• Modbus 是一种串行通信协议，主要用于工业化自动设备（PLC、传感器、仪器仪表）之间的数据交换。Modbus 采样主从架构（主机问询，从机回答）。并且支持多种物理层（RS485、RS232、UART、TCP/IP）等。
• 本篇文章主要介绍Modbus 的通信过程，下方代码库也比较简易（但是易用，比较好移植。也在实际的生产环境部署），后续会分享完整的 Modbus RTU 主机和从机库。
• 如果对Modbus 协议比较熟悉，建议直接观看第二章节。
| 类型 | 传输方式 | 典型应用场景 | 特点 |
|---|---|---|---|
| Modbus RTU | 串行（RS-485/RS-232） | 工业现场设备（PLC、传感器） | 二进制编码，效率高 |
| Modbus ASCII | 串行（文本格式） | 用的比较少 | 文本格式（人类易读） |
| Modbus TCP | 以太网（TCP/IP） | 工业物联网（IIoT）、SCADA | 基于以太网，无CRC校验（由TCP/IP层处理） |
| Modbus Plus | 专有网络（高速） | Modicon 专用设备 |
1. 主从架构
• 主站（Master）：发起请求（如PLC、单片机等）。
• 从站（Slave）：响应请求（如传感器、执行器），每个从站有唯一地址（1~247）。
2. 数据模型
| 数据类型 | 功能码 | 读写权限 | 典型用途 | 特点 |
|---|---|---|---|---|
| 线圈（Coils） | 0x01（读）/0x05（写）/0x0F（写多个线圈） | 读/写 | 控制继电器、LED灯 | 按位读取（0/1） |
| 离散输入（Discrete Inputs） | 0x02 | 只读 | 读取开关状态 | 按位读取（0/1） |
| 保持寄存器（Holding Registers） | 0x03（读）/0x06（写单个）/0x10（写多个） | 读/写 | 存储设备参数（如温度设定值） | 16位（0~65535），用于数值或者浮点数或者 |
| 输入寄存器（Input Registers） | 0x04 | 只读 | 读取传感器数据（如温度值） | 16位（0~65535），用于数值或者浮点数或者 |
Modbus 报文格式
• Modbus RTU报文
• Modbus RTU 由 设备地址 、功能码 、数据 和 CRC校验组成
| 字段 | 字节数 | 说明 |
|---|---|---|
| 设备地址 | 1 | 从站地址（1~247） |
| 功能码 | 1 | 操作类型（01~10, 0F, 10） |
| 数据域 | N | 请求/响应的数据 |
| CRC校验 | 2 | CRC16-Modbus校验，校验范围[设备地址][功能码][数据域]（低字节在前） |
报文示例
1. 0x01 - 读取线圈状态
读取多个线圈（开关量）的 ON/OFF 状态。
[设备地址][01][起始地址高字节][起始地址低字节][线圈数量高字节][线圈数量低字节][CRC]
请求：01 01 00 00 00 0A 3D C6
01：从站地址 1
01：功能码 0x01（读线圈）
00 00：起始地址 0
00 0A：读取 10 个线圈
3D C6：CRC 校验
响应：01 01 02 CD 01 90 08
01：从站地址 1
01：功能码 0x01
02：返回字节数（2 字节）
CD 01：线圈状态（二进制 11001101 00000001）
线圈 0~7：ON, ON, OFF, OFF, ON, ON, OFF, ON
线圈 8~9：ON, OFF
90 08：CRC 校验
2. 0x02 - 读取离散输入
读取多个离散输入（只读开关量）的状态
[设备地址][02][起始地址高字节][起始地址低字节][输入数量高字节][输入数量低字节][CRC]
请求：01 02 00 00 00 08 79 C6
01：从站地址 1
02：功能码 0x02（读离散输入）
00 00：起始地址 0
00 08：读取 8 个输入
79 C6：CRC 校验
响应：01 02 01 55 91 8B
01：从站地址 1
02：功能码 0x02
01：返回字节数（1 字节）
55：输入状态（二进制 01010101）
输入 0~7：OFF, ON, OFF, ON, OFF, ON, OFF, ON
91 8B：CRC 校验
3. 0x03 - 读取保持寄存器
读取多个保持寄存器的值（16位整数）。
[设备地址][03][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]
01 03 00 6B 00 03 76 87
01：从站地址 1
03：功能码 0x03（读保持寄存器）
00 6B：起始地址 107（0x006B）
00 03：读取 3 个寄存器
76 87：CRC 校验
01 03 06 00 0A 01 2C 00 64 45 6F
01：从站地址 1
03：功能码 0x03
06：返回字节数（6 字节）
00 0A：寄存器 107 = 10（0x000A）
01 2C：寄存器 108 = 300（0x012C）
00 64：寄存器 109 = 100（0x0064）
45 6F：CRC 校验
4. 0x04 - 读取输入寄存器
读取多个输入寄存器（只读模拟量）的值
[设备地址][04][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]
01 04 00 00 00 02 F1 C9
01：从站地址 1
04：功能码 0x04（读输入寄存器）
00 00：起始地址 0
00 02：读取 2 个寄存器
F1 C9：CRC 校验
01 04 04 00 64 FF FF B8 3A
01：从站地址 1
04：功能码 0x04
04：返回字节数（4 字节）
00 64：寄存器 0 = 100（0x0064）
FF FF：寄存器 1 = 65535（0xFFFF）
B8 3A：CRC 校验
5. 0x05 - 写单个线圈
强制单个线圈 ON/OFF
[设备地址][05][线圈地址高字节][线圈地址低字节][强制值高字节][强制值低字节][CRC]
01 05 00 13 FF 00 7E 7C
01：从站地址 1
05：功能码 0x05（写单个线圈）
00 13：线圈地址 19（0x0013）
FF 00：强制 ON（0xFF00=ON，0x0000=OFF）
7E 7C：CRC 校验
01 05 00 13 FF 00 7E 7C（回显相同数据）
6. 0x06 - 写单个寄存器
修改单个保持寄存器的值
[设备地址][06][寄存器地址高字节][寄存器地址低字节][数据高字节][数据低字节][CRC]
01 06 00 6B 01 23 76 87
01：从站地址 1
06：功能码 0x06（写单个寄存器）
00 6B：寄存器地址 107（0x006B）
01 23：写入值 291（0x0123）
76 87：CRC 校验
01 06 00 6B 01 23 76 87（回显相同数据）
7. 0x0F - 写多个线圈
批量写入多个线圈状态
[设备地址][0F][起始地址高字节][起始地址低字节][线圈数量高字节][线圈数量低字节][字节数][数据字节...][CRC]
01 0F 00 00 00 0A 02 CD 01 90 08
01：从站地址 1
0F：功能码 0x0F（写多个线圈）
00 00：起始地址 0
00 0A：写入 10 个线圈
02：数据字节数（2 字节）
CD 01：线圈状态（11001101 00000001）
线圈 0~7：ON, ON, OFF, OFF, ON, ON, OFF, ON
线圈 8~9：ON, OFF
90 08：CRC 校验
01 0F 00 00 00 0A 12 98
01：从站地址 1
0F：功能码 0x0F
00 00：起始地址 0
00 0A：写入 10 个线圈
12 98：CRC 校验
8. 0x10 - 写多个寄存器（Write Multiple Registers）
批量写入多个保持寄存器的值
[设备地址][10][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][字节数][数据字节...][CRC]
01 10 00 00 00 03 06 00 0A 01 2C 00 64 45 6F
01：从站地址 1
10：功能码 0x10（写多个寄存器）
00 00：起始地址 0
00 03：写入 3 个寄存器
06：数据字节数（6 字节）
00 0A：寄存器 0 = 10（0x000A）
01 2C：寄存器 1 = 300（0x012C）
00 64：寄存器 2 = 100（0x0064）
45 6F：CRC 校验
01 10 00 00 00 03 12 98
01：从站地址 1
10：功能码 0x10
00 00：起始地址 0
00 03：写入 3 个寄存器
12 98：CRC 校验
Modbus TCP 报文（TCP 舍弃了CRC校验数据）
• Modbus TCP 由 事务ID 、协议ID 、长度 、设备地址、 功能码和数据 组成
| 字段 | 字节数 | 说明 | 示例值 |
|---|---|---|---|
| 事务ID | 2 | 主站生成的唯一标识 | 0x0001 |
| 协议ID | 2 | 固定0x0000（Modbus TCP） | 0x0000 |
| 长度 | 2 | 后续字段的总字节数（设备地址+功能码+数据） | 0x0006 |
| 设备地址 | 1 | 从站地址（原RTU地址，TCP中可能由IP替代） | 0x01 |
| 功能码 | 1 | 操作类型（如0x03读寄存器） | 0x03 |
| 数据 | N | 请求/响应的具体数据 | 可变 |
• 常见报文示例
1. 读取保持寄存器（功能码0x03）
[0x0001][0x0000][0x0006][0x01][0x03][0x00][0x6B][0x00][0x03]
事务ID: 0x0001（主站首次请求）
协议ID: 0x0000（标准Modbus TCP）
长度: 0x0006（设备地址1字节 + 功能码1字节 + 数据4字节）
设备地址: 0x01（从站1）
功能码: 0x03（读保持寄存器）
数据: [0x00][0x6B]（起始地址107），[0x00][0x03]（读取3个寄存器）
[0x0001][0x0000][0x0009][0x01][0x03][0x06][0x02][0x2B][0x00][0x64]
事务ID: 0x0001（与请求匹配）
数据: [0x02][0x2B]（寄存器107值：555），[0x00][0x64]（寄存器108值：100）
• Modbus ASCII 报文
• Modbus ASCII 报文由 起始符、地址、功能码、数据、LRC 校验、结束符 组成
| 字段 | 字符数 | 说明 | 示例（ASCII 字符） |
|---|---|---|---|
| 起始符 | 1 | 固定 :（冒号） |
: |
| 地址 | 2 | 从站地址（2 个十六进制字符） | 01 |
| 功能码 | 2 | 操作类型（2 个十六进制字符） | 03 |
| 数据 | N | 可变长度（十六进制字符对） | 006B0003 |
| LRC 校验 | 2 | 纵向冗余校验（2 个十六进制字符） | 76 |
| 结束符 | 2 | 固定 \\r\\n（回车 + 换行） |
\\r\\n |
常用的报文示例
1. 读取线圈 (0x01)
:010100130003A5\r\n
01 → 从站地址 1
01 → 功能码 1（读线圈）
00130003 → 起始地址 19（0x0013），读取 3 个线圈
A5 → LRC 校验
:01010102DF\r\n
01 → 从站地址 1
01 → 功能码 1
01 → 返回字节数（1 字节）
02 → 线圈状态（二进制 00000010，表示线圈 20=ON，19=OFF）
DF → LRC 校验
2. 写入单个寄存器（功能码 0x06）
:0106006B0123A1\r\n
01 → 从站地址 1
06 → 功能码 6（写单个寄存器）
006B → 寄存器地址 107
0123 → 写入值 291（0x0123）
A1 → LRC 校验
:0106006B0123A1\r\n 与回复相同
4. Modbus 错误码
• Modbus 协议在通信过程中可能会返回 异常响应，用于指示请求失败的原因。异常响应的格式如下
[设备地址][功能码 + 0x80][错误码][CRC]
功能码 + 0x80：表示异常响应（如 0x03 → 0x83）。
错误码：1 字节，表示具体的错误类型。
• 常用的错误码
| 错误码（Hex） | 名称 | 说明 |
|---|---|---|
| 01 | Illegal Function | 从站不支持请求的功能码（如设备不支持 0x05 写线圈）。 |
| 02 | Illegal Data Address | 请求的寄存器/线圈地址无效（如超出设备支持的范围）。 |
| 03 | Illegal Data Value | 请求的数据值非法（如写入的寄存器值超出允许范围）。 |
| 04 | Slave Device Failure | 从站设备执行请求时发生内部错误（如硬件故障）。 |
| 05 | Acknowledge | 从站已接收请求，但需要较长时间处理（通常用于编程命令）。 |
| 06 | Slave Device Busy | 从站正忙，无法处理当前请求（需重试）。 |
| 08 | Memory Parity Error | 从站检测到存储器奇偶校验错误（罕见，通常需硬件修复）。 |
| 0A | Gateway Path Unavailable | 网关路径不可用（仅适用于 Modbus 网关设备）。 |
| 0B | Gateway Target Failed | 网关目标设备无响应（仅适用于 Modbus 网关设备）。 |
• 根据上面的 Modbus RTU主机的请求响应，我们可以写一个简单的 发送请求和读取响应的代码。
1. 首先我需要一个 CRC16-Modbus 的校验代码
static const uint8_t s_CRCHi[] = {
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40
} ;
// CRC 低位字节值表
const uint8_t s_CRCLo[] = {
0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06,
0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD,
0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09,
0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A,
0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4,
0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,
0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3,
0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4,
0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A,
0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29,
0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED,
0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,
0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60,
0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67,
0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F,
0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68,
0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E,
0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,
0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71,
0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92,
0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C,
0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B,
0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B,
0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,
0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42,
0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40
};
/**
* @brief 计算CRC16_Modbus
*
* @param _pBuf 数据
* @param _usLen 数据长度
* @return * uint16_t CRC16_Modbus
*/
uint16_t CRC16_Modbus(uint8_t *_pBuf, uint16_t _usLen)
{
uint8_t ucCRCHi = 0xFF; /* 高CRC字节初始化 */
uint8_t ucCRCLo = 0xFF; /* 低CRC 字节初始化 */
uint16_t usIndex; /* CRC循环中的索引 */
while (_usLen--)
{
usIndex = ucCRCHi ^ *_pBuf++; /* 计算CRC */
ucCRCHi = ucCRCLo ^ s_CRCHi[usIndex];
ucCRCLo = s_CRCLo[usIndex];
}
return ((uint16_t)ucCRCHi << 8 | ucCRCLo);
}
2. 全局变量
/* Modbus 功能码 */
#define MODBUS_FC_READ_COILS 0x01
#define MODBUS_FC_READ_DISCRETE_INPUTS 0x02
#define MODBUS_FC_READ_INPUT_REGISTERS 0x04
#define MODBUS_FC_READ_HOLDING_REGISTERS 0x03
#define MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_COIL 0x05
#define MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_REGISTER 0x06
#define MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_COILS 0x0F
#define MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_REGISTERS 0x10
/* 用来切换485接受和发送模式 */
#define MODBUS_TX_MODE() HAL_GPIO_WritePin(U1_EN_GPIO_PORT, U1_EN_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET)
#define MODBUS_RX_MODE() HAL_GPIO_WritePin(U1_EN_GPIO_PORT, U1_EN_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET)
uint8_t modbus_tx_buffer[256];
uint8_t modbus_rx_buffer[256];
uint8_t g_modbus_slave_address = 0x01; /* MODBUS 从站地址 */
3. 构造一个请求数据，以 0x03 读取保持寄存器为例子
// 清空缓冲区
memset(modbus_tx_buffer, 0, sizeof(modbus_tx_buffer));
memset(modbus_rx_buffer, 0, sizeof(modbus_rx_buffer));
// 构造 Modbus 请求报文
modbus_tx_buffer[0] = g_modbus_slave_address; // 从机地址
modbus_tx_buffer[1] = MODBUS_FC_READ_HOLDING_REGISTERS; // 功能码：读保持寄存器
modbus_tx_buffer[2] = (uint8_t)(addr >> 8); // 寄存器地址高字节
modbus_tx_buffer[3] = (uint8_t)(addr & 0xFF); // 寄存器地址低字节
modbus_tx_buffer[4] = 0x00; // 寄存器数量高字节
modbus_tx_buffer[5] = num; // 寄存器数量低字节
// 计算 CRC
crc = CRC16_Modbus(modbus_tx_buffer, 6);
modbus_tx_buffer[6] = (uint8_t)(crc >> 8); // CRC高字节
modbus_tx_buffer[7] = (uint8_t)(crc & 0xFF); // CRC低字节
// 预计算响应长度: 从机地址(1) + 功能码(1) + 数据长度(1) + 数据(num*2) + CRC(2)
expected_response_len = 5 + (num * 2);
MODBUS_TX_MODE(); // 切换为发送模式
HAL_UART_Transmit(&huart1, modbus_tx_buffer, 8, HAL_MAX_DELAY); // 发送数据
4. 再将请求数据发送完成之后，就需要马上接受数据。
MODBUS_RX_MODE(); // 切换为接收模式
if (HAL_UART_Receive(&huart1, modbus_rx_buffer, expected_response_len, MODBUS_TIMEOUT) != HAL_OK) {
// printf("Timeout receiving data\n");
return -1; // 接收超时
}
// 检查响应格式
if (modbus_rx_buffer[0] != g_modbus_slave_address ||
modbus_rx_buffer[1] != MODBUS_FC_READ_HOLDING_REGISTERS) {
printf("Invalid response format\n");
printf("Received: %02X %02X %02X %02X %02X %02X %02X %02X\n",
modbus_rx_buffer[0], modbus_rx_buffer[1], modbus_rx_buffer[2],
modbus_rx_buffer[3], modbus_rx_buffer[4], modbus_rx_buffer[5],
modbus_rx_buffer[6], modbus_rx_buffer[7]);
NVIC_SystemReset();
return -1; // 接收到的响应格式不正确
}
// 获取数据长度
rx_len = modbus_rx_buffer[2];
// 确认数据长度是否符合预期
if (rx_len != num * 2) {
printf("Unexpected data length\n");
return -1; // 数据长度不符合预期
}
// 验证CRC
crc = CRC16_Modbus(modbus_rx_buffer, rx_len + 3);
if (((uint8_t)(crc >> 8) != modbus_rx_buffer[rx_len + 3]) ||
((uint8_t)(crc & 0xFF) != modbus_rx_buffer[rx_len + 4])) {
printf("CRC error\n");
return -1; // CRC错误
}
return rx_len; // 返回数据长度
5. 使用示例
/**
* @brief 读取应急开关时间
* @return uint16_t 应急开关时间
*/
uint16_t Battery_ReadEmergencySwitchTime(void)
{
uint16_t addr = 0x12D4; // 应急开关时间地址
uint16_t value = 0;
// 读取寄存器
int result = Modbus_ReadHoldingRegisters(addr,1);
if (result <= 0) {
return 0; // 读取失败返回0
}
// 解析读取到的值（高低字节顺序：高字节在前，低字节在后）
value = modbus_rx_buffer[4]; // 高字节
value |= modbus_rx_buffer[3] << 8; // 低字节
return value; // 返回应急开关时间
}
• Modbus_rtu.h
#ifndef __MODBUS_RTU_H
#define __MODBUS_RTU_H
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#include "main.h"
/* 使能UART1 - MODBUS 接收模式 */
// #define MODBUS_RX_MODE() HAL_GPIO_WritePin(U1_EN_GPIO_PORT, U1_EN_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET)
#define MODBUS_RX_MODE()
#define MODBUS_TX_MODE()
/* 使能UART1 - MODBUS 发送模式 */
// #define MODBUS_TX_MODE() HAL_GPIO_WritePin(U1_EN_GPIO_PORT, U1_EN_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET)
/* MODBUS 功能码 */
#define MODBUS_FC_READ_COILS 0x01
#define MODBUS_FC_READ_DISCRETE_INPUTS 0x02
#define MODBUS_FC_READ_INPUT_REGISTERS 0x04
#define MODBUS_FC_READ_HOLDING_REGISTERS 0x03
#define MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_COIL 0x05
#define MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_REGISTER 0x06
#define MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_COILS 0x0F
#define MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_REGISTERS 0x10
#define MODBUS_TIMEOUT 300 /* MODBUS 超时时间 */
uint16_t CRC16_Modbus(uint8_t *_pBuf, uint16_t _usLen);
int Modbus_ReadHoldingRegisters(uint16_t addr, uint8_t num);
int Modbus_WriteSingleRegister(uint16_t addr, uint16_t value);
int Modbus_WriteMultipleRegisters(uint16_t addr, uint16_t *values, uint8_t num);
int Modbus_ReadCoils(uint16_t addr, uint16_t quantity);
int Modbus_ReadDiscreteInputs(uint16_t addr, uint16_t quantity);
int Modbus_ReadInputRegisters(uint16_t addr, uint16_t quantity);
int Modbus_WriteSingleCoil(uint16_t addr, uint8_t on);
int Modbus_WriteMultipleCoils(uint16_t addr, const uint8_t* bits, uint16_t quantity);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* __MODBUS_RTU_H */
• modbus_rtu.c
#include "modbus_rtu.h"
#include "uart.h"
#include "string.h"
uint8_t g_modbus_slave_address = 0x01; /* MODBUS 从站地址 */
// 发送缓冲区和接收缓冲区
uint8_t modbus_tx_buffer[256];
uint8_t modbus_rx_buffer[256];
/**
* @brief 构造并发送 Modbus 读取保持寄存器报文 0x03
* @param addr: 寄存器起始地址
* @param num: 要读取的寄存器数量
* @return 接收到的数据长度，-1表示错误
*/
int Modbus_ReadHoldingRegisters(uint16_t addr, uint8_t num)
{
uint16_t crc;
int rx_len;
uint16_t expected_response_len;
memset(modbus_tx_buffer, 0, sizeof(modbus_tx_buffer));
memset(modbus_rx_buffer, 0, sizeof(modbus_rx_buffer));
// 构造 Modbus 请求报文
modbus_tx_buffer[0] = g_modbus_slave_address; // 从机地址
modbus_tx_buffer[1] = MODBUS_FC_READ_HOLDING_REGISTERS; // 功能码：读保持寄存器
modbus_tx_buffer[2] = (uint8_t)(addr >> 8); // 寄存器地址高字节
modbus_tx_buffer[3] = (uint8_t)(addr & 0xFF); // 寄存器地址低字节
modbus_tx_buffer[4] = 0x00; // 寄存器数量高字节
modbus_tx_buffer[5] = num; // 寄存器数量低字节
// 计算 CRC
crc = CRC16_Modbus(modbus_tx_buffer, 6);
modbus_tx_buffer[6] = (uint8_t)(crc >> 8); // CRC高字节
modbus_tx_buffer[7] = (uint8_t)(crc & 0xFF); // CRC低字节
// 预计算响应长度: 从机地址(1) + 功能码(1) + 数据长度(1) + 数据(num*2) + CRC(2)
expected_response_len = 5 + (num * 2);
// 清空接收缓冲区
memset(modbus_rx_buffer, 0, sizeof(modbus_rx_buffer));
// 发送数据
MODBUS_TX_MODE(); // 切换为发送模式
HAL_UART_Transmit(&huart1, modbus_tx_buffer, 8, HAL_MAX_DELAY);
MODBUS_RX_MODE(); // 切换为接收模式
if (HAL_UART_Receive(&huart1, modbus_rx_buffer, expected_response_len, MODBUS_TIMEOUT) != HAL_OK) {
// printf("Timeout receiving data\n");
return -1; // 接收超时
}
// 检查响应格式
if (modbus_rx_buffer[0] != g_modbus_slave_address ||
modbus_rx_buffer[1] != MODBUS_FC_READ_HOLDING_REGISTERS) {
printf("Invalid response format\n");
printf("Received: %02X %02X %02X %02X %02X %02X %02X %02X\n",
modbus_rx_buffer[0], modbus_rx_buffer[1], modbus_rx_buffer[2],
modbus_rx_buffer[3], modbus_rx_buffer[4], modbus_rx_buffer[5],
modbus_rx_buffer[6], modbus_rx_buffer[7]
return -1; // 接收到的响应格式不正确
}
// 获取数据长度
rx_len = modbus_rx_buffer[2];
// 确认数据长度是否符合预期
if (rx_len != num * 2) {
printf("Unexpected data length\n");
return -1; // 数据长度不符合预期
}
// 验证CRC
crc = CRC16_Modbus(modbus_rx_buffer, rx_len + 3);
if (((uint8_t)(crc >> 8) != modbus_rx_buffer[rx_len + 3]) ||
((uint8_t)(crc & 0xFF) != modbus_rx_buffer[rx_len + 4])) {
printf("CRC error\n");
return -1; // CRC错误
}
return rx_len; // 返回数据长度
}
/**
* @brief 构造并发送 Modbus 写单个寄存器报文 0x06
* @param addr: 寄存器地址
* @param value: 要写入的值
* @return 0：成功，-1：失败
*/
int Modbus_WriteSingleRegister(uint16_t addr, uint16_t value)
{
uint16_t crc;
// 构造 Modbus 请求报文
modbus_tx_buffer[0] = g_modbus_slave_address; // 从机地址
modbus_tx_buffer[1] = MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_REGISTER; // 功能码：写单个寄存器
modbus_tx_buffer[2] = (uint8_t)(addr >> 8); // 寄存器地址高字节
modbus_tx_buffer[3] = (uint8_t)(addr & 0xFF); // 寄存器地址低字节
modbus_tx_buffer[4] = (uint8_t)(value >> 8); // 寄存器值高字节
modbus_tx_buffer[5] = (uint8_t)(value & 0xFF); // 寄存器值低字节
// 计算 CRC (尝试交换字节顺序)
crc = CRC16_Modbus(modbus_tx_buffer, 6);
modbus_tx_buffer[6] = (uint8_t)(crc >> 8); // CRC高字节
modbus_tx_buffer[7] = (uint8_t)(crc & 0xFF); // CRC低字节
// 发送数据
MODBUS_TX_MODE(); // 切换为发送模式
// HAL_Delay(10); // 等待发送完成
HAL_UART_Transmit(&huart1, modbus_tx_buffer, 8, HAL_MAX_DELAY);
MODBUS_RX_MODE(); // 切换为接收模式
// 接收响应
memset(modbus_rx_buffer, 0, sizeof(modbus_rx_buffer));
if (HAL_UART_Receive(&huart1, modbus_rx_buffer, 8, MODBUS_TIMEOUT) != HAL_OK) {
return -1; // 接收超时
}
// 检查响应
if (modbus_rx_buffer[0] != g_modbus_slave_address ||
modbus_rx_buffer[1] != MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_REGISTER ||
modbus_rx_buffer[2] != modbus_tx_buffer[2] ||
modbus_rx_buffer[3] != modbus_tx_buffer[3] ||
modbus_rx_buffer[4] != modbus_tx_buffer[4] ||
modbus_rx_buffer[5] != modbus_tx_buffer[5]) {
return -1; // 响应数据错误
}
// 验证CRC
crc = CRC16_Modbus(modbus_rx_buffer, 6);
if (((uint8_t)(crc & 0xFF) != modbus_rx_buffer[7]) ||
((uint8_t)(crc >> 8) != modbus_rx_buffer[6])) {
printf("CRC error in write response\n");
return -1; // CRC错误
}
return 0; // 成功
}
/**
* @brief 构造并发送 Modbus 写多个寄存器报文 0x10
* @param addr: 寄存器起始地址
* @param values: 要写入的值数组
* @param num: 要写入的寄存器数量
* @return 0：成功，-1：失败
*/
int Modbus_WriteMultipleRegisters(uint16_t addr, uint16_t *values, uint8_t num)
{
uint16_t crc;
uint8_t i;
uint8_t tx_len;
// 构造 Modbus 请求报文
modbus_tx_buffer[0] = g_modbus_slave_address; // 从机地址
modbus_tx_buffer[1] = MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_REGISTERS; // 功能码：写多个寄存器
modbus_tx_buffer[2] = (uint8_t)(addr >> 8); // 寄存器地址高字节
modbus_tx_buffer[3] = (uint8_t)(addr & 0xFF); // 寄存器地址低字节
modbus_tx_buffer[4] = 0x00; // 寄存器数量高字节
modbus_tx_buffer[5] = num; // 寄存器数量低字节
modbus_tx_buffer[6] = (uint8_t)(num * 2); // 后续字节数
// 填充数据
for (i = 0; i < num; i++) {
modbus_tx_buffer[7 + i * 2] = (uint8_t)(values[i] >> 8); // 寄存器值高字节
modbus_tx_buffer[8 + i * 2] = (uint8_t)(values[i] & 0xFF); // 寄存器值低字节
}
// 计算总长度：从机地址(1) + 功能码(1) + 寄存器地址(2) + 寄存器数量(2) + 字节数(1) + 数据(num*2)
tx_len = 7 + (num * 2);
// 计算 CRC
crc = CRC16_Modbus(modbus_tx_buffer, tx_len);
modbus_tx_buffer[tx_len] = (uint8_t)(crc >> 8); // CRC高字节
modbus_tx_buffer[tx_len + 1] = (uint8_t)(crc & 0xFF); // CRC低字节
// 发送数据
MODBUS_TX_MODE(); // 切换为发送模式
// HAL_Delay(10); // 等待发送完成
HAL_UART_Transmit(&huart1, modbus_tx_buffer, tx_len + 2, HAL_MAX_DELAY);
MODBUS_RX_MODE(); // 切换为接收模式
// 接收响应 - 预期响应长度为8字节
// 响应格式：从机地址(1) + 功能码(1) + 寄存器地址(2) + 寄存器数量(2) + CRC(2)
memset(modbus_rx_buffer, 0, sizeof(modbus_rx_buffer));
if (HAL_UART_Receive(&huart1, modbus_rx_buffer, 8, MODBUS_TIMEOUT) != HAL_OK) {
return -1; // 接收超时
}
// 检查响应
if (modbus_rx_buffer[0] != g_modbus_slave_address ||
modbus_rx_buffer[1] != MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_REGISTERS ||
modbus_rx_buffer[2] != modbus_tx_buffer[2] ||
modbus_rx_buffer[3] != modbus_tx_buffer[3] ||
modbus_rx_buffer[4] != modbus_tx_buffer[4] ||
modbus_rx_buffer[5] != modbus_tx_buffer[5]) {
return -1; // 响应数据错误
}
// 验证CRC
crc = CRC16_Modbus(modbus_rx_buffer, 6);
if (((uint8_t)(crc >> 8) != modbus_rx_buffer[6]) ||
((uint8_t)(crc & 0xFF) != modbus_rx_buffer[7])) {
return -1; // CRC错误
}
return 0; // 成功
}
/**
* @brief 构造并发送 Modbus 读线圈状态报文 0x01
* @param addr: 线圈起始地址
* @param quantity: 要读取的线圈数量
* @return 0：成功，-1：失败
*/
int Modbus_ReadCoils(uint16_t addr, uint16_t quantity)
{
uint16_t crc;
uint16_t expected_response_len;
uint8_t byte_count = (uint8_t)((quantity + 7u) / 8u);
memset(modbus_tx_buffer, 0, sizeof(modbus_tx_buffer));
memset(modbus_rx_buffer, 0, sizeof(modbus_rx_buffer));
modbus_tx_buffer[0] = g_modbus_slave_address;
modbus_tx_buffer[1] = MODBUS_FC_READ_COILS;
modbus_tx_buffer[2] = (uint8_t)(addr >> 8);
modbus_tx_buffer[3] = (uint8_t)(addr & 0xFF);
modbus_tx_buffer[4] = (uint8_t)(quantity >> 8);
modbus_tx_buffer[5] = (uint8_t)(quantity & 0xFF);
crc = CRC16_Modbus(modbus_tx_buffer, 6);
modbus_tx_buffer[6] = (uint8_t)(crc >> 8);
modbus_tx_buffer[7] = (uint8_t)(crc & 0xFF);
expected_response_len = 5 + byte_count;
MODBUS_TX_MODE();
HAL_UART_Transmit(&huart1, modbus_tx_buffer, 8, HAL_MAX_DELAY);
MODBUS_RX_MODE();
if (HAL_UART_Receive(&huart1, modbus_rx_buffer, expected_response_len, MODBUS_TIMEOUT) != HAL_OK) {
return -1;
}
if (modbus_rx_buffer[0] != g_modbus_slave_address || modbus_rx_buffer[1] != MODBUS_FC_READ_COILS) {
return -1;
}
if (modbus_rx_buffer[2] != byte_count) {
return -1;
}
crc = CRC16_Modbus(modbus_rx_buffer, (uint16_t)(3 + byte_count));
if (((uint8_t)(crc >> 8) != modbus_rx_buffer[3 + byte_count]) || ((uint8_t)(crc & 0xFF) != modbus_rx_buffer[4 + byte_count])) {
return -1;
}
return byte_count;
}
/**
* @brief 构造并发送 Modbus 读离散输入状态报文 0x02
* @param addr: 离散输入起始地址
* @param quantity: 要读取的离散输入数量
* @return 0：成功，-1：失败
*/
int Modbus_ReadDiscreteInputs(uint16_t addr, uint16_t quantity)
{
uint16_t crc;
uint16_t expected_response_len;
uint8_t byte_count = (uint8_t)((quantity + 7u) / 8u);
memset(modbus_tx_buffer, 0, sizeof(modbus_tx_buffer));
memset(modbus_rx_buffer, 0, sizeof(modbus_rx_buffer));
modbus_tx_buffer[0] = g_modbus_slave_address;
modbus_tx_buffer[1] = MODBUS_FC_READ_DISCRETE_INPUTS;
modbus_tx_buffer[2] = (uint8_t)(addr >> 8);
modbus_tx_buffer[3] = (uint8_t)(addr & 0xFF);
modbus_tx_buffer[4] = (uint8_t)(quantity >> 8);
modbus_tx_buffer[5] = (uint8_t)(quantity & 0xFF);
crc = CRC16_Modbus(modbus_tx_buffer, 6);
modbus_tx_buffer[6] = (uint8_t)(crc >> 8);
modbus_tx_buffer[7] = (uint8_t)(crc & 0xFF);
expected_response_len = 5 + byte_count;
MODBUS_TX_MODE();
HAL_UART_Transmit(&huart1, modbus_tx_buffer, 8, HAL_MAX_DELAY);
MODBUS_RX_MODE();
if (HAL_UART_Receive(&huart1, modbus_rx_buffer, expected_response_len, MODBUS_TIMEOUT) != HAL_OK) {
return -1;
}
if (modbus_rx_buffer[0] != g_modbus_slave_address || modbus_rx_buffer[1] != MODBUS_FC_READ_DISCRETE_INPUTS) {
return -1;
}
if (modbus_rx_buffer[2] != byte_count) {
return -1;
}
crc = CRC16_Modbus(modbus_rx_buffer, (uint16_t)(3 + byte_count));
if (((uint8_t)(crc >> 8) != modbus_rx_buffer[3 + byte_count]) || ((uint8_t)(crc & 0xFF) != modbus_rx_buffer[4 + byte_count])) {
return -1;
}
return byte_count;
}
/**
* @brief 构造并发送 Modbus 读输入寄存器状态报文 0x04
* @param addr: 输入寄存器起始地址
* @param quantity: 要读取的输入寄存器数量
* @return 0：成功，-1：失败
*/
int Modbus_ReadInputRegisters(uint16_t addr, uint16_t quantity)
{
uint16_t crc;
uint16_t expected_response_len;
uint8_t num = (uint8_t)quantity;
memset(modbus_tx_buffer, 0, sizeof(modbus_tx_buffer));
memset(modbus_rx_buffer, 0, sizeof(modbus_rx_buffer));
modbus_tx_buffer[0] = g_modbus_slave_address;
modbus_tx_buffer[1] = MODBUS_FC_READ_INPUT_REGISTERS;
modbus_tx_buffer[2] = (uint8_t)(addr >> 8);
modbus_tx_buffer[3] = (uint8_t)(addr & 0xFF);
modbus_tx_buffer[4] = (uint8_t)(quantity >> 8);
modbus_tx_buffer[5] = (uint8_t)(quantity & 0xFF);
crc = CRC16_Modbus(modbus_tx_buffer, 6);
modbus_tx_buffer[6] = (uint8_t)(crc >> 8);
modbus_tx_buffer[7] = (uint8_t)(crc & 0xFF);
expected_response_len = 5 + (num * 2);
MODBUS_TX_MODE();
HAL_UART_Transmit(&huart1, modbus_tx_buffer, 8, HAL_MAX_DELAY);
MODBUS_RX_MODE();
if (HAL_UART_Receive(&huart1, modbus_rx_buffer, expected_response_len, MODBUS_TIMEOUT) != HAL_OK) {
return -1;
}
if (modbus_rx_buffer[0] != g_modbus_slave_address || modbus_rx_buffer[1] != MODBUS_FC_READ_INPUT_REGISTERS) {
return -1;
}
if (modbus_rx_buffer[2] != (uint8_t)(num * 2)) {
return -1;
}
crc = CRC16_Modbus(modbus_rx_buffer, (uint16_t)(3 + num * 2));
if (((uint8_t)(crc >> 8) != modbus_rx_buffer[3 + num * 2]) || ((uint8_t)(crc & 0xFF) != modbus_rx_buffer[4 + num * 2])) {
return -1;
}
return (int)(num * 2);
}
/**
* @brief 构造并发送 Modbus 写单个线圈状态报文 0x05
* @param addr: 线圈地址
* @param on: 要设置的线圈状态（1：ON，0：OFF）
* @return 0：成功，-1：失败
*/
int Modbus_WriteSingleCoil(uint16_t addr, uint8_t on)
{
uint16_t crc;
uint16_t value = on ? 0xFF00u : 0x0000u;
modbus_tx_buffer[0] = g_modbus_slave_address;
modbus_tx_buffer[1] = MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_COIL;
modbus_tx_buffer[2] = (uint8_t)(addr >> 8);
modbus_tx_buffer[3] = (uint8_t)(addr & 0xFF);
modbus_tx_buffer[4] = (uint8_t)(value >> 8);
modbus_tx_buffer[5] = (uint8_t)(value & 0xFF);
crc = CRC16_Modbus(modbus_tx_buffer, 6);
modbus_tx_buffer[6] = (uint8_t)(crc >> 8);
modbus_tx_buffer[7] = (uint8_t)(crc & 0xFF);
MODBUS_TX_MODE();
HAL_UART_Transmit(&huart1, modbus_tx_buffer, 8, HAL_MAX_DELAY);
MODBUS_RX_MODE();
memset(modbus_rx_buffer, 0, sizeof(modbus_rx_buffer));
if (HAL_UART_Receive(&huart1, modbus_rx_buffer, 8, MODBUS_TIMEOUT) != HAL_OK) {
return -1;
}
if (modbus_rx_buffer[0] != g_modbus_slave_address || modbus_rx_buffer[1] != MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_COIL) {
return -1;
}
if (modbus_rx_buffer[2] != modbus_tx_buffer[2] || modbus_rx_buffer[3] != modbus_tx_buffer[3] || modbus_rx_buffer[4] != modbus_tx_buffer[4] || modbus_rx_buffer[5] != modbus_tx_buffer[5]) {
return -1;
}
crc = CRC16_Modbus(modbus_rx_buffer, 6);
if (((uint8_t)(crc >> 8) != modbus_rx_buffer[6]) || ((uint8_t)(crc & 0xFF) != modbus_rx_buffer[7])) {
return -1;
}
return 0;
}
/**
* @brief 构造并发送 Modbus 写多个线圈状态报文 0x0F
* @param addr: 线圈起始地址
* @param bits: 要设置的线圈状态数组（每个元素为 1 字节，每个位对应一个线圈）
* @param quantity: 要设置的线圈数量
* @return 0：成功，-1：失败
*/
int Modbus_WriteMultipleCoils(uint16_t addr, const uint8_t* bits, uint16_t quantity)
{
uint16_t crc;
uint16_t i;
uint8_t byte_count = (uint8_t)((quantity + 7u) / 8u);
modbus_tx_buffer[0] = g_modbus_slave_address;
modbus_tx_buffer[1] = MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_COILS;
modbus_tx_buffer[2] = (uint8_t)(addr >> 8);
modbus_tx_buffer[3] = (uint8_t)(addr & 0xFF);
modbus_tx_buffer[4] = (uint8_t)(quantity >> 8);
modbus_tx_buffer[5] = (uint8_t)(quantity & 0xFF);
modbus_tx_buffer[6] = byte_count;
for (i = 0; i < quantity; ++i) {
uint8_t b = bits ? bits[i] : 0;
uint8_t bi = (uint8_t)(i / 8u);
uint8_t bp = (uint8_t)(i % 8u);
if (b) modbus_tx_buffer[7 + bi] |= (uint8_t)(1u << bp);
}
crc = CRC16_Modbus(modbus_tx_buffer, (uint16_t)(7 + byte_count));
modbus_tx_buffer[7 + byte_count] = (uint8_t)(crc >> 8);
modbus_tx_buffer[7 + byte_count + 1] = (uint8_t)(crc & 0xFF);
MODBUS_TX_MODE();
HAL_UART_Transmit(&huart1, modbus_tx_buffer, (uint16_t)(7 + byte_count + 2), HAL_MAX_DELAY);
MODBUS_RX_MODE();
memset(modbus_rx_buffer, 0, sizeof(modbus_rx_buffer));
if (HAL_UART_Receive(&huart1, modbus_rx_buffer, 8, MODBUS_TIMEOUT) != HAL_OK) {
return -1;
}
if (modbus_rx_buffer[0] != g_modbus_slave_address || modbus_rx_buffer[1] != MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_COILS) {
return -1;
}
if (modbus_rx_buffer[2] != modbus_tx_buffer[2] || modbus_rx_buffer[3] != modbus_tx_buffer[3] || modbus_rx_buffer[4] != modbus_tx_buffer[4] || modbus_rx_buffer[5] != modbus_tx_buffer[5]) {
return -1;
}
crc = CRC16_Modbus(modbus_rx_buffer, 6);
if (((uint8_t)(crc >> 8) != modbus_rx_buffer[6]) || ((uint8_t)(crc & 0xFF) != modbus_rx_buffer[7])) {
return -1;
}
return 0;
}
uart.c 不需要使能中断，只需要使能发送和接受即可
/**
* @brief 配置UART1 GPIO引脚
* @retval None
*/
static void UART1_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
GPIO_InitStruct.Pin = UART1_TX_PIN;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = UART1_TX_AF;
HAL_GPIO_Init(UART1_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.Pin = UART1_RX_PIN;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = UART1_RX_AF;
HAL_GPIO_Init(UART1_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}
/**
* @brief 初始化UART1
* @retval None
*/
HAL_StatusTypeDef UART1_Init(void)
{
HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;
__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();
UART1_GPIO_Config();
huart1.Instance = UART1_INSTANCE;
huart1.Init.BaudRate = UART1_BAUDRATE;
huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
{
status = HAL_ERROR;
}
return status;
}
• 读取 Modbus 的 BMS示例代码
/**
* @brief 控制电池充电
* @param enable 1:打开充电 0:关闭充电
* @return int 成功返回0，失败返回-1
*/
int Battery_ControlCharging(uint8_t enable)
{
uint16_t values[2];
uint16_t addr = 0x1070; // 0x1000 + 0x0070
// 根据enable参数设置值
values[0] = 0x0000; // 高16位始终为0
values[1] = enable ? 0x0001 : 0x0000; // 低16位：1表示打开充电，0表示关闭充电
// 写入寄存器
int result = Modbus_WriteMultipleRegisters(addr, values, 2);
HAL_Delay(1);
return (result > 0) ? 0 : -1; // 成功返回0，失败返回-1
}
/**
* @brief 控制电池放电
* @param enable 1:打开放电 0:关闭放电
* @return int 成功返回0，失败返回-1
*/
int Battery_ControlDischarging(uint8_t enable)
{
uint16_t values[2];
uint16_t addr = 0x1074; // 0x1000 + 0x0074
// 根据enable参数设置值
values[0] = 0x0000;
values[1] = enable ? 0x0001 : 0x0000;
// 写入寄存器
int result = Modbus_WriteMultipleRegisters(addr, values, 2);
HAL_Delay(1);
return (result > 0) ? 0 : -1; // 成功返回0，失败返回-1
}
/**
* @brief 控制电池均衡
* @param enable 1:打开均衡 0:关闭均衡
* @return int 成功返回0，失败返回-1
*/
int Battery_ControlBalancing(uint8_t enable)
{
uint16_t values[2];
uint16_t addr = 0x1078; // 0x1000 + 0x0078
// 根据enable参数设置值
values[0] = 0x0000; // 高16位始终为0
values[1] = enable ? 0x0001 : 0x0000; // 低16位：1表示打开均衡，0表示关闭均衡
// 写入寄存器
int result = Modbus_WriteMultipleRegisters(addr, values, 2);
HAL_Delay(1);
return (result > 0) ? 0 : -1; // 成功返回0，失败返回-1
}
/**
* @brief 控制保护板关机
* @return int 成功返回0，失败返回-1
*/
int Battery_ShutdownProtectionBoard(void)
{
int result;
uint16_t addr = 0x1604; // 保护板关机地址
uint16_t value = 0x0001; // 1表示关闭保护板
// 写入寄存器
result = Modbus_WriteMultipleRegisters(addr, &value, 1);
if (result <= 0) {
return -1; // 写入失败
}
return 0; // 成功
}
/**
* @brief 读取应急开关时间
* @return uint16_t 应急开关时间
*/
uint16_t Battery_ReadEmergencySwitchTime(void)
{
uint16_t addr = 0x12D4; // 应急开关时间地址
uint16_t value = 0;
// 读取寄存器
int result = Modbus_ReadHoldingRegisters(addr,1);
if (result <= 0) {
return 0; // 读取失败返回0
}
// 解析读取到的值（高低字节顺序：高字节在前，低字节在后）
value = modbus_rx_buffer[4]; // 高字节
value |= modbus_rx_buffer[3] << 8; // 低字节
return value; // 返回应急开关时间
}
/**
* @brief 检查应急开关时间并在低于100S时启动应急功能
* @return int 成功返回0，失败返回-1，不需要启动返回1
*/
int Battery_CheckAndActivateEmergency(void)
{
uint16_t emergencySwitchTime = Battery_ReadEmergencySwitchTime();
// 如果时间低于100S，则启动应急功能
if (emergencySwitchTime < 100) {
// 连续发送两次启动应急开关命令
int result1 = Battery_ActivateEmergencySwitch();
HAL_Delay(10); // 短暂延时
int result2 = Battery_ActivateEmergencySwitch();
// 只要有一次成功就认为成功
if (result1 == 0 && result2 == 0) {
return 0; // 成功启动应急功能
} else {
return -1; // 两次都失败
}
}
return 1; // 不需要启动应急功能
}
/**
* @brief 启动应急开关
* @return int 成功返回0，失败返回-1
*/
int Battery_ActivateEmergencySwitch(void)
{
int result;
uint16_t addr = 0x1610; // 应急开关地址
uint16_t value = 0x0001; // 1表示启动应急开关
// 写入寄存器
result = Modbus_WriteMultipleRegisters(addr, &value, 1);
if (result <= 0) {
return -1; // 写入失败
}
return 0; // 成功
}
/**
* @brief 读取设备信息
* @param deviceInfo 指向DeviceInfo_TypeDef结构体的指针，用于存储读取到的设备信息
* @return int 成功返回0，失败返回-1
*/
int Battery_ReadDeviceInfo(DeviceInfo_TypeDef *deviceInfo)
{
int result;
uint16_t info_start_addr = 0x1400; // 设备信息起始地址
uint8_t i;
uint8_t total_registers = 40; // 总共读取20个寄存器 (0x1400-0x1427)
// 初始化结构体
memset(deviceInfo, 0, sizeof(DeviceInfo_TypeDef));
deviceInfo->valid = 0;
// 一次性连续读取所有设备信息 (0x1400-0x1427)
// 包括厂商型号、硬件版本号、软件版本号、累计运行时间和上电次数
result = Modbus_ReadHoldingRegisters(info_start_addr, total_registers);
if (result <= 0) {
return -1; // 读取失败
}
// 解析厂商型号 (0x1400-0x140F) 16个字节
for (i = 0; i < 16; i++) {
// 每个寄存器包含两个字节
if (i % 2 == 0) {
deviceInfo->manufacturer_model[i] = modbus_rx_buffer[3 + i + 1]; // 低字节
} else {
deviceInfo->manufacturer_model[i] = modbus_rx_buffer[3 + i - 1]; // 高字节
}
}
deviceInfo->manufacturer_model[16] = '\0'; // 添加字符串结束符
// 解析硬件版本号 (0x1410-0x1417) 8个字节
for (i = 0; i < 8; i++) {
// 每个寄存器包含两个字节
if (i % 2 == 0) {
deviceInfo->hardware_version[i] = modbus_rx_buffer[3 + 16 + i + 1]; // 低字节
} else {
deviceInfo->hardware_version[i] = modbus_rx_buffer[3 + 16 + i - 1]; // 高字节
}
}
deviceInfo->hardware_version[8] = '\0'; // 添加字符串结束符
// 解析软件版本号 (0x1418-0x141F) 8个字节
for (i = 0; i < 8; i++) {
// 每个寄存器包含两个字节
if (i % 2 == 0) {
deviceInfo->software_version[i] = modbus_rx_buffer[3 + 24 + i + 1]; // 低字节
} else {
deviceInfo->software_version[i] = modbus_rx_buffer[3 + 24 + i - 1]; // 高字节
}
}
deviceInfo->software_version[8] = '\0'; // 添加字符串结束符
// 解析累计运行时间 (0x1420-0x1423) 4个字节
deviceInfo->total_runtime = (uint32_t)((modbus_rx_buffer[3 + 32] << 24) |
(modbus_rx_buffer[3 + 33] << 16) |
(modbus_rx_buffer[3 + 34] << 8) |
modbus_rx_buffer[3 + 35]);
// 解析上电次数 (0x1424-0x1427) 4个字节
deviceInfo->power_on_count = (uint32_t)((modbus_rx_buffer[3 + 36] << 24) |
(modbus_rx_buffer[3 + 37] << 16) |
(modbus_rx_buffer[3 + 38] << 8) |
modbus_rx_buffer[3 + 39]);
// 标记数据有效
deviceInfo->valid = 1;
return 0; // 成功
}
/**
* @brief 读取所有电芯电压和电池状态数据
* @param batteryData 指向BatteryData_TypeDef结构体的指针，用于存储读取到的电芯电压和电池状态数据
* @return int 成功返回0，失败返回-1
*/
int Battery_ReadInfo(BatteryData_TypeDef *batteryData)
{
int result;
uint8_t i;
uint16_t cell_start_addr = 0x1200; // 电芯电压起始地址
uint8_t num_cells = 24; // 电芯数量
uint16_t status_start_addr = 0x40; // 电池状态起始地址
uint8_t num_status_regs = 5; // 电池状态寄存器数量 (0x40-0x48)
// 初始化结构体
// memset(batteryData, 0, sizeof(BatteryData_TypeDef));
batteryData->valid = 0;
// 读取电芯电压
result = Modbus_ReadHoldingRegisters(cell_start_addr, num_cells);
// 检查读取结果
if (result <= 0) {
return -1; // 读取失败
}
for (i = 0; i < num_cells; i++) {
// 从接收缓冲区提取数据
// 数据格式：从机地址(1) + 功能码(1) + 数据长度(1) + 数据(num_cells*2) + CRC(2)
// 数据起始位置为3，每个寄存器占用2个字节
batteryData->cell_voltage[i] = (uint16_t)((modbus_rx_buffer[3 + i * 2] << 8) |
modbus_rx_buffer[4 + i * 2]);
}
HAL_Delay(30);
// 读取电池状态数据
result = Modbus_ReadHoldingRegisters(cell_start_addr + status_start_addr, num_status_regs);
if (result <= 0) {
return -1; // 读取失败
}
// 解析电池状态数据
// 电池状态 (0x40-0x43) - 接收缓冲区索引3-6 (四个字节)
batteryData->battery_status = (uint32_t)((modbus_rx_buffer[3] << 24) |
(modbus_rx_buffer[4] << 16) |
(modbus_rx_buffer[5] << 8) |
modbus_rx_buffer[6]);
// 电池平均电压 (0x44-0x45) - 接收缓冲区索引7-8 (两个字节)
batteryData->average_voltage = (uint16_t)((modbus_rx_buffer[7] << 8) | modbus_rx_buffer[8]);
// 最大压差 (0x46-0x47) - 接收缓冲区索引9-10 (两个字节)
batteryData->max_voltage_diff = (uint16_t)((modbus_rx_buffer[9] << 8) | modbus_rx_buffer[10]);
// 最大单体编号和最小单体编号 (0x48) - 接收缓冲区索引11-12
batteryData->max_cell_number = modbus_rx_buffer[11]; // 高字节为最大单体编号
batteryData->min_cell_number = modbus_rx_buffer[12]; // 低字节为最小单体编号
// 连续读取从0x8A到0xC0的所有数据
uint16_t extended_data_start_addr = 0x8A;
uint8_t extended_data_length = 28; // 从0x8A到0xC0共28个寄存器
HAL_Delay(40);
result = Modbus_ReadHoldingRegisters(cell_start_addr + extended_data_start_addr, extended_data_length);
if (result <= 0) {
return -1; // 读取失败
}
// 解析功率板温度 (0x8A)
batteryData->power_board_temp = (int16_t)((modbus_rx_buffer[3] << 8) | modbus_rx_buffer[4]);
// 解析均衡线电阻状态 (0x8C)
batteryData->balance_line_status = (uint32_t)((modbus_rx_buffer[5] << 24) |
(modbus_rx_buffer[6] << 16) |
(modbus_rx_buffer[7] << 8) |
modbus_rx_buffer[8]);
// 解析电池总电压 (0x90)
batteryData->total_voltage = (uint32_t)((modbus_rx_buffer[9] << 24) |
(modbus_rx_buffer[10] << 16) |
(modbus_rx_buffer[11] << 8) |
modbus_rx_buffer[12]);
// printf("batteryData->total_voltage = %d\r\n", batteryData->total_voltage);
// 解析电池功率 (0x94)
batteryData->battery_power = (uint32_t)((modbus_rx_buffer[13] << 24) |
(modbus_rx_buffer[14] << 16) |
(modbus_rx_buffer[15] << 8) |
modbus_rx_buffer[16]);
// 解析电池电流 (0x98)
batteryData->battery_current = (int32_t)((modbus_rx_buffer[17] << 24) |
(modbus_rx_buffer[18] << 16) |
(modbus_rx_buffer[19] << 8) |
modbus_rx_buffer[20]);
// 解析电池温度1 (0x9C)
batteryData->battery_temp1 = (int16_t)((modbus_rx_buffer[21] << 8) | modbus_rx_buffer[22]);
// 解析电池温度2 (0x9E)
batteryData->battery_temp2 = (int16_t)((modbus_rx_buffer[23] << 8) | modbus_rx_buffer[24]);
// 解析报警状态 (0xA0)
batteryData->alarm_status = (uint32_t)((modbus_rx_buffer[25] << 24) |
(modbus_rx_buffer[26] << 16) |
(modbus_rx_buffer[27] << 8) |
modbus_rx_buffer[28]);
// 解析均衡电流 (0xA4)
batteryData->balance_current = (int16_t)((modbus_rx_buffer[29] << 8) | modbus_rx_buffer[30]);
// 解析均衡状态和剩余电量百分比 (0xA6)
batteryData->balance_status = modbus_rx_buffer[31]; // 高8位为均衡状态
batteryData->remaining_capacity_percent = modbus_rx_buffer[32]; // 低8位为剩余电量百分比
// 解析剩余容量 (0xA8)
batteryData->remaining_capacity = (int32_t)((modbus_rx_buffer[33] << 24) |
(modbus_rx_buffer[34] << 16) |
(modbus_rx_buffer[35] << 8) |
modbus_rx_buffer[36]);
// 解析实际容量 (0xAC)
batteryData->actual_capacity = (uint32_t)((modbus_rx_buffer[37] << 24) |
(modbus_rx_buffer[38] << 16) |
(modbus_rx_buffer[39] << 8) |
modbus_rx_buffer[40]);
// 解析循环次数 (0xB0)
batteryData->cycle_count = (uint32_t)((modbus_rx_buffer[41] << 24) |
(modbus_rx_buffer[42] << 16) |
(modbus_rx_buffer[43] << 8) |
modbus_rx_buffer[44]);
// 解析循环总容量 (0xB4)
batteryData->total_cycle_capacity = (uint32_t)((modbus_rx_buffer[45] << 24) |
(modbus_rx_buffer[46] << 16) |
(modbus_rx_buffer[47] << 8) |
modbus_rx_buffer[48]);
// 解析SOH估计和预充状态 (0xB8)
batteryData->soh_estimate = modbus_rx_buffer[49]; // 高8位为SOH估计
batteryData->precharge_status = modbus_rx_buffer[50]; // 低8位为预充状态
// 解析用户层报警 (0xBA)
batteryData->user_alarm = (uint16_t)((modbus_rx_buffer[51] << 8) | modbus_rx_buffer[52]);
// 解析运行时间 (0xBC)
batteryData->running_time = (uint32_t)((modbus_rx_buffer[53] << 24) |
(modbus_rx_buffer[54] << 16) |
(modbus_rx_buffer[55] << 8) |
modbus_rx_buffer[56]);
// 解析充电状态和放电状态 (0xC0)
batteryData->charge_status = modbus_rx_buffer[57]; // 高8位为充电状态
batteryData->discharge_status = modbus_rx_buffer[58]; // 低8位为放电状态
// 标记数据有效
batteryData->valid = 1;
return 0; // 成功
}
// 电池数据结构体
BatteryData_TypeDef batteryData; // 电池数据结构体
DeviceInfo_TypeDef deviceInfo; // 设备信息结构体
// 电池监控任务相关变量
static uint8_t s_isInitialized = 0; // 初始化标志位
static uint8_t s_emergencyActivated = 0; // 应急开关状态标志位
// 电流监测相关变量
static uint32_t s_highCurrentCounter = 0; // 高电流持续计数
static uint32_t s_lowCurrentCounter = 0; // 低电流持续计数
// 电池通信相关变量
uint8_t g_modbusErrorCount = 0; // Modbus通信错误计数
/**
* @brief 电池监控任务函数，每2秒调用一次
* @param param 任务参数
*/
void Battery_MonitorTask(void *param)
{
// 初始化时读取设备信息
if (!s_isInitialized) {
// 尝试读取设备信息，确保成功
while (Battery_ReadDeviceInfo(&deviceInfo) != 0) {
// 错误计数
g_modbusErrorCount++;
return;
}
s_isInitialized = 1;
}
// printf("battery_current: %d\n", batteryData.battery_current);
// Battery_ControlDischarging(0);
// 每次调用读取电池信息
if (Battery_ReadInfo(&batteryData) == 0) {
g_modbusErrorCount = 0; // 重置错误计数
// 电池电流检测逻辑
if (batteryData.valid) {
// 检测高电流情况 (>15A)
if (batteryData.battery_current > 15000) { // 15A = 15000mA
s_highCurrentCounter++;
// 如果持续30秒高电流，触发应急开关
// 每2秒调用一次，需要计数15次
if (s_highCurrentCounter >= 15) {
if (!s_emergencyActivated) {
if (Battery_CheckAndActivateEmergency() == 0) {
s_emergencyActivated = 1;
}
}
}
} else {
// 不是高电流，重置计数器
s_highCurrentCounter = 0;
}
// 检测低电流情况 (<5A)
if (batteryData.battery_current < 5000) { // 5A = 5000mA
s_lowCurrentCounter++;
// 如果持续30秒低电流，关闭应急开关
// 每2秒调用一次，需要计数15次
if (s_lowCurrentCounter >= 15 && s_emergencyActivated) {
Battery_ActivateEmergencySwitch();
s_emergencyActivated = 0;
}
} else {
// 不是低电流，重置计数器
s_lowCurrentCounter = 0;
}
}else{
}
}else{
g_modbusErrorCount++;
return;
}
}