使用Spring Boot集成Modbus进行设备通信

摘要：
在自动化和工业控制系统中，设备之间的高效通信是基础且关键的要素。本文旨在介绍如何通过Spring Boot集成Modbus，实现高效的设备通信。Modbus是一种广泛应用于工业自动化领域的串行通信协议，特别适合于监控和控制系统。我们将探讨Modbus的核心概念、其在Spring Boot中的实现方法，以及如何通过这种集成读写设备数据。

Modbus协议概述：
Modbus是由Modicon公司开发的一种通信协议，主要用于可编程逻辑控制器（PLC）之间的通信。它以其简单性、实时性和作为开放标准的互操作性而著称。Modbus支持多种形式，包括Modbus RTU、Modbus ASCII和基于以太网的Modbus TCP/IP，能够满足不同的通信需求。

集成Spring Boot和Modbus：
在Spring Boot应用中集成Modbus主要涉及以下几个步骤：

1. 依赖配置： 在项目的pom.xml文件中添加Java Modbus Library的依赖，以便实现Modbus通信。

<dependency>
    <groupId>com.intelligt.modbus</groupId>
    <artifactId>modbus-core</artifactId>
    <version>1.2.0</version>
</dependency>

1. Modbus配置： 创建一个配置类，配置Modbus主站（Master）的连接信息，如串口路径、波特率等。

import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class ModbusConfig {

    @Value("${modbus.serialPort}")
    private String serialPort;

    @Value("${modbus.baudRate}")
    private int baudRate;

    @Value("${modbus.dataBits}")
    private int dataBits;

    @Value("${modbus.stopBits}")
    private int stopBits;

    @Value("${modbus.parity}")
    private int parity;

    // ...其他配置参数

    @Bean
    public ModbusMaster modbusMaster() {
        ModbusFactory modbusFactory = new ModbusFactory();
        Transport transport = new SerialTransport(serialPort, baudRate, dataBits, stopBits, parity);
        ModbusMaster master = modbusFactory.createRtuMaster(transport);
        master.init();
        return master;
    }
}

1. 数据读写： 实现Service类，封装读取和写入Modbus设备数据的方法。通过调用这些方法，可以实现对Modbus从站（Slave）的读取和控制。

@Service
public class ModbusService {

    @Autowired
    private ModbusMaster modbusMaster;

    public int readHoldingRegister(int slaveId, int offset) {
        try {
            //创建一个保持寄存器的数据定位器（Locator）对象
            BaseLocator<Integer> locator = BaseLocator.holdingRegister(slaveId, offset, DataType.TWO_BYTE_INT_SIGNED);
            return modbusMaster.getValue(locator);
        } catch (ModbusTransportException | ErrorResponseException e) {
            e.printStackTrace();
            return -1;
        }
    }
}

示例应用：
我们将展示一个简单的应用示例，展示如何通过Spring Boot读取Modbus设备的保持寄存器数据。这涉及到创建数据定位器（Locator）和执行Modbus读取命令。

参数说明：

1. slaveId：这是 Modbus 通信中的从站地址。每个 Modbus 从站设备都有一个唯一的地址，通常在 1 到 247 之间。slaveId 参数用于指定要与之通信的目标从站设备的地址。通常，Modbus 主站向特定的从站设备发送请求，从站设备根据其地址来判断是否需要响应请求。因此，slaveId 参数指定了通信的目标。
2. offset：这个参数用于指定要读取的保持寄存器的起始地址。Modbus 协议中的寄存器通常是一个 16 位的数据单元，可以存储整数、浮点数或其他数据类型。offset 参数表示从哪个寄存器开始读取数据。通过指定 offset，您可以确定要读取的寄存器的位置。

例如，如果您调用 readHoldingRegister(1, 100)，这表示要读取从站地址为 1 的设备的保持寄存器，从寄存器地址 100 开始读取数据。这两个参数共同确定了要读取的寄存器的位置和目标设备。通常，您会根据特定的从站设备配置和通信需求来传递不同的 slaveId 和 offset 值，以实现对不同设备和不同寄存器的读取操作。这两个参数是 Modbus 通信中的关键参数，用于指定通信的目标和数据的位置。

写入Modbus数据

如果需要写入Modbus设备的数据，可以创建一个方法来执行写入操作。以下是一个示例：

public void writeHoldingRegister(int slaveId, int offset, int value) {
    //slaveId：这是 Modbus 通信中的从站地址
    //offset：用于指定要写入的保持寄存器的起始地址
    //value：这是要写入到指定寄存器的数值
    try {
        BaseLocator<Integer> locator = BaseLocator.holdingRegister(slaveId, offset, DataType.TWO_BYTE_INT_SIGNED);
        modbusMaster.setValue(locator, value);
    } catch (ModbusTransportException | ErrorResponseException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

这个方法允许您写入Modbus保持寄存器的值。

配置文件

根据项目需要，您可以在application.properties或application.yml中配置Modbus连接信息，例如串口设备路径、波特率等。以下是一个示例YAML配置：

modbus:
  #串口设备路径
  serialPort: /dev/ttyUSB0
  #波特率
  baudRate: 9600
  #数据位数
  dataBits: 8
  #停止位数
  stopBits: 1
  #校验位，例如0（0表示无校验，1表示奇校验，2表示偶校验）
  parity: 0

结论：
集成Spring Boot与Modbus为开发人员提供了一个强大且灵活的平台，用于构建和管理工业通信系统。通过本文提供的方法和示例，您可以快速开始实现基于Modbus的设备通信。