功能号</td> 
 <td>数据地址</td> 
 <td>读取数据个数</td> 
 <td>CRC校验</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

单片机接收到这串数据根据数据计算CRC校验判断数据是否正确，如果判断数据无误，则结果是：返回信息给主机，返回的信息也是有格式的：

从机对主机返回内容

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <th>0x01</th> 
 <th>03</th> 
 <th>02</th> 
 <th>00 17</th> 
 <th>F8 4A</th> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>从机地址</td> 
 <td>功能号</td> 
 <td>数据字节个数</td> 
 <td>两个字节数据</td> 
 <td>CRC校验</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

这样MODBUS主机就完成了一次对从机数据的读操作，实现了通讯。

### 六.常用功能码 ###

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 数据类型 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 读功能码 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 写功能码 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 对象类型 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;">访问类型</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 离散量输入 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 02 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> &nbsp; </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 单个位 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;">只读</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 线圈状态 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 01 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 05,15 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 单个位 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;">读写</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 输入寄存器 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 04 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> &nbsp; </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 16位比特字 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;">只读</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 保持寄存器 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 03 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 06,16 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 16位比特字 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;">读写</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 七.寄存器起始地址（起始数据地址） ###

举例：   
Modbus协议中寄存器地址从1开始，而实际存储中地址从0开始。假如要读取寄存器编号为40005（4为块编号，5为modbus中寄存器地址）的寄存器的数据，则应把0004放入报文的地址域。

### 八.报文实例 ###

1、读40005、40006两个寄存器，假设从机地址为1

下行报文：01 03 00 04 00 02 85 ca

上行报文：01 03 04 00 00 00 00 21 33

2、向40005寄存器中写入0x12，0x34，假设从机地址为1

下行报文：01 06 00 04 00 01 12 34 4a b0

上行报文：01 06 00 04 00 01 12 34 4a b0

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 从机地址 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 功能码 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 寄存器起始地址 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 读取寄存器个数 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 写入的数据 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> CRC校验 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 01 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 06 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 00 04 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 00 01 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;"> 12 34 </td> 
 <td style="border-color:#dddddd;vertical-align:middle;">4a b0</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

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