数据交互与消息优化：Air8000 Modbus通信消息设计之道

高效的数据交互离不开精心设计的通信消息。本章聚焦Air8000 Modbus数据区及消息帧的创建，解析寄存器地址定义、消息结构优化等要点，结合主从交互案例，分享提升通信效率与稳定性的实用技巧。

一、MODBUS 概述

Modbus 是一种广泛应用于工业自动化领域的串行通信协议，由 Modicon 公司（现为施耐德电气旗下）于 1979 年推出，主要用于可编程逻辑控制器（PLC）与工业设备之间的通信。其设计简单、开放、易于实现，成为工业通信的事实标准。

1. 1 核心特点

主从架构：由主设备（Master）发起请求，从设备（Slave）响应，支持单主或多从模式。

典型应用：一台工控机（主）与多个传感器/执行器（从）通信。

1.2 常用协议变体

Modbus RTU：基于二进制编码，通过串行接口（RS-232/RS-485）传输，紧凑高效。

Modbus ASCII：使用 ASCII 字符编码，可读性强但效率低。

Modbus TCP/IP：基于以太网，适用于现代工业网络。

协议类型对比：

1.3 数据模型

1.3.1 Modbus 定义四种数据类型，每种通过不同功能码访问：

线圈（Coils）：可读可写的布尔量（功能码 01 读，05 写单个，15 写多个）。

离散输入（Discrete Inputs）：只读布尔量（功能码 02 读）。

保持寄存器（Holding Registers）：可读可写的 16 位整数（功能码 03 读，06 写单个，16 写多个）。

输入寄存器（Input Registers）：只读的 16 位整数（功能码 04 读）。

1.3.2 简单报文结构

请求帧：功能码 + 数据地址 + 数据长度 + CRC 校验（RTU）或 TCP 头（Modbus TCP）。

响应帧：功能码 + 返回数据 + 校验。

1.4 优缺点

1.4.1 优点：

开放免费，兼容性强。

在多种电气接口（RS232、RS485）及多种通信介质（以太网，串行电路，蓝牙，wifi 等）中运行 。

报文帧简单紧凑。

1.4.2 缺点：

无内置安全机制（需依赖网络隔离或加密层）。

仅支持基础数据类型（需扩展协议处理浮点数等）。

二、演示功能概述

本篇文章演示的内容为：通过 RTU、ASCII 和 TCP 三种常用协议，Air8000 开发板作为主站（客户端）与从站连接通讯的过程，或开发板作为从站（服务器）与主站连接通讯的过程。

三、准备硬件环境

3.1 硬件准备

参考：硬件环境清单第二章节内容，准备以及组装好硬件环境。(硬件环境清单：https://docs.openluat.com/air8000/luatos/common/hwenv/)
485/232 转 USB：

网线：

3.2 开发板组合演示

3.2.1 RTU 协议和 ASCII 协议测试连接

3.2.2 TCP 协议测试连接

四、准备软件环境

在开始实践本示例之前，先筹备一下软件环境：

1. Luatools 工具；

2. LuatOS-SoC_V2014_Air8000_2；此页面有新版本固件的话选用最新版本固件。

3.LuatOS 需要的脚本和资源文件：https://gitee.com/openLuat/LuatOS/tree/master/module/Air8000/demo/modbus

4.lib 脚本文件：使用 Luatools 烧录时，勾选 添加默认 lib 选项，使用默认 lib 脚本文件；

准备好软件环境之后，接下来查看（如何烧录项目文件到 Air8000 开发板中：https://docs.openluat.com/air8000/luatos/common/download/），将本篇文章中演示使用的项目文件烧录到 Air8000 开发板中。

5.上位机下位机模拟软件：https://gulink.cn/

5.1 API 接口介绍
https://docs.openluat.com/osapi/core/modbus/

5.2 代码解析

5.2.1 RTU

5.2.1.1 MASTER_RTU

1.初始化通讯串口

2.Modbus 主站创建

3.添加从站

4.创建数据区和通信消息

5.启动 Modbus 设备

6.定时状态检查

7.数据读取并转化为 json

5.2.1.2 SLAVE_RTU

1.初始化设置

2.Modbus 从站创建：创建了一个 RTU 模式的 Modbus 从站，添加了两个数据块：保持寄存器区和线圈区

3.启动 modbus 从站

4.数据更新

5.2.1 ASCII

5.2.2.1 MASTER_ASCII

1.初始化通讯串口

2.Modbus 主站创建

3.添加从站

4.创建数据区和通信消息

5.启动 Modbus 设备

6.定时状态检查

7.数据读取并转化为 json

5.2.2.2 SLAVE_ASCII

1.初始化设置

2.Modbus 从站创建：创建了一个 RTU 模式的 Modbus 从站，添加了两个数据块：保持寄存器区和线圈区

3.启动 modbus 从站

4.数据更新

5.2.3 TCP

5.2.3.1 MASTER_TCP

1.初始化

2.SPI 和以太网驱动初始化

3.创建主站

4.添加从站

5.创建数据请求消息

6.启动 Modbus 主站

7.从站状态监控

8.数据处理

5.2.3.2 SLAVE_TCP

1.网络硬件初始化

2.SPI 和网络驱动初始化

3.等待网络连接

4.IP 地址配置

5.DHCP 和 DNS 服务

6.系统监控任务

7.创建 Modbus TCP 从站

8.创建数据存储区

9.启动 Modbus 从站

10.定时数据更新

六、运行结果展示

6.1 RTU 协议运行结果

6.1.1 modbus.master_rtu

6.1.1.1 完整代码展示

6.1.1.2 效果展示

1.打开 MThings（第四章中 第五项提到的上位机下位机软件 摩尔信使），界面如下。

2.点击右上角进入通道管理。

3.点击通道管理。

4.进入后可以看到 4 个 com 口，选择 485 通道的 com 口进行配置。

由设备管理器可知 485 通道是 com20

5.点入配置，按照代码中 uart.setup 设置参数后，点击确定即可，设置完毕后在通道管理界面配置的通道显示属于正常状态,用户如果接的是自己的下位机，请将 uart.setup 传入的参数成自己下位机的配置参数。

6.返回初始界面，点击添加设备。

7.通道选择刚刚配置过的 485 通道 COM20，设备类型是模拟从机，地址是添加从站的 id。

8.增加数据配置，数据条目是寄存器的数量。

点击确定后可以看到增加了 4 个条目，双击数值一栏，然后再双击固定值一栏即可按需选择模拟数据的方法。

9.数据配置完成后，在主界面可以看到数值按照设置的通讯时间间隔开始变换，在日志中也可以看到收到的数据，modbus 连接和通讯成功。

6.1.2 modbus.slave_rtu

6.1.2.1 完整代码展示

6.1.2.2 效果展示
1.打开 MThings（第四章中 第五项提到的上位机下位机软件 摩尔信使），界面如下。

2.点击右上角进入通道管理。

3.点击通道管理。

4.进入后可以看到 4 个 com 口，选择 485 通道的 com 口进行配置。

由设备管理器可知 485 通道是 com20

5.点入配置，按照代码中 uart.setup 设置参数后,选择 RTU 传输协议，点击确定即可，设置完毕后在通道管理界面配置的通道显示属于正常状态。用户如果接的是自己的下位机，请将 uart.setup 传入的参数成自己下位机的配置参数。

6.返回初始界面，点击添加设备。

7.通道选择刚刚配置过的 485 通道 COM20，设备类型是模拟主站，地址是创建从站的 id。

8.增加数据配置，根据需要选择读取的寄存器与线圈数据。

9.添加成功后，双击数值栏就可以获取目前从站的数据了，开发板做从站和主站连接通讯成功。

6.2 ASCII 协议运行结果

6.2.1 modbus.master_ascii

6.2.1.1 完整代码展示

6.2.1.2 效果展示

1.打开 MThings（第四章中 第五项提到的上位机下位机软件 摩尔信使），界面如下。

2.点击右上角进入通道管理。

3.点击通道管理。

4.进入后可以看到 4 个 com 口，选择 485 通道的 com 口进行配置。

由设备管理器可知 485 通道是 com20

5.点入配置，按照代码中 uart.setup 设置参数后，选择 ASCII 传输协议，点击确定即可，设置完毕后在通道管理界面配置的通道显示属于正常状态。用户如果接的是自己的下位机，请将 uart.setup 传入的参数成自己下位机的配置参数。

6.返回初始界面，点击添加设备。

7.通道选择刚刚配置过的 485 通道 COM20，设备类型是模拟从机，地址是添加从站的 id。

8.增加数据配置，数据条目是寄存器的数量。

点击确定后可以看到增加了 4 个条目，双击数值一栏，然后再双击固定值一栏即可按需选择模拟数据的方法

9.数据配置完成后，在主界面可以看到数值按照设置的通讯时间间隔开始变换，在日志中也可以看到收到的数据，modbus 连接和通讯成功。

6.2.2 modbus.slave_ascii

6.2.2.1 完整代码展示

6.2.2.2 效果展示

1.打开 MThings（第四章中 第五项提到的上位机下位机软件 摩尔信使），界面如下。

2.点击右上角进入通道管理。

3.点击通道管理。

4.进入后可以看到 4 个 com 口，选择 485 通道的 com 口进行配置。

由设备管理器可知 485 通道是 com20

5.点入配置，按照代码中 uart.setup 设置参数后，选择 ASCII 传输协议，点击确定即可，设置完毕后在通道管理界面配置的通道显示属于正常状态。用户如果接的是自己的下位机，请将 uart.setup 传入的参数成自己下位机的配置参数。

6.返回初始界面，点击添加设备。

7.通道选择刚刚配置过的 485 通道 COM20，设备类型是模拟主站，地址是创建从站的 id。

8.增加数据配置，根据需要选择读取的寄存器与线圈数据。

9.添加成功后，双击数值栏就可以获取目前从站的数据了，开发板做从站和主站连接通讯成功。

6.3 TCP 协议运行结果

6.3.1 modbus.master_tcp

6.3.1.1 完整代码展示

mian.lua

lan.lua

6.3.1.2 效果展示

1.打开 MThings（第四章中 第五项提到的上位机下位机软件 摩尔信使），界面如下。

2.点击右上角进入通道管理。

3.点击通道管理。

4.进入后选择网络通道，然后进行网络参数配置。

5.连接模式选择 tcp 服务器，本地 ip 在把脚本烧录后可以看到开发板分配的 ip，端口号设置为代码中 mb_slave1 = modbus.add_slave(mb_tcp, 1, "192.168.4.100", 6000)创建从站的端口号。

6.返回初始界面，点击添加设备。

7.通道选择刚刚配置的 NET001 网络通道，设备类型是模拟从机，地址是创建从站的 id。

8.增加数据配置，根据需要选择寄存器或线圈数据。

9.点击确定后可以看到增加了 4 个条目，双击数值一栏，然后再双击固定值一栏即可按需选择模拟数据的方法。

10.设置完成后则可以看到模拟从机数据开始变化，日志上显示开发板获取数据，主站与从站连接通讯成功。

6.3.2 modbus.slave_tcp

6.3.2.1 完整代码展示

main.lua

lan.lua

6.3.2.2 效果展示

1.打开 MThings（第四章中 第五项提到的上位机下位机软件 摩尔信使），界面如下。

2.点击右上角进入通道管理。

3.点击通道管理。

4.进入后选择网络通道，然后进行网络参数配置。

5.连接模式选择 tcp 客户端，本地 ip 在把脚本烧录后可以看到开发板分配的 ip，目标 ip 是开发板的 IP，为 192.168.4.1，目标端口号为脚本中 mb_tcp_s = modbus.create_slave(modbus.MODBUS_TCP, slave_id, 6000, socket.LWIP_ETH)设置的。

6.返回初始界面，点击添加设备。

7.通道选择刚刚配置的 NET001 网络通道，设备类型是模拟主站，地址是创建从站的 id。

8.增加数据配置，根据需要选择寄存器或线圈数据。

9.点击数值栏获取到从站寄存器和线圈的数据，主站与从站连接与通讯成功。

七、总结

本教程演示了 Air8000 modbus 在 RTU、ASCII 和 TCP 三种协议下的使用过程，请根据具体场景选择您需要的 demo 即可。

八、常见问题

1.删除从站地址和句柄位删除失败

删除失败可能是主站为关闭，删除从站需要在主站关闭后，删除后可再次打开主站观察从站是否删除成功。

2.开发板用 TCP 协议，如何修改开发板与 PC 端的连接方式

在 lan.lua 中修改 socket API。

今天的内容就分享到这里了！