大咖问答09期： 对modbus协议打破沙锅问到底，制定通信协议

xiaocaihong

本期有幸邀请到大咖嘉宾许孝刚老师@许孝刚，参加电路城论坛第九期大咖问答(6月 8日 ~6月 21日)。

大咖个人简介：

许孝刚，山东大学工程硕士，副高职称，技术总监，10 余年嵌入式系统开发经验，国家软考“嵌入式系统设计师”

本期话题：

modbus到嵌入式开发涉及的各类通信协议

本期话题涉及的内容：

1、什么是通信协议，通信协议的作用是啥。

2、什么是modbus通信协议，modbus通信协议有何作用。

3、modbusRTU 协议和 modbus TCP协议的应用场景。

4、嵌入式开发中如何制定通信协议。

5、制定通信协议需要考虑哪些问题。

6、其它通信协议的讨论交流。

本期大咖问答由论坛用户SquallBest（丹东汉唐网络科技）赞助3个调试器，将在问答结束后挑选3名参与人免费赠予

下面欢迎大家就modbus与通信协议方面的问题向@许孝刚，请直接在本主题贴底下回帖提问。

或者有其他相关modbus与各类通信协议方面的问题，也欢迎大家积极提问，大咖嘉宾会尽快给予回答。

往期《大咖问答》栏目内容：

大咖问答01期：模电大神教你玩转模拟电路设计
大咖问答02期：对话大神，剖析物联网技术开发常见问题
大咖问答03期：从0到1，大咖解答智能飞控产品设计思路

大咖问答04期：资深大咖聊IC设计原则与实际应用技巧

大咖问答05期：机器人专家带你玩转人工智能与软硬件设计

大咖问答06期：专家解惑LoRa与射频无线通信设计

大咖问答07期：李崇伟传授PCB设计实战操作技巧与问题解决

大咖问答08期：你不懂的哪些嵌入式软件设计，我来帮你解答

许孝刚

bloong 发表于 2020-6-10 14:06
@许孝刚
大神能讲讲 ModBus在PLC和变频器上的应用吗？

目前我的modbus的应用都是在单片机上。但是对协议来讲，都是一样的，无非是寄存器的读写。

许孝刚

Q向涵Q 发表于 2020-6-10 16:09
市面上的ModBus协议千万种，有没有哪种是标准协议的呢

关于modbus协议，我们国家有标准。
GB/T 19582-2008 <<基于Modbus协议的工业自动化网络规范>>

许孝刚

Q向涵Q 发表于 2020-6-10 16:10
modbusRTU 协议和 modbus TCP协议用的是那种校验可靠呢，有的是用和校验，异或校验，16位CRC校验，32位CRC校验

modbus RTU 协议用的是 16位CRC校验，比较可靠。
modbus TCP 协议，应用层没有校验，是靠的TCP协议底层的校验，也是可靠的。

许孝刚

Q向涵Q 发表于 2020-6-10 16:11
希望能有标准协议参考，让我的通讯更加规范！求参考资料

标准协议，就是国家标准那三本。

许孝刚

dadaddy 发表于 2020-6-10 16:13
怎样才能快速理解modbus呢

1、网上搜索下modbus协议，有个大概影响。
2、安装modbus协议模拟软件，进行指令的收发测试，帮助理解。
3、阅读国家标准，深入理解。

许孝刚

Q向涵Q 发表于 2020-6-10 16:17
modbus协议接收校验不通过，是否直接丢弃数据？重新等待补发数据？

对modbus 从机来讲，校验不通过，丢弃。

对modbus主机来讲，接收的数据校验不通过，重发。

许孝刚

lvxuehua 发表于 2020-6-11 11:14
请问许老师，在现在暖气热力表上的那个是用的MODBUS的总线吗？

不知道你说的表是啥样的，不清楚。
注意有的暖气热力表是mbus，这个不是modbus，别搞混了

许孝刚

SquallBest 发表于 2020-6-11 11:10
我在使用过程当中发现，很多公司的设备在ModBus协议实现方面都有不同的取舍。请问如何去辨别设备对协议实现的区别？

建议你说的更清楚些，我没明白你的意思

许孝刚

Q向涵Q 发表于 2020-6-11 11:19
许老师，我想问下单片机串口有9位数据，可以做奇偶校验，但是几年几乎都看不到用奇偶校验了，是否用奇偶校验会增强modbus通讯的可靠性？并且奇偶校验可以代替CRC16校验？

奇偶校验有一点点作用，它的作用是对一个字节进行校验。
CRC16 是对一帧数据进行校验。

奇偶校验远远代替不了CRC16，目前很多通信都是无奇偶校验，但是CRC校验是有的。

许孝刚

SquallBest 发表于 2020-6-11 11:19
如果想对ModBus传输数据进行加密传输，请问有没有什么好的推荐？

可以讲modbus协议中的数据加密，比如2字节的寄存器，加密之后还是2字节，这是属于应用程序层面加密。

许孝刚

EricCheng 发表于 2020-6-11 11:38
ASCII传输方式和RTU传输方式有什么优缺点？分别应用在哪里？

RTU输出的效率高，ASCII效率低，比如一个电压 220V，如果使用ASCII传输，需要传输3个字符，‘2’，‘2’，‘0’，一共3个字符，也就是3个字节。而使用RTU的话，就是一个字节0xDC。

许孝刚

1597685605 发表于 2020-6-11 13:02
我想问一下那个16 CRC效验原理，一般这种效验是否合理，有什么数学上的依据，不同的数据会不会效验的结果是一样的

CRC16 网上都有算法，这个是数学计算，我也只是会用，没法给你讲明白，详细的计算，网上查查。
对于不同的数据，会有一定的概率生成的校验码一样，这叫“CRC 碰撞”，16位的CRC，碰撞的概率比较小，在我们日常的计算中，基本是够用的。
想降低碰撞的话，可以采用CRC32，甚至更高bit的算法，比如CRC128，等等。
我们都知道，bit数越多，发生碰撞的概率越小。

至于为何我们使用CRC16呢，因为这个是最低廉的算法工具了，复杂度低，计算开销小，同时能够满足我们的日常计算需要。

许孝刚

云中飞啊飞 发表于 2020-6-11 14:04
我司目前用的传感器就是用的MOBUS协议的，请问这种协议安全性如何？

标准的modbus协议是没有加密的，建议你们在应用中加密，比如对寄存器数据进行加密。
考虑用AES等加密算法。

许孝刚

yangshoot 发表于 2020-6-11 19:26
modbus是属于半双工。按照标准协议，判断数十ms后总线上没有数据，才算数据处理完成。总线利用率比较低。
就这个问题，大家有没有不同的理解？

准确来讲“modbus是属于半双工”这个说法是错的。
modbus 是协议层的概念，双工是物理层的概念，通常我们使用485做物理层，因此就形成了您说的提法。

modbus RTU运行在RS232上，232是双工的。modbus运行在以太网上，以太网是双工的。

主要是因为modbus 采用了一问一答的方式，导致协议效率低一些。
至于您说的“判断数十ms后总线上没有数据，才算数据完成”，这个串行链路上取决于通信的波特率，不一定非得这么长时间。

许孝刚

yinwuqing 发表于 2020-6-12 09:53
许工，您好！控制器能设置为两种传输模式，即ASCII与RTU。那么在一个Modbus网络上，设备在使用的时候传输模式可以自由设置吗？这两者传输模式有什么区别呢？其优劣势体现在哪些方面？

使用的时候，一般不会自由设置，通信双方一般都在通信前做好约定，到底是RTU还是ASCII。
传输区别，你看下前面的回复，主要是传输效率的差别。

许孝刚

yinwuqing 发表于 2020-6-12 10:06
标准的Modbus串行网络采用哪些错误检测机制？数据传输中一旦丢帧会报错吗？如果数据校验失败，协议中会提示重新发送吗？

串行链路中用CRC16校验来做帧的校验检测。
对主机来将，发出去的帧丢了的话，过了超时时间，没有回来应答，那就需要重发。

许孝刚

wdzfd-25908 发表于 2020-6-12 13:09
老师你好，在Modbus系统有多个站点（可能多个主站和多个从站）需要互联通信的应用中有没有什么好的办法保证可靠通信？

什么传输链路？

许孝刚

ALTIUM2 发表于 2020-6-10 22:44
徐老师您好，想请教几个问题：

1.现如今工控安全性越来越重要，目前比较成熟的modbus加密方案有哪些；

目前我接触到的大部分应用，数据都没有加密，如果需要加密的话，可以采用AEC算法对寄存器进行加密。
比如对10个寄存器加密，加密之后数据还是20个字节，这样在应用中，进行解密。

许孝刚

wdzfd-25908 发表于 2020-6-12 13:09
老师你好，在Modbus系统有多个站点（可能多个主站和多个从站）需要互联通信的应用中有没有什么好的办法保证可靠通信？

485这块，想保证可靠性需要：
1、做好硬件接口的保护。
2、提高软件的可靠性。

许孝刚

yinwuqing 发表于 2020-6-16 12:55
一条RTU协议的命令可以转化为ASCII协议的命令吗？数据存储方式是大端还是小端存储方式？

可以进行转换，大端

许孝刚

archimedas 发表于 2020-6-19 14:32
modbus是否可以以光纤作为导线或者说市面上有没有类似的设备,来延长通讯距离的

您所说的这个，与modbus协议无关，modbus仅是协议层的东西

许孝刚

archimedas 发表于 2020-6-19 14:23
用于ModBus的测试软件有哪些

modbus poll，modbus slave

许孝刚

wdzfd-25908 发表于 2020-6-17 09:46
老师你好! 可否具体描述下要考虑的地方或者有实战的做法，我这考虑多主机的通信冲突解决就感觉比较麻烦，因为485是半双工的，有时还得考虑通信效率和实时性等影响。

可以加qq 308777087，充分的实时交流

烈火狂龙

ALTIUM2 发表于 2020-6-10 22:44
徐老师您好，想请教几个问题：

1.现如今工控安全性越来越重要，目前比较成熟的modbus加密方案有哪些；

加密要用自定义的协议了，如果用modbus传加密的协议意义不大，正常AES128是16字节一包，AES256是32字节一包，加上封装就大了。

bloong

@许孝刚
大神能讲讲 ModBus在PLC和变频器上的应用吗？

Q向涵Q

市面上的ModBus协议千万种，有没有哪种是标准协议的呢

Q向涵Q

modbusRTU 协议和 modbus TCP协议的区别是那些呢

Q向涵Q

modbusRTU 协议和 modbus TCP协议用的是那种校验可靠呢，有的是用和校验，异或校验，16位CRC校验，32位CRC校验

Q向涵Q

希望能有标准协议参考，让我的通讯更加规范！求参考资料

dadaddy

怎样才能快速理解modbus呢

Q向涵Q

modbusRTU 协议和 modbus TCP协议的应用场景分别是哪些？

Q向涵Q

modbus协议接收校验不通过，是否直接丢弃数据？重新等待补发数据？

ALTIUM2

徐老师您好，想请教几个问题：

1.现如今工控安全性越来越重要，目前比较成熟的modbus加密方案有哪些；
2.哪种modbus加密方案在性能和加密性中比较均衡，可以实现用较少的性能实现较好的加密效果，适合性能一般的产品用；

灰常感谢