VS2022+QT6.7 Modbus RTU上位机主站与从站通信实现、协议详解、源码工具等

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ZJQSDSA/article/details/143857032

一、Modbus RTU协议介绍

Modbus RTU（Remote Terminal Unit）是一种广泛使用的串行通信协议，主要用于工业自动化领域。它基于Modbus协议，但使用串行接口（如RS-232或RS-485）进行通信。Modbus RTU协议定义了数据帧的格式和通信规则，确保主设备（Master）和从设备（Slave）之间的可靠通信。

Modbus RTU协议支持几种不同类型的寄存器，这些寄存器用于存储不同类型的数据。以下是Modbus RTU中最常见的四种寄存器类型及其用途：

1. 线圈（Coils）：地址范围：0x0000 - 0xFFFF 数据类型：1位（布尔值）

功能码：

0x01：读线圈状态（Read Coils）

0x05：写单个线圈（Write Single Coil）

0x0F：写多个线圈（Write Multiple Coils）

用途：用于控制数字输出，例如继电器、开关等。

2.离散输入（Discrete Inputs）：地址范围：0x0000 - 0xFFFF 数据类型：1位（布尔值）

功能码：0x02：

读离散输入状态（Read Discrete Inputs）

用途：用于读取数字输入，例如传感器状态、按钮等

3.保持寄存器（Holding Registers）：地址范围：0x0000 - 0xFFFF 数据类型：16位（无符号整数）

功能码：

0x03：读保持寄存器（Read Holding Registers）

0x06：写单个寄存器（Write Single Register）

0x10：写多个寄存器（Write Multiple Registers）

用途：用于读写可编程控制器中的数据，例如温度、压力、计数值等

4.输入寄存器（Input Registers）：地址范围：0x0000 - 0xFFFF 数据类型：16位（无符号整数）

功能码：

0x04：读输入寄存器（Read Input Registers）

用途：用于读取模拟输入数据，例如传感器读数等

5.举例说明

发送：01 03 00 00 00 02 C4 0B

01：表示从机的485地址

03：功能码0x03表示读保持寄存器（Read Holding Registers）

00 00 00 02：起始地址高字节起始地址低字节寄存器数量高字节寄存器数量低字节

C4 0B：CRC校验码的低字节 CRC校验码的高字节

|地址域|功能码|起始地址高字节|起始地址低字节|寄存器数量高字节|寄存器数量低字节|CRC低字节|CRC高字节|
|------|------|-------------|-------------|---------------|---------------|--------|----------|
| 0x01 | 0x03 | 0x00        | 0x00        | 0x00          | 0x02          | 0xC4   | 0x0B     |

返回：01 03 04 40 26 14 7B C6 3F

01：表示从机的 485 地址

03：功能码0x03表示读保持寄存器（Read Holding Registers）

04：表示返回的寄存器数据有 4 个字节

40 26：表示返回的第一个寄存器数据

14 7B：表示返回的第二个寄存器数据

|地址域 |功能码|   字节总数   |  寄存器数据1 |  寄存器数据2   |CRC低字节|CRC高字节|
|------|------|-------------|-------------|---------------|--------|--------|
| 0x01 | 0x03 | 0x04        | 0x40   0x26 | 0x14    0x7B  |  0xC6  | 0x3F   |

二、Modbus RTU上位机代码实现

环境与工具：VS2022、QT6.7.2、Modbus Slave（从机）、Virtual Serial port Driber Pro（虚拟串口）

实现功能如下：

1、编写主站程序，向从站读取和写入保持寄存器，写入的数据为16进制

2、自动获取可用串口功能，消息窗口自动滚屏效果，波特率选项设置

UI界面如下：

具体代码步骤实现如下：

mainwindow.cpp 源文件

#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"
#include "qstring.h"

MainWindow::MainWindow(QWidget* parent)
	: QMainWindow(parent)
	, ui(new Ui::MainWindow)
{
	ui->setupUi(this);
	//1、自动滚屏
	QTextCursor cursor = ui->textEdit_5->textCursor();
	cursor.movePosition(QTextCursor::End);
	ui->textEdit_5->setTextCursor(cursor);

	//2、添加串口选项
	QStringList comport = get_avail_sp_();
	ui->comboBox_serialport->addItems(comport);

	//3、添加波特率选项
	ui->baudRateComboBox->addItem("9600", QVariant::fromValue(QSerialPort::Baud9600));
	ui->baudRateComboBox->addItem("19200", QVariant::fromValue(QSerialPort::Baud19200));
	ui->baudRateComboBox->addItem("38400", QVariant::fromValue(QSerialPort::Baud38400));
	ui->baudRateComboBox->addItem("57600", QVariant::fromValue(QSerialPort::Baud57600));
	ui->baudRateComboBox->addItem("115200", QVariant::fromValue(QSerialPort::Baud115200));

	//4、连接打开按钮
	connect(ui->on_btn_open, &QPushButton::clicked, this, [=]() {
		//获取选中的波特率
		int baudRate = ui->baudRateComboBox->currentData().toInt();
		//获取串口号
		QString port = ui->comboBox_serialport->currentText();
		//定义串口对象
		modbusMaster = new QModbusRtuSerialMaster(this);
		modbusMaster->setConnectionParameter(QModbusDevice::SerialPortNameParameter, port);                 //串口号    
		modbusMaster->setConnectionParameter(QModbusDevice::SerialBaudRateParameter, baudRate);             //波特率
		modbusMaster->setConnectionParameter(QModbusDevice::SerialParityParameter, QSerialPort::NoParity);  //无校验          
		modbusMaster->setConnectionParameter(QModbusDevice::SerialDataBitsParameter, QSerialPort::Data8);   //数据位         
		modbusMaster->setConnectionParameter(QModbusDevice::SerialStopBitsParameter, QSerialPort::OneStop); //停止位

		//打开串口按钮
		if (!modbusMaster->connectDevice())
		{
			ui->statusbar->showMessage("连接失败", 2000);
		}
		else
		{
			ui->statusbar->showMessage("连接成功", 2000); value = true;
		}
		});

	//5、连接关闭按钮
	connect(ui->on_btn_close, &QPushButton::clicked, this, [=]() {
		if (value)
		{
			modbusMaster->disconnectDevice();
			delete modbusMaster;
			ui->statusbar->showMessage("串口关闭", 1000);
			value = false;
		}
		});

	//6、读寄存器按钮
	connect(ui->read_Registers, &QPushButton::clicked, this, [=]() {
		//检测串口是否打开
		if (TestPort() != true) return;
		//获取从机地址
		QString url = ui->url->toPlainText();
		//获取线圈起始地址
		QString coiladdress_start = ui->coil_start->toPlainText();
		QString coiladdress_end = ui->coil_finish->toPlainText();
		//定义读写单元
		QModbusDataUnit readUnit(QModbusDataUnit::HoldingRegisters, coiladdress_start.toInt(), coiladdress_end.toInt());    //0是所要读取的寄存器起始地址，10是所要读取的寄存器个数
		//发送请求
		auto* reply = modbusMaster->sendReadRequest(readUnit, url.toInt());
		if (reply)
		{
			connect(reply, &QModbusReply::finished, this, &MainWindow::readRegisters);
		}
		else
		{
			ui->statusbar->showMessage("无效请求", 1000);
		}
		});

	//7.写入寄存器按钮，获取水位值
	connect(ui->write_Registers, &QPushButton::clicked, this, [=]() {
		//检测串口是否打开
		if (TestPort()!=true) return;
		//获取从机地址
		QString url = ui->url->toPlainText();
		//分割字符串
		QString str = ui->textEdit_write->toPlainText();
		//按空格分割文本
		QStringList parts = str.split(' ', Qt::SkipEmptyParts);
		//定义读写单元
		QModbusDataUnit writeUnit(QModbusDataUnit::HoldingRegisters, 0, parts.size());

		for (int i = 0; i < parts.size(); i++)
		{
			bool ok;
			quint16 value = parts[i].toUInt(&ok, 16); //16进制转换为十进制
			if (ok)
			{
				ui->statusbar->showMessage("写入成功 获取水位值", 1000);
			}
			else
			{
				ui->statusbar->showMessage("写入失败", 1000);
				return;
			}
			writeUnit.setValue(i, value);
		}
		ui->textEdit_5->append(str); //向消息窗口行尾添加数据
		//发送写入请求
		modbusMaster->sendWriteRequest(writeUnit, 1);
		});
}

//6.1读保持寄存器函数
void MainWindow::readRegisters()
{
	//接收信号
	auto reply = qobject_cast<QModbusReply*>(sender());
	if (!reply)
	{
		ui->statusbar->showMessage("无效回复", 1000);
		return;
	}
	//处理响应
	const QModbusDataUnit unit = reply->result();
	// 将数据值转换为字符串
	QString dataStr;
	for (int i = 0; i < unit.valueCount(); ++i) {
		dataStr += QString::number(unit.value(i)) + " ";
	}
	if(dataStr.size()!=0)
	{
		ui->textEdit_5->append(dataStr);
		ui->statusbar->showMessage("读取成功", 1000);
	}
	else
	{
		ui->textEdit_5->append("无数据");
	}

}

//检测串口是否打开
bool MainWindow::TestPort()
{
	if (value)
	{
		ui->statusbar->showMessage("正常连接", 1000);
		return true;
	}
	else
	{
		ui->statusbar->showMessage("串口已关闭", 1000);
		value = false;
		return false;
	}
}

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

manwindow.h 头文件

#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H

#include <QMainWindow>
#include <QSerialPort>
#include <QSerialPortInfo>
#include <QtSerialBus>
#include <QModbusDataUnit>
#include <QModbusClient>
#include <QModbusRtuSerialMaster>
#include <QModbusReply>
#include <QStringList>
#include <QSettings>
#include <QDebug>
#include <QTextStream>
#include <QString>

QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui {
class MainWindow;
}
QT_END_NAMESPACE

class MainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT
private:
    QModbusRtuSerialMaster* modbusMaster; //创建modbus对象

public slots:
    void readRegisters();  //读寄存器函数
  
public:
    bool value=false;      //标志位
    MainWindow(QWidget *parent = nullptr);
    ~MainWindow();

public:
    //检测串口是否打开
    bool TestPort();

    //获取可用串口
    QStringList get_avail_sp_() noexcept {
        QStringList list_avail_sp;
        foreach(const QSerialPortInfo & info, QSerialPortInfo::availablePorts()) {
            QSerialPort serial;
            serial.setPort(info);
            try {
                if (serial.open(QIODevice::ReadWrite)) {
                    list_avail_sp.append(serial.portName());
                    serial.close();
                }
            }
            catch (const std::exception& e) {
                qWarning() << "Error opening serial port" << info.portName() << ":" << e.what();
            }
        }
        return list_avail_sp;
    }

private:
    Ui::MainWindow *ui;
};
#endif // MAINWINDOW_H

三、实现效果

1.运行Virtual Serial Port Driver Pro 创建虚拟串口 COM1-COM2，创建完成后设备管理器中可以观察到，如图1所示

（图1）

2.运行Modbus Slave从机模拟软件，如图2、图3所示

（图2）设置从机地址、寄存器模式、线圈地址开始-结束

（图3）选择COM2->COM1 波特率等如图所示其他默认

3.从机连接COM2->COM1，上位机连接COM1->COM2，如图4所示

（图4 ）上位机做主站

4.从机模拟软件设置线圈地址为0-10，上位机点击“读保持寄存器线圈”按钮，效果如图5所示；

（图5）

5.写指令文本框中输入要写入的指令，用空格分开，以16进制传输，从机接收数据后转为10进制，效果如图6、图7所示；

图6

（图7）

四、工具与源码下载

通过百度网盘分享的文件：Modbus_RTU_QT通信源码与工具.zip
链接：https://pan.baidu.com/s/1AdwZrDn5-AoZo3q5NAoIpA
提取码：ym5a