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九,Linux C++ modbus 编程读取温湿度传感器数据

  • 2026-10-11 06:30:53
九,Linux C++ modbus 编程读取温湿度传感器数据
本节课学习Linux C++ 环境下的modbus协议编程。通过RS485连接温湿度传感器,然后使用modbus协议读取温湿度。
开始编程前,我们先来学习一下modbus的理论知识。
Modbus的核心特点是:开源免费:协议标准公开,无需授权费用,这是它广泛流行的关键原因。主从架构:通信由主设备 发起,从设备 响应。从设备不会主动发送数据。简单易用:协议格式简单,易于开发和集成,几乎所有的工控设备(如 PLC、DCS、传感器、变频器)都支持。应用层协议:它定义了数据的结构、含义和访问方式,不依赖于具体的物理层。简单来说,Modbus 解决了工业现场不同厂商设备之间“说同一种语言”的问题,让一个控制器(主站)可以读取和修改多个现场设备(从站)的数据。
在深入了解协议结构之前,理解Modbus协议如何组织和存储设备数据是至关重要的。Modbus协议抽象出四种不同的基本类型,每种数据类型都有独立的地址空间。四种类型的描述如下表所示:
Modbus在不同物理链路中的特性如下:
三种数据帧格式如下所示
*虽然modbus的帧格式是固定的,但是不同的传感器通信格式各异,我们在开发过程中需要查阅传感器手册,根据手册开发。
比如在我们的gitcode代码仓库中存放了温湿度传感器手册,我们需要根据手册进行实际开发。传感器在协议的封装上差异是很大的,大到同样都是温湿度传感器,不同厂家生产的协议都是有区别的。
在modbus开发中,我们可以自己撸一套modbus代码,但是我们的系统和SDK中有现成的libmodbus库,我们直接使用就好。
我们使用的传感器是支持modbus RTU协议的,我们使用modbus RTU格式开发即可,但是我们需要先知道协议中的参数,所以我们先查看一下传感器手册,找到协议参数部分。比如:
通过下面的信息我们可以确定串口配置参数
通过下面信息我们可以确定到哪个寄存器读取哪些参数,比如第一个寄存器是温度,第二个寄存器是湿度。每个寄存器是uint16。读取的数据除以10就是真实的数据。
通过下面的信息我们可以确定modbus RTU的数据格式。
重点是04功能码的读取
确定传感器的相关参数后,我们开始使用libmodbus库开发。借助AI帮我们写代码,提示词:
Linux C++ 编程,使用libmodbus库读取温湿度传感器数据,传感器支持modbus RTU。从站地址是01,功能码是04,寄存器起始地址是0000,寄存器个数是2
硬件连接:我们把温湿度的RS485接口与开发板的RS485-1连接
上点难度!
我们读取温湿度的频率可能是一秒一次或两次,也就是说我们要把进程sleep 500ms或者1000ms。如果说系统只干这一个活那没什么违和感,但是我们的开发板是8核的,不可能只干一个事,我们的程序一旦进入sleep那大家都得等这个timer超时,那些不能被暂停的任务直接疯了。所以对于这种硬件操作的任务我们最好起一个线程来干这事。结合我们前面的多线程课程,我们这节课通过modbus 485读取温湿度的任务放在一个线程中来完成。仓库中的工程名为:cpp_serialmodbus 。
libmodbus库的使用过程也是5步,代码中有注释,注意总结。
下面是代码:
#include<iostream>#include<thread>#include<csignal>#include<unistd.h>#include<modbus/modbus.h>using namespace std;static int running_maincondition = 1;static int running_modbuscondition = 1;voidsignal_handler(int signum){    if (signum == SIGINT) {        std::cout << "\n收到 Ctrl+C,准备退出..." << std::endl;        running_maincondition = 0;        running_modbuscondition  = 0;    }}staticvoidth_func_sreialmodbus(){    // 1. 创建 Modbus RTU 上下文    // 参数:串口设备路径,波特率,校验位,数据位,停止位    // 校验位:'N'=无校验,'E'=偶校验,'O'=奇校验    modbus_t* ctx = modbus_new_rtu("/dev/ttyAS3", 9600, 'N', 8, 1);    if (ctx == nullptr) {        std::cerr << "无法创建 Modbus RTU 上下文" << std::endl;        return ;    }    // 2. 设置从站地址(Slave Address = 01)    int slave_id = 1;    if (modbus_set_slave(ctx, slave_id) == -1) {        std::cerr << "设置从站地址失败" << std::endl;        modbus_free(ctx);        return;    }    // 3. 连接 Modbus 设备    if (modbus_connect(ctx) == -1) {        std::cerr << "连接 Modbus 设备失败: " << modbus_strerror(errno) << std::endl;        modbus_free(ctx);        return;    }    // 可选:开启调试输出,便于排查问题    // modbus_set_debug(ctx, TRUE);    std::cout << "成功连接到 Modbus 从站设备,地址: " << slave_id << std::endl;    // 4. 读取输入寄存器(Input Register)    // 起始地址: 0x0000,读取1个寄存器,使用功能码 0x04    uint16_t regT_value[1] = {0};  // 存储1个寄存器的值(16位)    // int rt = modbus_read_input_registers(ctx, 0x0000, 1, regT_value);//0x04    int rt = modbus_read_registers(ctx, 0x0000, 1, regT_value);//0x03    if (rt == -1) {        std::cerr << "读取输入寄存器失败: " << modbus_strerror(errno) << std::endl;        modbus_close(ctx);        modbus_free(ctx);        return;    }    // 5. 输出读取结果    std::cout << "读取成功!共读取 " << rt << " 个寄存器" << std::endl;    std::cout << "寄存器地址 0x0000 的值: "<<regT_value[0]<<"(0x"<<std::hex<<regT_value[0]<< std::dec<<")"<< std::endl;    uint16_t regH_value[1] = {0};  // 存储1个寄存器的值(16位    // int rh = modbus_read_input_registers(ctx, 0x0001, 1, regH_value);//0x04    int rh = modbus_read_registers(ctx, 0x0001, 1, regH_value);//0x03    if (rh == -1) {        std::cerr << "读取输入寄存器失败: " << modbus_strerror(errno) << std::endl;        modbus_close(ctx);        modbus_free(ctx);        return;    }    // 5. 输出读取结果    std::cout << "读取成功!共读取 " << rh << " 个寄存器" << std::endl;    std::cout << "寄存器地址 0x0001 的值: "<<regH_value[0]<<"(0x"<<std::hex<<regH_value[0]<< std::dec<<")"<< std::endl;    usleep(500000);    while (running_modbuscondition) {        // rt = modbus_read_input_registers(ctx, 0x0000, 1, regT_value);//0x04        rt = modbus_read_registers(ctx, 0x0000, 1, regT_value);//0x03        if (rt == -1) {            std::cerr << "读取输入寄存器失败: " << modbus_strerror(errno) << std::endl;            modbus_close(ctx);            modbus_free(ctx);            return;        }        // 5. 输出读取结果        std::cout << "读取温度成功!共读取 " << rt << " 个寄存器" << std::endl;        std::cout << "寄存器地址 0x0000 的值: "<<regT_value[0]<<"(0x"<<std::hex<<regT_value[0]<< std::dec<<")"<< std::endl;        // rh = modbus_read_input_registers(ctx, 0x0001, 1, regH_value);//0x04        rh = modbus_read_registers(ctx, 0x0001, 1, regH_value);//0x03        if (rh == -1) {            std::cerr << "读取输入寄存器失败: " << modbus_strerror(errno) << std::endl;            modbus_close(ctx);            modbus_free(ctx);            return;        }        // 5. 输出读取结果        std::cout << "读取湿度成功!共读取 " << rh << " 个寄存器" << std::endl;        std::cout << "寄存器地址 0x0001 的值: "<<regH_value[0]<<"(0x"<<std::hex<<regH_value[0]<< std::dec<<")"<< std::endl;        std::cout << " "<<endl;        usleep(500000);    }}intmain(){    cout << "Hello Serial Modbus !" << endl;    struct sigaction sa;    sa.sa_handler = signal_handler;    sigemptyset(&sa.sa_mask);    sa.sa_flags = 0;    // 注册 SIGINT 处理函数    if (sigaction(SIGINT, &sa, nullptr) == -1) {        perror("sigaction");        return 1;    }    thread *ptr_thread_serialmodbus = nullptr;    ptr_thread_serialmodbus = new thread(th_func_sreialmodbus);    if(ptr_thread_serialmodbus != nullptr)    {        cout << "thread running ..."<<endl;    }    else    {        cout << "thread error.stoped !"<<endl;        ptr_thread_serialmodbus->join();        delete ptr_thread_serialmodbus;        ptr_thread_serialmodbus = nullptr;    }    while (running_maincondition) {        sleep(1);    }    cout << "main stoped , waiting ptr_thread_serialmodbus stop ... "<<endl;    ptr_thread_serialmodbus->join();    cout << "All stoped , good bye ! "<<endl;    return 0;}
编译运行:
可以看到我办公室的温度是28.82度,湿度是79.92%。

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