The Modbus protocol is an open standard communication protocol originally designed to connect programmable logic controllers (PLCs) and other automation devices. Its simplicity and reliability make Modbus one of the most popular communication protocols in the industrial field, widely used for monitoring, control, and data acquisition.
什么是 Modbus
Modbus 是工业界常用的一种通讯协议，可以理解为是一种通讯的约定。
Modbus 协议包括 RTU、ASCII、TCP，其中 Modbus-RTU 最常用，比较简单，在单片机上很容易实现。Modbus RTU 协议定义了一个与下层通信层无关的简单协议数据单元（PDU），串行链路上的 Modbus RTU 帧格式如下图所示。
其中，地址字段只含有从机地址；功能码指示指令要执行何种操作；功能码的后续数据是请求或响应数据字段；差错检验字段是“报文内容”数据进行“循环冗余校验”计算所得结果，采用 CRC16 循环冗余校验算法。
Modbus 和 OPC UA、MQTT 等通讯协议本质上是一样的，都是为了实现多个设备相互通信的应用层协议。
Modbus 的起源与发展
Modbus 协议于 1979 年由 Modicon 公司（现被 Schneider 公司收购）设计开发，一经面世因其简单开放的通信方式逐渐成为工业系统中流行的标准，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。
后来，为了更好地普及和推动 Modbus 基于以太网（TCP/IP）的分布式应用，施耐德公司将 Modbus 协议的所有权移交给 IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自动化接口）组织，并成立了 Modbu-IDA 国际组织，负责推广 Modbus 标准以及对 Modbus 产品进行认证。
现在，我们可以从 Modbus 官网 www.modbus.org 找到相关协议文档、Modbus 产品和厂商等信息。
Modbus 通信协议特点
Modbus 协议定义了一个控制器能够认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。因此，底层通信方式可以使用 RS232，RS485 等串行链路，也可以使用 TCP/IP 以太网链路。当在 Modbus 网络上通信时，控制器必须要知道该网络中其他从设备的地址，才能识别按地址发来的消息，并作出相应行为。
简单来说，Modbus 通信协议具有以下几个特点：
- Modbus 协议标准开放、公开发布且无版税要求，用户可以免费获取并使用 Modbus 协议，不需要缴纳许可证费；
- Modbus 最开始使用 RS232，RS485 等串行链路作为底层通信方式，串行总线的接口芯片成本低，而且布线也简单方便；
- Modbus 协议支持多种电气接口，如 RS232、RS485、TCP/IP 等，还可以在各种介质上传输，如双绞线、光纤、红外、无线等；
- Modbus 是简单地应用层协议，其协议消息帧格式简单、紧凑、通俗易懂，便于用户理解和使用、厂商开发和集成，方便形成工业控制网络。
为什么要学习 Modbus
虽然 Modbus 已经发展到了极为成熟的阶段，但由于其协议的简单性以及便于在多种通信媒介上实施的应用特点，Modbus 仍然是当前工业电子设备之间常用的连接方式之一。在某种程度上来说，Modbus 通信协议就是工业领域通信协议的业界标准。在物联网蓬勃发展的当下，了解并掌握广泛应用的 Modbus 通信协议意义重大。
下图展示了 Modbus RTU 网络的设备连接。
专业术语
在 Modbus 开发中的常见专业术语如下：
- Master ：主（站）设备
- Slave ：从（站）设备
- Client ：客户端，对应 Master 设备
- Server ：服务器端，对应 Slave 设备
- ADU ：应用数据单元（Application Data Unit）
- PDU ：协议数据单元（Protocol Data Unit）
- MSB ：最高有效位（Most Significant Bit）
- LSB ：最低有效位（Least Significant Bit）
- MBAP ：Modbus 应用协议（Modbus Application Protocol）
- PLC ：可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）
- RTU ：远程终端单元（Remote Terminal Unit）
- SCADA ：监督控制和数据采集（Supervisory Control And Data Acquisition）
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