Golang在RS232/485串口下与Modbus-RTU规约的设备通信

本文为使用golang实现在RS232/485串口下与Modbus规约的设备通信示例。

Serial包使用：https://pkg.go.dev/github.com/tarm/serial

Golang版本：1.19

测试环境：Windows10 22H2、CentOS9 Stream、Ubuntu Server 22.10、OpenEuler 22.09

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如何进行串口通信可参考文章：

https://akiyamamio.xyz/index.php/archives/3/

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1. RS232/485接口协议

--两者都是一种通信接口规范，就像网线（RJ45）一样，都是设备与设备间的通信道路。

区别：RS232与RS485引脚的电气特性不一样，232为全双工，而485为半双工但有效传输距离较远，两者一般都通过双绞线环形相连，两端加装电阻，232一般会另外连接一根共地线。
--在语言层面，我们仅仅需要打开串口就好，不需要关心他到底是RS232还是RS485，分辨他们的任务交由系统与硬件。

具体请参考文章：

https://www.virtual-serial-port.org/cn/article/what-is-serial-port/rs232-vs-rs485.html

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2. Modbus通讯规约

modbus规约规定了通讯帧格式，设备组织。

--通常modbus规定了连接在总线上的设备与主机遵从主从模式，通讯由主机发起、从机回应。一条总线上每个modbus设备都有一个范围为0~255的ID，称为从机ID，主机通过从机ID来确认设备身份。

--无论是主站发送还是从机回复都遵循此帧格式。其中头尾为帧起始与帧结束的标识符，第一个字节Address即为从机ID，第二个字节Function为使用的函数标识，常用函数有03(ReadHoldingRegisters)读多个可变(可读可写)寄存器、06(WriteSingleRegister)写单个寄存器、16(WriteMultipleRegisters)写多个寄存器。Data位根据函数有不同的意义，举例：当函数为03时，Data为2字节的寄存器起始地址和2字节的数据长度,而函数为06时，Data为两字节数据起始位。
--放在最后的是CRC校验,Modbus使用的CRC16校验，校验寄存器起始位为0xFFFF，通过与数据按位异或运算、再右移8位、然后取表再异或运算取得。以下为Golang实现CRC16 Modbus校验的完整代码。

package modbus

var Table = []uint16{
    0x0000, 0xC0C1, 0xC181, 0x0140, 0xC301, 0x03C0, 0x0280, 0xC241, 0xC601, 0x06C0, 0x0780, 0xC741,
    0x0500, 0xC5C1, 0xC481, 0x0440, 0xCC01, 0x0CC0, 0x0D80, 0xCD41, 0x0F00, 0xCFC1, 0xCE81, 0x0E40,
    0x0A00, 0xCAC1, 0xCB81, 0x0B40, 0xC901, 0x09C0, 0x0880, 0xC841, 0xD801, 0x18C0, 0x1980, 0xD941,
    0x1B00, 0xDBC1, 0xDA81, 0x1A40, 0x1E00, 0xDEC1, 0xDF81, 0x1F40, 0xDD01, 0x1DC0, 0x1C80, 0xDC41,
    0x1400, 0xD4C1, 0xD581, 0x1540, 0xD701, 0x17C0, 0x1680, 0xD641, 0xD201, 0x12C0, 0x1380, 0xD341,
    0x1100, 0xD1C1, 0xD081, 0x1040, 0xF001, 0x30C0, 0x3180, 0xF141, 0x3300, 0xF3C1, 0xF281, 0x3240,
    0x3600, 0xF6C1, 0xF781, 0x3740, 0xF501, 0x35C0, 0x3480, 0xF441, 0x3C00, 0xFCC1, 0xFD81, 0x3D40,
    0xFF01, 0x3FC0, 0x3E80, 0xFE41, 0xFA01, 0x3AC0, 0x3B80, 0xFB41, 0x3900, 0xF9C1, 0xF881, 0x3840,
    0x2800, 0xE8C1, 0xE981, 0x2940, 0xEB01, 0x2BC0, 0x2A80, 0xEA41, 0xEE01, 0x2EC0, 0x2F80, 0xEF41,
    0x2D00, 0xEDC1, 0xEC81, 0x2C40, 0xE401, 0x24C0, 0x2580, 0xE541, 0x2700, 0xE7C1, 0xE681, 0x2640,
    0x2200, 0xE2C1, 0xE381, 0x2340, 0xE101, 0x21C0, 0x2080, 0xE041, 0xA001, 0x60C0, 0x6180, 0xA141,
    0x6300, 0xA3C1, 0xA281, 0x6240, 0x6600, 0xA6C1, 0xA781, 0x6740, 0xA501, 0x65C0, 0x6480, 0xA441,
    0x6C00, 0xACC1, 0xAD81, 0x6D40, 0xAF01, 0x6FC0, 0x6E80, 0xAE41, 0xAA01, 0x6AC0, 0x6B80, 0xAB41,
    0x6900, 0xA9C1, 0xA881, 0x6840, 0x7800, 0xB8C1, 0xB981, 0x7940, 0xBB01, 0x7BC0, 0x7A80, 0xBA41,
    0xBE01, 0x7EC0, 0x7F80, 0xBF41, 0x7D00, 0xBDC1, 0xBC81, 0x7C40, 0xB401, 0x74C0, 0x7580, 0xB541,
    0x7700, 0xB7C1, 0xB681, 0x7640, 0x7200, 0xB2C1, 0xB381, 0x7340, 0xB101, 0x71C0, 0x7080, 0xB041,
    0x5000, 0x90C1, 0x9181, 0x5140, 0x9301, 0x53C0, 0x5280, 0x9241, 0x9601, 0x56C0, 0x5780, 0x9741,
    0x5500, 0x95C1, 0x9481, 0x5440, 0x9C01, 0x5CC0, 0x5D80, 0x9D41, 0x5F00, 0x9FC1, 0x9E81, 0x5E40,
    0x5A00, 0x9AC1, 0x9B81, 0x5B40, 0x9901, 0x59C0, 0x5880, 0x9841, 0x8801, 0x48C0, 0x4980, 0x8941,
    0x4B00, 0x8BC1, 0x8A81, 0x4A40, 0x4E00, 0x8EC1, 0x8F81, 0x4F40, 0x8D01, 0x4DC0, 0x4C80, 0x8C41,
    0x4400, 0x84C1, 0x8581, 0x4540, 0x8701, 0x47C0, 0x4680, 0x8641, 0x8201, 0x42C0, 0x4380, 0x8341,
    0x4100, 0x81C1, 0x8081, 0x4040,
}

func CheckSum16(data []byte) uint16 {
    var registers uint16 = 0xFFFF
    for _, datum := range data {
        var eor = uint8(uint16(datum) ^ registers)
        registers >>= 8
        registers ^= Table[eor]
    }
    return registers
}

3. 实际通讯示例

--以下为在Windows平台上与串口COM7上的Modbus设备进行的通讯测试。

--读一个二氧化碳温湿度传感器设备，设备地址为0x01，变量寄存器起始地址为0x00，变量长度为0x05的设备数据。

格式化读指令下发 Write data:[1 3 0 0 0 5 133 201]

package modbus

import (
    "encoding/hex"
    "errors"
    "strconv"
)

// FormatReadCmd 格式化读指令
func FormatReadCmd(address, funcCode byte, startAddress, dataLength []byte) ([]byte, error) {
    if len(startAddress) != 2 || len(dataLength) != 2 {
        return nil, errors.New("wrong start address or wrong data length")
    }

    var data = make([]byte, 0)
    data = append(data, address)
    data = append(data, funcCode)
    data = append(data, startAddress...)
    data = append(data, dataLength...)

    sumU16 := checkSum16(data)
    hexString := strconv.FormatUint(uint64(sumU16), 16)
    if len(hexString)%2 != 0 {
        hexString = "0" + hexString
    }
    sum, err := hex.DecodeString(hexString)
    if len(sum) != 2 {
        if err != nil {
            return nil, err
        } else if err == nil {
            return nil, errors.New("wrong check sum length")
        }
    }

    var sumReal = make([]byte, 2)
    sumReal[0] = sum[1]
    sumReal[1] = sum[0]

    data = append(data, sumReal...)

    return data, nil
}

--设备回应

=>完整代码下载<=