modbus协议中功能码解析及常见应用场景

# 1. Modbus协议概述

## 1.1 Modbus协议简介
Modbus是一种用于工业自动化领域的通信协议，旨在实现不同设备之间的数据交换。由Modicon（现施耐德电气）公司于1979年开发，最初为串行通信协议，后衍生出Modbus TCP等变种。

## 1.2 Modbus协议历史沿革
Modbus协议的发展经历了从串行通信向以太网通信的演变，更加适应了当今工业自动化设备之间的数据传输需求。其简单易懂的结构，使其成为工业控制系统中最受欢迎的通信协议之一。

Modbus协议的成功在于其开放性和易实现性，使得各种厂家的设备可以轻松集成Modbus通讯功能，从而实现设备间的数据交换和控制。由于其广泛应用于工业控制系统中，因此掌握Modbus协议对于工程师来说至关重要。

# 2. Modbus协议通讯方式

## 2.1 Modbus RTU通讯方式

Modbus RTU 是一种常见的串行通讯方式，采用二进制编码，数据以16位的字为单位传输。在 Modbus RTU 模式下，每帧报文开始都是一个地址位、功能码、数据和 CRC 校验。

Modbus RTU 通讯方式主要包括以下几个方面：
- 通讯速率灵活可调，常见的包括 9600、19200、38400 等。
- 数据位通常为8位，校验位可以选择为奇偶校验或者无校验。
- 串口连接简单，适用于远距离通讯。

# Python Modbus RTU通讯示例
import serial

ser = serial.Serial(
    port='COM1',
    baudrate=9600,
    parity=serial.PARITY_NONE,
    stopbits=serial.STOPBITS_ONE,
    bytesize=serial.EIGHTBITS
)

ser.write(b'010300000001840A')  # 发送读取保持寄存器命令
response = ser.read(8)  # 读取响应数据
print(response)

## 2.2 Modbus TCP通讯方式

Modbus TCP 是基于 TCP/IP 协议的 Modbus 变种，相较于 Modbus RTU，Modbus TCP 在数据传输效率和稳定性上有一定优势。Modbus TCP 报文以实际的 Modbus 数据部分开始，即不包含地址域，同时增加了 TCP 头部。

### 2.2.1 Modbus TCP报文结构

Modbus TCP 报文包含了事务标识、协议标识、长度、单元标识、功能码和数据等部分。

以下是一个简单的 Modbus TCP 报文示例:

00 01 00 00 00 06 FF 03 00 01 00 01

### 2.2.2 Modbus TCP与Modbus RTU的区别

在 Modbus TCP 中，使用 IP 地址和端口号进行设备寻址，支持同时与多个设备通讯；而 Modbus RTU 是点对点通讯，并且需要基于物理串口连接。

// JavaScript Modbus TCP通讯示例
const net = require('net');

const client = new net.Socket();
client.connect(502, '192.168.1.1', () => {
  client.write(Buffer.from('000100000006FF0300010001', 'hex'));
});

client.on('data', data => {
  console.log(data);
});

client.on('close', () => {
  console.log('Connection closed');
});

在工业自动化领域，根据需要选择适合的 Modbus 通讯方式，以实现设备之间的可靠数据传输。

# 3. Modbus协议数据模型

## 3.1 Modbus寄存器概念

在Modbus协议中，寄存器是用来存储数据的地方，它们是通信的核心。Modbus协议定义了不同类型的寄存器，包括输入寄存器