【通信协议全面学习】：从零开始掌握ATEQ气检仪MODBUS实践技巧


参考资源链接：[ATEQ气检仪MODBUS串口编程指南](https://wenku.csdn.net/doc/6412b6e6be7fbd1778d4861f?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. 通信协议基础与MODBUS概述

通信协议是网络设备之间进行数据交换的标准规范，它规定了通信的规则和格式。在工业自动化领域，MODBUS协议因其简洁高效而广泛应用。MODBUS协议最初由Modicon公司开发，其标准化程度高、开放性强，是串行通信领域内普遍接受的一种协议。

## 1.1 MODBUS协议的起源与发展

MODBUS协议最初设计为一种用于连接可编程逻辑控制器(PLC)的协议。随着时间的推移，它已经发展成为一个成熟的标准，广泛应用于楼宇自动化、工业控制、电信和能源等领域。MODBUS协议支持主从架构，允许一个主设备控制多个从设备。

## 1.2 MODBUS协议的优势与适用场景

MODBUS协议之所以被广泛采用，主要是因为其简单易实现、跨平台兼容性强，以及拥有丰富的实现工具和社区支持。它适用于各种简单的读写操作，对于设备和传感器的远程监控和控制尤为适用。无论是在小型系统还是大型网络中，MODBUS都能提供高效可靠的通信解决方案。

# 2. MODBUS协议理论详解

## 2.1 MODBUS协议的架构与特点

### 2.1.1 MODBUS协议的基本架构

MODBUS是一种应用层协议，它遵循OSI模型，常用于工业环境中。协议架构简单，主要包含三个层次：应用层、传输层和数据链路层。在数据链路层，MODBUS可以运行在串行通信上，如RS-232、RS-485或RS-422；在传输层，MODBUS TCP/IP版本运行在TCP/IP协议之上。

MODBUS协议定义了主机（master）和从机（slave）之间的通信方式。主机负责发起请求，从机响应请求。主从机之间可以交换不同类型的信息，支持的设备数量和种类可以根据实际网络拓扑结构进行调整。

### 2.1.2 MODBUS协议的主要特点

MODBUS协议的一个显著特点就是它开放、简单，易于理解和实现。此外，它还具有以下几个主要特点：

- **高效的请求/响应机制**：采用简单的二进制格式进行数据传输，能够快速响应。
- **灵活的数据模型**：支持多种数据类型，如线圈、离散输入、寄存器和保持寄存器。
- **强健的错误检测机制**：通过校验和（CRC）实现错误检测，确保数据的完整性和准确性。
- **跨平台兼容性**：不依赖于特定硬件平台，可以在各种硬件和操作系统中实现。

## 2.2 MODBUS数据模型与报文结构

### 2.2.1 MODBUS数据模型详解

MODBUS数据模型定义了两种设备模型：单主机/多从机模型和多主机/多从机模型。每个设备都分配了一个唯一的设备地址，从机地址范围为1到247，0通常保留为主机自身使用。数据模型基于单元号进行组织，每个单元可以存储一个数据项。

数据项的类型主要有四种：

- **线圈**（Coils）：表示设备的开/关状态，通常用作控制信号。
- **离散输入**（Discrete Inputs）：表示设备的离散状态信息，不可控，仅可读。
- **输入寄存器**（Input Registers）：用于收集传感器或其他设备的数据。
- **保持寄存器**（Holding Registers）：用于存储设定值或运行状态，可读写。

### 2.2.2 MODBUS报文的组成及格式

MODBUS报文由功能码、数据字段和错误检测码（CRC）组成。报文的格式可以根据不同的数据模型（ASCII、RTU）有所变化。

- **请求报文**：由设备地址、功能码、数据和CRC校验构成。
- **响应报文**：可能包含设备地址、功能码、数据和CRC校验，某些情况下响应报文的功能码会在低七位加上0x80（表示响应）。

报文格式定义了数据如何被编码和传输，例如在RTU（Remote Terminal Unit）模式中，数据以二进制的形式进行编码，每个数据单元都有特定的字节数量。

## 2.3 MODBUS功能码与错误码

### 2.3.1 MODBUS功能码的作用与分类

功能码是MODBUS报文的一部分，用于指示主机对从机请求的特定操作。每种功能码都有不同的用途：

- **01-06**：用于读写操作。
- **07-10**：用于特殊功能，如诊断。
- **11-12**：用于报告从机状态。
- **13-255**：保留或自定义功能码。

例如，功能码03表示读保持寄存器，它允许主机读取从机保持寄存器的当前值。

### 2.3.2 MODBUS错误码的定义与应用

MODBUS协议通过错误码来指示通信中的问题。当从机检测到错误时，会向主机发送一个响应报文，其中包含错误码。常见的错误码包括：

- **01 (ILLEGAL FUNCTION)**：收到的功能码在从机中不被支持。
- **02 (ILLEGAL DATA ADDRESS)**：请求的寄存器地址超出了从机的实际范围。
- **03 (ILLEGAL DATA VALUE)**：请求的数据值对寄存器来说是不合法的。

这些错误码帮助开发者快速定位问题并进行调试。

graph TD;
    A[MODBUS请求] -->|设备地址| B(从机);
    B -->|功能码| C{功能码类型};
    C -->|01-06| D[读写操作];
    C -->|07-10| E[特殊功能];
    C -->|11-12| F[状态报告];
    C -->|13-255| G[保留或自定义];
    D --> H[报文响应];
    E --> H;
    F --> H;
    G --> H;
    H -->|错误码| I{错误类型};
    I -->|01| J[非法功能];
    I -->|02| K[非法数据地址];
    I -->|03| L[非法数据值];

该流程图展示了MODBUS请求与响应中涉及的功能码和错误码处理流程。

# 3. ATEQ气检仪与MODBUS实践

## 3.1 ATEQ气检仪功能与MODBUS集成

### 3.1.1 ATEQ气检仪介绍

ATEQ气检仪是一种用于检测轮胎压力的精密仪器，广泛应用于汽车制造和维修行业。这种设备不仅可以检测轮胎的气压，还能检测轮胎的充气量、是否存在泄漏等问题。由于其便携性、高精度和操作简便性，ATEQ气检仪受到了全球汽车行业的青睐。

为了进一步提升