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串口初始化是Modbus RTU通信穩定可靠的關鍵起點。本篇深入剖析Air8000開發板串口參數配置、初始化代碼實現及調試要點，結合master_rtu示例，分享實際操作中的經驗與避坑指南，讓您的RTU通信搭建牢固無憂。

一、MODBUS 概述

Modbus 是一種廣泛應用于工業自動化領域的串行通信協議，由 Modicon 公司（現為施耐德電氣旗下）于 1979 年推出，主要用于可編程邏輯控制器（PLC）與工業設備之間的通信。其設計簡單、開放、易于實現，成為工業通信的事實標準。

1.1核心特點

主從架構：由主設備（Master）發起請求，從設備（Slave）響應，支持單主或多從模式。

典型應用：一臺工控機（主）與多個傳感器/執行器（從）通信。

1.2 常用協議變體

Modbus RTU：基于二進制編碼，通過串行接口（RS-232/RS-485）傳輸，緊湊高效。

Modbus ASCII：使用 ASCII 字符編碼，可讀性強但效率低。

Modbus TCP/IP：基于以太網，適用于現代工業網絡。

協議類型對比：

1.3 數據模型

1.3.1 Modbus 定義四種數據類型，每種通過不同功能碼訪問：

線圈（Coils）：可讀可寫的布爾量（功能碼 01 讀，05 寫單個，15 寫多個）。

離散輸入（Discrete Inputs）：只讀布爾量（功能碼 02 讀）。

保持寄存器（Holding Registers）：可讀可寫的 16 位整數（功能碼 03 讀，06 寫單個，16 寫多個）。

輸入寄存器（Input Registers）：只讀的 16 位整數（功能碼 04 讀）。

1.3.2 簡單報文結構

請求幀：功能碼 + 數據地址 + 數據長度 + CRC 校驗（RTU）或 TCP 頭（Modbus TCP）。

響應幀：功能碼 + 返回數據 + 校驗。

1.4 優缺點

1.4.1 優點：

開放免費，兼容性強。

在多種電氣接口（RS232、RS485）及多種通信介質（以太網，串行電路，藍牙，wifi 等）中運行。

報文幀簡單緊湊。

1.4.2 缺點：

無內置安全機制（需依賴網絡隔離或加密層）。

僅支持基礎數據類型（需擴展協議處理浮點數等）。

二、演示功能概述

本篇文章演示的內容為：通過 RTU、ASCII 和 TCP 三種常用協議，Air8000 開發板作為主站（客戶端）與從站連接通訊的過程，或開發板作為從站（服務器）與主站連接通訊的過程。

三、準備硬件環境

3.1 硬件準備

參考：硬件環境清單第二章節內容，準備以及組裝好硬件環境。(硬件環境清單：https://docs.openluat.com/air8000/luatos/common/hwenv/)

485/232 轉 USB：

網線：

3.2 開發板組合演示

3.2.1 RTU 協議和 ASCII 協議測試連接

3.2.2 TCP 協議測試連接

四、準備軟件環境

在開始實踐本示例之前，先籌備一下軟件環境：

1. Luatools 工具；

2.LuatOS-SoC_V2014_Air8000_2；此頁面有新版本固件的話選用最新版本固件。

3.LuatOS 需要的腳本和資源文件：https://gitee.com/openLuat/LuatOS/tree/master/module/Air8000/demo/modbus

4.lib 腳本文件：使用 Luatools 燒錄時，勾選添加默認 lib 選項，使用默認 lib 腳本文件；

準備好軟件環境之后，接下來查看（如何燒錄項目文件到 Air8000 開發板中：https://docs.openluat.com/air8000/luatos/common/download/），將本篇文章中演示使用的項目文件燒錄到 Air8000 開發板中。

5.上位機下位機模擬軟件：https://gulink.cn/

5.1 API 接口介紹

https://docs.openluat.com/osapi/core/modbus/

5.2 代碼解析

5.2.1 RTU

5.2.1.1 MASTER_RTU

1.初始化通訊串口

2.Modbus 主站創建

3.添加從站

4.創建數據區和通信消息

5.啟動 Modbus 設備

6.定時狀態檢查

7.數據讀取并轉化為 json

5.2.1.2 SLAVE_RTU

1.初始化設置

2.Modbus 從站創建：創建了一個 RTU 模式的 Modbus 從站，添加了兩個數據塊：保持寄存器區和線圈區

3.啟動 modbus 從站

4.數據更新

5.2.1 ASCII

5.2.2.1 MASTER_ASCII

1.初始化通訊串口

2.Modbus 主站創建

3.添加從站

4.創建數據區和通信消息

5.啟動 Modbus 設備

6.定時狀態檢查

7.數據讀取并轉化為 json

5.2.2.2 SLAVE_ASCII

1.初始化設置

2.Modbus 從站創建：創建了一個 RTU 模式的 Modbus 從站，添加了兩個數據塊：保持寄存器區和線圈區

3.啟動 modbus 從站

4.數據更新

5.2.3 TCP

5.2.3.1 MASTER_TCP

1.初始化

2.SPI 和以太網驅動初始化

3.創建主站

4.添加從站

5.創建數據請求消息

6.啟動 Modbus 主站

7.從站狀態監控

8.數據處理

5.2.3.2 SLAVE_TCP

1.網絡硬件初始化

2.SPI 和網絡驅動初始化

3.等待網絡連接

4.IP 地址配置

5.DHCP 和 DNS 服務

6.系統監控任務

7.創建 Modbus TCP 從站

8.創建數據存儲區

9.啟動 Modbus 從站

10.定時數據更新

六、運行結果展示

6.1 RTU 協議運行結果

6.1.1 modbus.master_rtu

6.1.1.1 完整代碼展示

6.1.1.2 效果展示

1.打開 MThings（第四章中第五項提到的上位機下位機軟件摩爾信使），界面如下。

2.點擊右上角進入通道管理。

3.點擊通道管理。

4.進入后可以看到 4 個 com 口，選擇 485 通道的 com 口進行配置。

由設備管理器可知 485 通道是 com20

5.點入配置，按照代碼中 uart.setup 設置參數后，點擊確定即可，設置完畢后在通道管理界面配置的通道顯示屬于正常狀態,用戶如果接的是自己的下位機，請將 uart.setup 傳入的參數成自己下位機的配置參數。

6.返回初始界面，點擊添加設備。

7.通道選擇剛剛配置過的 485 通道 COM20，設備類型是模擬從機，地址是添加從站的 id。

8.增加數據配置，數據條目是寄存器的數量。

點擊確定后可以看到增加了 4 個條目，雙擊數值一欄，然后再雙擊固定值一欄即可按需選擇模擬數據的方法。

9.數據配置完成后，在主界面可以看到數值按照設置的通訊時間間隔開始變換，在日志中也可以看到收到的數據，modbus 連接和通訊成功。

6.1.2 modbus.slave_rtu

6.1.2.1 完整代碼展示

6.1.2.2 效果展示

1.打開 MThings（第四章中第五項提到的上位機下位機軟件摩爾信使），界面如下。

2.點擊右上角進入通道管理。

3.點擊通道管理。

4.進入后可以看到 4 個 com 口，選擇 485 通道的 com 口進行配置。

由設備管理器可知 485 通道是 com20

5.點入配置，按照代碼中 uart.setup 設置參數后,選擇 RTU 傳輸協議，點擊確定即可，設置完畢后在通道管理界面配置的通道顯示屬于正常狀態。用戶如果接的是自己的下位機，請將 uart.setup 傳入的參數成自己下位機的配置參數。

6.返回初始界面，點擊添加設備。

7.通道選擇剛剛配置過的 485 通道 COM20，設備類型是模擬主站，地址是創建從站的 id。

8.增加數據配置，根據需要選擇讀取的寄存器與線圈數據。

9.添加成功后，雙擊數值欄就可以獲取目前從站的數據了，開發板做從站和主站連接通訊成功。

6.2 ASCII 協議運行結果

6.2.1 modbus.master_ascii

6.2.1.1 完整代碼展示

6.2.1.2 效果展示

1.打開 MThings（第四章中第五項提到的上位機下位機軟件摩爾信使），界面如下。

2.點擊右上角進入通道管理。

3.點擊通道管理。

4.進入后可以看到 4 個 com 口，選擇 485 通道的 com 口進行配置。

由設備管理器可知 485 通道是 com20

5.點入配置，按照代碼中 uart.setup 設置參數后，選擇 ASCII 傳輸協議，點擊確定即可，設置完畢后在通道管理界面配置的通道顯示屬于正常狀態。用戶如果接的是自己的下位機，請將 uart.setup 傳入的參數成自己下位機的配置參數。

6.返回初始界面，點擊添加設備。

7.通道選擇剛剛配置過的 485 通道 COM20，設備類型是模擬從機，地址是添加從站的 id。

8.增加數據配置，數據條目是寄存器的數量。

點擊確定后可以看到增加了 4 個條目，雙擊數值一欄，然后再雙擊固定值一欄即可按需選擇模擬數據的方法。

9.數據配置完成后，在主界面可以看到數值按照設置的通訊時間間隔開始變換，在日志中也可以看到收到的數據，modbus 連接和通訊成功。

6.2.2 modbus.slave_ascii

6.2.2.1 完整代碼展示

6.2.2.2 效果展示

1.打開 MThings（第四章中第五項提到的上位機下位機軟件摩爾信使），界面如下。

2.點擊右上角進入通道管理。

3.點擊通道管理。

4.進入后可以看到 4 個 com 口，選擇 485 通道的 com 口進行配置。

由設備管理器可知 485 通道是 com20

6.返回初始界面，點擊添加設備。

7.通道選擇剛剛配置過的 485 通道 COM20，設備類型是模擬主站，地址是創建從站的 id。

8.增加數據配置，根據需要選擇讀取的寄存器與線圈數據。

9.添加成功后，雙擊數值欄就可以獲取目前從站的數據了，開發板做從站和主站連接通訊成功。

6.3 TCP 協議運行結果

6.3.1 modbus.master_tcp

6.3.1.1 完整代碼展示

mian.lua

lan.lua

6.3.1.2 效果展示

1.打開 MThings（第四章中第五項提到的上位機下位機軟件摩爾信使），界面如下。

2.點擊右上角進入通道管理。

3.點擊通道管理。

4.進入后選擇網絡通道，然后進行網絡參數配置。

5.連接模式選擇 tcp 服務器，本地 ip 在把腳本燒錄后可以看到開發板分配的 ip，端口號設置為代碼中 mb_slave1 = modbus.add_slave(mb_tcp, 1, "192.168.4.100", 6000)創建從站的端口號。

6.返回初始界面，點擊添加設備。

7.通道選擇剛剛配置的 NET001 網絡通道，設備類型是模擬從機，地址是創建從站的 id。

8.增加數據配置，根據需要選擇寄存器或線圈數據。

9.點擊確定后可以看到增加了 4 個條目，雙擊數值一欄，然后再雙擊固定值一欄即可按需選擇模擬數據的方法。

10.設置完成后則可以看到模擬從機數據開始變化，日志上顯示開發板獲取數據，主站與從站連接通訊成功。

6.3.2 modbus.slave_tcp

6.3.2.1 完整代碼展示

main.lua

lan.lua

6.3.2.2 效果展示

1.打開 MThings（第四章中第五項提到的上位機下位機軟件摩爾信使），界面如下。

2.點擊右上角進入通道管理。

3.點擊通道管理。

4.進入后選擇網絡通道，然后進行網絡參數配置。

5.連接模式選擇 tcp 客戶端，本地 ip 在把腳本燒錄后可以看到開發板分配的 ip，目標 ip 是開發板的 IP，為 192.168.4.1，目標端口號為腳本中 mb_tcp_s = modbus.create_slave(modbus.MODBUS_TCP, slave_id, 6000, socket.LWIP_ETH)設置的。