• Java实现Modbus Tcp协议读写模拟工具数据

    标题

    前言

    参考文章：https://www.cnblogs.com/ioufev/p/10831289.html

    该文中谈及常见的几种读取设备数据实现，说到modbus4j的通讯实现方式是同步的，实际应用中可能会读取大量的数据，需要异步进行，可以用modbus-master-tcp

    本文也是基于modbus-master-tcp依赖库进行开发，它底层是基于Netty写的，所以具备高性能、支持异步

    SpringBoot项目配置的核心依赖

    
<dependency>
    <groupId>com.digitalpetri.modbusgroupId>
    <artifactId>modbus-master-tcpartifactId>
    <version>1.2.0version>
dependency>


<dependency>
    <groupId>com.digitalpetri.modbusgroupId>
    <artifactId>modbus-slave-tcpartifactId>
    <version>1.2.0version>
dependency>

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    设备模拟工具选择Modbus Slave，网上很多下载资源

    一、读写模拟工具中数据

    在这里插入图片描述
    一开始我也把Server和Client搞混了，大家注意下面重点知识

    重点知识

    Modbus一主多从讲的是一次只有一个主机（Master）连接到网络，只有主设备（Master）可以启动通信并向从设备(Slave)发送请求，从设备不能主动发送；从设备(Slave)只能向主设备（Master）发送回复，且从设备就不能自己主动发送。

    一个Master（物理网平台），多个Slave（设备）；平台是Client，设备是Server

    实现如下：

    (1) 定义Controller层

    @RestController
@RequestMapping("/modbus")
public class ModbusController {

    @Autowired
    private ModbusTcpService modbusTcpService;

    // 连接slave设备
    @GetMapping(value = "/connect_slave")
    public ResponseMessage connectSlave(){
        return modbusTcpService.connectSlave();
    }

    // 读取保持寄存器
    @PostMapping(value = "/readHoldingRegisters")
    public ResponseMessage readHoldingRegisters(@RequestBody SlaveDto slaveDto) throws ExecutionException, InterruptedException {
        return modbusTcpService.readHoldingRegisters(slaveDto);
    }
    
	// 写单个寄存器
    @PostMapping(value = "/writeSingleRegister")
    public ResponseMessage writeSingleRegister(@RequestBody WriteSlaveDto wsDto) {
        return modbusTcpService.writeSingleRegister(wsDto);
    }

    // 写多个寄存器
    @PostMapping(value = "/writeMultipleRegisters")
    public ResponseMessage writeMultipleRegisters(@RequestBody WriteSlaveDto wsDto){
        return modbusTcpService.writeMultipleRegisters(wsDto);
    }

}


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    其他相关类

    SlaveDto.java

    @Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Component
public class SlaveDto {

    private Integer slaveId;

    private Integer address;

    private Integer quantity;
}

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    WriteSlaveDto.java

    @Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class WriteSlaveDto extends SlaveDto {

    // 写单个数值
    private Integer value;

    // 写多个数值
    private int[] values;
}

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    ResponseMessage.java就是常见的返回msg、code和data的类，随便找一个符合就行

    (2) 定义Service层实现

    @Service
@Slf4j
public class ModbusTcpService{

	@Autowired
    private ModbusMasterUtil modbusMasterUtil;

	public ResponseMessage connectSlave() {
        try {
            modbusMasterUtil.createModbusConnector(ModbusClientConstants.IP, ModbusClientConstants.TCP_PORT);
            return ResponseMessage.ok();
        }catch (Exception e){
            log.error("connect slave fail, {}", e.getMessage());
            return ResponseMessage.error(e.getMessage());
        }
    }

    private ModbusTcpMaster checkConnectSlave() {
        return modbusMasterUtil.getModbusTcpMaster();
    }

    public ResponseMessage readHoldingRegisters(SlaveDto slaveDto) throws ExecutionException, InterruptedException {
        if (checkConnectSlave() == null) return ResponseMessage.error("not connect slave");

        CompletableFuture<int[]> registerFuture = modbusMasterUtil.readHoldingRegisters(slaveDto.getSlaveId(), slaveDto.getAddress(), slaveDto.getQuantity());
        int[] registerValues = registerFuture.get();
        if (registerFuture == null) return ResponseMessage.error("Read exception, please check json parameters");
        log.info("readHoldingRegisters info={}", Arrays.toString(registerValues));
        return ResponseMessage.ok(registerValues);
    }

    public ResponseMessage writeSingleRegister(WriteSlaveDto wsDto) {
        if (checkConnectSlave() == null) return ResponseMessage.error("not connect slave");

        modbusMasterUtil.writeSingleRegister(wsDto.getSlaveId(), wsDto.getAddress(), wsDto.getValue());
        return ResponseMessage.ok();
    }

    public ResponseMessage writeMultipleRegisters(WriteSlaveDto wsDto) {
        if (checkConnectSlave() == null) return ResponseMessage.error("not connect slave");

        if(wsDto.getValues().length != wsDto.getQuantity()) return ResponseMessage.error("quantity error");

        modbusMasterUtil.writeMultipleRegisters(wsDto.getSlaveId(), wsDto.getAddress(), wsDto.getQuantity(), wsDto.getValues());
        return ResponseMessage.ok();
    }
}

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    IP和Port就是一个常量类，写着Modbus默认的127.0.0.1和502

    Modbus Tcp的工具类为ModbusMasterUtil，这来自于网上的，还挺好用

    @Component
@Slf4j
public class ModbusMasterUtil {

    private ModbusTcpMaster modbusMaster = null;

    public ModbusTcpMaster getModbusTcpMaster() {
        return modbusMaster;
    }
 
    /**
     * 将两个int数拼接成为一个浮点数
     *
     * @param highValue 高16位数值
     * @param lowValue  低16位数值
     * @return 返回拼接好的浮点数
     * @author huangji
     */
    public static float concatenateFloat(int highValue, int lowValue) {
        int combinedValue = ((highValue << 16) | (lowValue & 0xFFFF));
        return Float.intBitsToFloat(combinedValue);
    }
 
    public static int[] floatToIntArray(float floatValue) {
        int combinedIntValue = Float.floatToIntBits(floatValue);
        int[] resultArray = new int[2];
        resultArray[0] = (combinedIntValue >> 16) & 0xFFFF;
        resultArray[1] = combinedIntValue & 0xFFFF;
        return resultArray;
    }
 
    /**
     * 将传入的boolean[]类型数组按位转换成byte[]类型数组
     *
     * @param booleans 传入的boolean数组
     * @return 返回转化后的 byte[]
     * @author huangji
     */
    public static byte[] booleanToByte(boolean[] booleans) {
        BitSet bitSet = new BitSet(booleans.length);
        for (int i = 0; i < booleans.length; i++) {
            bitSet.set(i, booleans[i]);
        }
        return bitSet.toByteArray();
    }
 
    /**
     * 将传入的int[]类型数组转换成为byte[]类型数组
     *
     * @param values 传入的int[]数组
     * @return 返回 byte[]类型的数组
     * @author huangji
     */
    public static byte[] intToByte(int[] values) {
        byte[] bytes = new byte[values.length * 2];
        for (int i = 0; i < bytes.length; i += 2) {
            bytes[i] = (byte) (values[i / 2] >> 8 & 0xFF);
            bytes[i + 1] = (byte) (values[i / 2] & 0xFF);
        }
        return bytes;
    }
 
    /**
     * 根据传入的ip地址，创建modbus连接器
     *
     * @param ipAddr ip地址
     * @return 创建连接器，并进行连接，之后返回此连接器
     * @author huangji
     */
    public CompletableFuture<ModbusTcpMaster> createModbusConnector(String ipAddr) {
        return createModbusConnector(ipAddr, ModbusClientConstants.TCP_PORT);
    }
 
    /**
     * 根据传入的ip地址，创建modbus连接器
     *
     * @param ipAddr ip地址
     * @param port   端口号
     * @return 创建连接器，并进行连接，之后返回此连接器
     * @author huangji
     */
    public CompletableFuture<ModbusTcpMaster> createModbusConnector(String ipAddr, int port) {
        return createModbusConnector(new ModbusNetworkAddress(ipAddr, port));
    }
 
    /**
     * 根据传入的ModbusNetworkAddress\引用，创建modbus连接器
     *
     * @param modbusNetworkAddress ModbusNetworkAddress类型的实体对象引用
     * @return 创建连接器，并进行连接，之后返回此连接器
     * @author huangji
     */
    public CompletableFuture<ModbusTcpMaster> createModbusConnector(ModbusNetworkAddress modbusNetworkAddress) {
        String ipAddr = modbusNetworkAddress.getIpAddr();
        int port = modbusNetworkAddress.getPort();
        if (modbusMaster == null) {
            ModbusTcpMasterConfig masterConfig = new ModbusTcpMasterConfig.Builder(ipAddr).setPort(port).setTimeout(Duration.parse(ModbusClientConstants.TIMEOUT_DURATION)).setPersistent(true).setLazy(false).build();
            modbusMaster = new ModbusTcpMaster(masterConfig);
        }
        return modbusMaster.connect();
    }
 
    public void setBooleanArray(short unsignedShortValue, int[] array, int index, int size) {
        for (int i = index; i < index + size; i++) {
            array[i] = (unsignedShortValue & (0x01 << (i - index))) != 0 ? 1 : 0;
        }
    }
 
    /**
     * 异步方法，读取modbus设备的线圈值，对应功能号01
     *
     * @param slaveId  设备id
     * @param address  要读取的寄存器地址
     * @param quantity 要读取的寄存器数量
     * @return 返回 CompletableFuture
     * @author huangji
     */
    public CompletableFuture<int[]> readCoils(int slaveId, int address, int quantity) {
        CompletableFuture<ReadCoilsResponse> futureResponse = modbusMaster.sendRequest(new ReadCoilsRequest(address, quantity),
                slaveId);
        return futureResponse.handle((response, ex) -> {
            if (ex != null) {
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return null;
            } else {
                ByteBuf byteBuf = response.getCoilStatus();
                int[] values = new int[quantity];
                int minimum = Math.min(quantity, byteBuf.capacity() * 8);
                for (int i = 0; i < minimum; i += 8) {
                    setBooleanArray(byteBuf.readUnsignedByte(), values, i, Math.min(minimum - i, 8));
                }
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return values;
            }
        });
    }
 
    /**
     * 异步方法，读取modbus设备的离散输入值，对应功能号02
     *
     * @param slaveId  设备id
     * @param address  要读取的寄存器地址
     * @param quantity 要读取的寄存器数量
     * @return 返回 CompletableFuture
     * @author huangji
     */
    public CompletableFuture<int[]> readDiscreteInputs(int slaveId, int address, int quantity) {
        CompletableFuture<ReadDiscreteInputsResponse> futureResponse = modbusMaster.sendRequest(new ReadDiscreteInputsRequest(address, quantity),
                slaveId);
        return futureResponse.handle((response, ex) -> {
            if (ex != null) {
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return null;
            } else {
                ByteBuf byteBuf = response.getInputStatus();
                int[] values = new int[quantity];
                int minimum = Math.min(quantity, byteBuf.capacity() * 8);
                for (int i = 0; i < minimum; i += 8) {
                    setBooleanArray(byteBuf.readUnsignedByte(), values, i, Math.min(minimum - i, 8));
                }
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return values;
            }
        });
    }

    /**
     * 异步方法，读取modbus设备的保持寄存器值，对应功能号03
     *
     * @param slaveId  设备id
     * @param address  要读取的寄存器地址
     * @param quantity 要读取的寄存器数量
     * @return 返回 CompletableFuture
     * @author huangji
     */
    public CompletableFuture<int[]> readHoldingRegisters(int slaveId, int address, int quantity) {
        CompletableFuture<ReadHoldingRegistersResponse> futureResponse = modbusMaster.sendRequest(new ReadHoldingRegistersRequest(address, quantity),
                slaveId);
        return futureResponse.handle((response, ex) -> {
            if (ex != null) {
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return null;
            } else {
                ByteBuf byteBuf = response.getRegisters();
                int[] values = new int[quantity];
                for (int i = 0; i < byteBuf.capacity() / 2; i++) {
                    values[i] = byteBuf.readUnsignedShort();
                }
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return values;
            }
        });
    }

    /**
     * 异步方法，读取modbus设备的输入寄存器值，对应功能号04
     *
     * @param slaveId  设备id
     * @param address  要读取的寄存器地址
     * @param quantity 要读取的寄存器数量
     * @return 返回 CompletableFuture
     * @author huangji
     */
    public CompletableFuture<int[]> readInputRegisters(int slaveId, int address, int quantity) {
        CompletableFuture<ReadInputRegistersResponse> futureResponse = modbusMaster.sendRequest(new ReadInputRegistersRequest(address, quantity),
                slaveId);
        return futureResponse.handle((response, ex) -> {
            if (ex != null) {
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return null;
            } else {
                ByteBuf byteBuf = response.getRegisters();
                int[] values = new int[quantity];
                for (int i = 0; i < byteBuf.capacity() / 2; i++) {
                    values[i] = byteBuf.readUnsignedShort();
                }
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return values;
            }
        });
    }
 
    /**
     * 异步方法，写入单个线圈的数值，对应功能号05
     *
     * @param slaveId 设备id
     * @param address 要读取的寄存器地址
     * @param value   要写入的boolean值
     * @return 返回 CompletableFuture
     * @author huangji
     */
    public CompletableFuture<Boolean> writeSingleCoil(int slaveId, int address, boolean value) {
        CompletableFuture<WriteSingleCoilResponse> futureResponse = modbusMaster.sendRequest(new WriteSingleCoilRequest(address, value),
                slaveId);
        return futureResponse.handle((response, ex) -> {
            if (ex != null) {
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return false;
            } else {
                boolean responseValue = response.getValue() != 0;
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return responseValue == value;
            }
        });
    }
 
    /**
     * 异步方法，写入单个寄存器的数值，对应功能号06
     *
     * @param slaveId 设备id
     * @param address 要读取的寄存器地址
     * @param value   要写入的值
     * @return 返回 CompletableFuture
     * @author huangji
     */
    public CompletableFuture<Boolean> writeSingleRegister(int slaveId, int address, int value) {
        CompletableFuture<WriteSingleRegisterResponse> futureResponse = modbusMaster.sendRequest(new WriteSingleRegisterRequest(address, value),
                slaveId);
        return futureResponse.handle((response, ex) -> {
            if (ex != null) {
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return false;
            } else {
                int responseValue = response.getValue();
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return responseValue == value;
            }
        });
    }
 
    /**
     * 异步方法，写入多个线圈的数值，对应功能号15
     *
     * @param slaveId  设备id
     * @param address  要写入的寄存器地址
     * @param quantity 要写入的寄存器个数
     * @param values   要写入的boolean[]
     * @return 返回 CompletableFuture
     * @author huangji
     */
    public CompletableFuture<Boolean> writeMultipleCoils(int slaveId, int address, int quantity, boolean[] values) {
        byte[] bytes = booleanToByte(values);
        CompletableFuture<WriteMultipleCoilsResponse> futureResponse = modbusMaster.sendRequest(new WriteMultipleCoilsRequest(address, quantity, bytes),
                slaveId);
        return futureResponse.handle((response, ex) -> {
            if (ex != null) {
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return false;
            } else {
                int responseQuantity = response.getQuantity();
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return values.length == responseQuantity;
            }
        });
    }
 
    /**
     * 异步方法，写入多个寄存器的数值，对应功能号16
     *
     * @param slaveId  设备id
     * @param address  要写入的寄存器地址
     * @param quantity 要写入的寄存器个数
     * @param values   要写入的int[]
     * @return 返回 CompletableFuture
     * @author huangji
     */
    public CompletableFuture<Boolean> writeMultipleRegisters(int slaveId, int address, int quantity, int[] values) {
        byte[] bytes = intToByte(values);
        CompletableFuture<WriteMultipleRegistersResponse> futureResponse = modbusMaster.sendRequest(new WriteMultipleRegistersRequest(address, quantity, bytes),
                slaveId);
        return futureResponse.handle((response, ex) -> {
            if (ex != null) {
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return false;
            } else {
                int responseQuantity = response.getQuantity();
                ReferenceCountUtil.release(response);
                return values.length == responseQuantity;
            }
        });
    }
 
    /**
     * 关闭连接器并释放相关资源
     *
     * @author huangji
     */
    public void disposeModbusConnector() {
        if (modbusMaster != null) {
            modbusMaster.disconnect();
        }
        Modbus.releaseSharedResources();
    }
 
}

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    二、调试

    首先要在Modbus Slave工具点击Connect进行连接，随便输入一些数字，然后发送请求；

    注：可以先用connect_slave接口发送请求建立平台与设备的连接

    (1) 读数据

    在这里插入图片描述

    (2) 向寄存器写单个数据

    在这里插入图片描述

    (3) 向寄存器写多个数据

    在这里插入图片描述

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