Modbus RTU（Remote Terminal Unit）是一种在工业环境中广泛使用的串行通信协议。它基于 Modbus 协议的一种实现，通过串行线（如 RS-232 或 RS-485）进行通信，主要用于设备间的简单通信。由于其开放性、简单性和广泛的支持，Modbus RTU 成为了工业通信中的事实标准之一。
基本概念
Modbus RTU 帧结构 ：每个 Modbus RTU 消息帧以设备地址开始，后跟功能码、数据、以及一个循环冗余检查（CRC）校验码结束。设备地址标识了网络上的特定设备，功能码指定了要执行的操作（如读取数据、写入数据等），数据部分包含了指令或指令的回复，CRC 校验码用于检测传输错误。
主站 / 从站模式 ：Modbus RTU 采用主站 / 从站（或主从）模式。在任何给定的 Modbus 网络中，有一个设备充当主站，负责发起请求。其余设备作为从站，响应主站的请求。每个从站设备都有一个唯一的地址。
串行通信 ：Modbus RTU 通过串行通信端口进行数据传输，典型的接口是 RS-232 或 RS-485。RS-485 尤其受到欢迎，因为它支持长距离通信和多设备网络。
功能码
Modbus RTU 定义了一系列功能码，用于读取和写入数据，以及进行设备控制。这些功能码包括但不限于：
读取线圈状态（01）：读取从站的一组数字输出（线圈）的状态。
读取输入状态（02）：读取从站的一组数字输入的状态。
读取保持寄存器（03）：读取从站的一组保持寄存器中的值，这些寄存器可以由主站读写。
读取输入寄存器（04）：读取从站的一组输入寄存器中的值，这些寄存器只能由主站读取。
写单个线圈（05）：写一个数字输出（线圈）的状态。
写单个寄存器（06）：写单个保持寄存器的值。
通信流程
请求 ：主站发送一个请求给从站，请求中包括从站的地址、一个功能码、以及根据所请求操作的需要可能包含的数据。
处理 ：从站接收到请求后，解析功能码并执行相应的操作。
响应 ：从站处理完请求后，回送一个响应给主站。响应可能包含所请求的数据或执行操作的结果。
错误处理 ：如果请求不能被正确执行，从站会返回一个错误响应，其中包含错误码指示问题所在。
在 Modbus RTU 通信协议中，从机通常是执行实际控制任务的物理设备，比如传感器、执行器、PLCs（可编程逻辑控制器）等。下面我将列举几个常用的从机类型，并提供各种功能码的请求与回复例子，同时解释报文中的含义。
常用从机类型
温度传感器 ：用于测量温度，通常会通过保持寄存器或输入寄存器提供测量值。
电机控制器 ：用于控制电机的启动、停止和速度调节，可能会使用线圈进行开 / 关控制和保持寄存器来设置参数。
PLC：可编程逻辑控制器，用于自动化控制生产过程，可以通过 Modbus RTU 读写其输入 / 输出接口和参数设置。
变频器 ：用于调节电机的速度，通过读写保持寄存器来设置和读取运行参数。
功能码的请求与回复例子
读取保持寄存器（功能码 03）
请求 ：从主站读取从站保持寄存器的值。例如，主站请求从一个 PLC（设备地址为 01）的保持寄存器开始，读取 3 个寄存器的值。
请求报文示例：01 03 00 64 00 03 76 87
01：从站地址。
03：功能码，表示读取保持寄存器。
00 64：起始寄存器地址（100）。
00 03：要读取的寄存器数量（3 个）。
76 87：CRC 校验码。
回复 ：从站回复所请求的保持寄存器的值。
回复报文示例：01 03 06 00 0A 01 2B 00 0C 45 E8
01：从站地址。
03：功能码。
06：字节计数（读取 3 个寄存器，每个寄存器 2 字节，共 6 字节）。
00 0A：第一个寄存器的值（10）。
01 2B：第二个寄存器的值（299）。
00 0C：第三个寄存器的值（12）。
45 E8：CRC 校验码。
写单个寄存器（功能码 06）
请求 ：主站设置从站单个保持寄存器的值。例如，主站设置一个温度控制器（设备地址为 02）的目标温度。
请求报文示例：02 06 00 01 04 D2 F8 14
02：从站地址。
06：功能码，表示写单个寄存器。
00 01：寄存器地址（1）。
04 D2：要写入的值（1234，假设这是一个温度值）。
F8 14：CRC 校验码。
回复 ：从站确认写入的寄存器地址和值。
回复报文示例：02 06 00 01 04 D2 F8 14
报文结构与请求相同，确认已正确写入值。
这些例子展示了 Modbus RTU 协议中请求与回复报文的结构和含义。通过这些例子，可以看到 Modbus RTU 协议在工业通信中的灵活性和实用性，允许主站与从站之间进行高效的数据交换。
通信设置
Modbus RTU 通信设置包括波特率（例如 9600 或 19200 bps）、数据位（通常是 8 位）、停止位（1 或 2 位）、以及奇偶校验（无、奇校验或偶校验）。这些参数必须在通信设备间事先协商一致。
应用场景
Modbus RTU 广泛应用于各种工业自动化系统，如 PLC（可编程逻辑控制器）、温度控制器、变频器、传感器网络等。它使得不同制造商的设备能够通过标准化方式互相通信，极大地促进了工业设备的兼容性和互操作性。
总而言之，Modbus RTU 协议以其简单、高效和灵活的特点，在工业通信领域占据了重要地位。它不仅适用于小型简单系统，也能扩展以满足更复杂网络的需求。
