基于Modbus实现的工业采集数据项目（包含led的开关）-阿里云开发者社区

Modbus-TCP 是 Modbus 协议的一个变种，它将传统的 Modbus 协议帧直接封装在 TCP/IP 协议的数据部分，从而允许 Modbus 在以太网等网络环境中进行通信。与基于串行链路的传统 Modbus 相比，Modbus-TCP 提供了更高的数据传输速率、更远的传输距离以及更好的网络兼容性。它保留了 Modbus 的简单性和普遍性，同时利用了 TCP/IP 网络的基础设施，使得设备之间的通信更加灵活和高效。

Modbus 从站-主站架构

无论是 Modbus RTU、ASCII 还是 Modbus-TCP，Modbus 协议都遵循一种主-从（或称客户端-服务器）的通信模型：

主站（Master）：在 Modbus 网络中，主站通常是发起通信请求的一方，它可以请求从站的数据（读取寄存器或线圈状态）或向从站写入数据（设置寄存器或改变线圈状态）。一个 Modbus 网络中可以有一个或多个主站，但同一时刻只有一个主站能够主动发起通信。
从站（Slave）：从站是响应主站请求的设备，它们监听网络上的指令，并根据接收到的命令执行相应的操作，如返回存储在内部寄存器中的数据或执行某些动作。一个 Modbus 网络可以有多个从站，每个从站都有唯一的地址用于识别。

在 Modbus-TCP 中，这种架构依然保持不变，只是通信介质和封装方式变成了以太网和TCP/IP。主站通过TCP连接向特定IP地址和端口（通常是502端口）发送Modbus请求，从站则在该端口监听并响应这些请求。由于TCP/IP的面向连接特性，Modbus-TCP通信相比传统串行Modbus提供了更好的可靠性和错误处理能力。

遇到的问题：

1.在网页服务器给网页发信息的格式必须得是字符串类型的，否则不会显示在网页上，我还以为我共享内存里没数据-.-。

2.网页传过来的字符串都是会多带一个双引号，所以如果判断的时候式判断的字符串的话就要注意了，你判断的是字符串，他发来的是字符字符串。

3.消息队列的一个特点，没仔细去看，如果不给消息队列的类型赋值一个数的话是无法添加消息的。

Modbus_tcp端

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <modbus.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
struct shm *p;// 定义映射结构体指针
int msgid;// 定义消息队列ID
//共享内存结构体
struct shm
{
    uint16_t buf[128];
};
//消息队列结构体
struct mes
{
    long type;
    char buf[32];
} mes_cli;
// 读取寄存器数据函数
void *tcp_read(void *arg)
{
    modbus_t *tcp = (void *)arg;
    while (1)
    {
        sleep(1);
        int modbusfd = modbus_read_registers(tcp, 0, 5, p->buf);//直接存放在共享内存内
        if (modbusfd < 0)
        {
            perror("modbusfd error\n");
            return NULL;
        }
    }
}
void *tcp_write(void *arg)
{
    modbus_t *tcp = (void *)arg;
    while (1)
    {
        //读取消息队列的消息
        msgrcv(msgid, &mes_cli, sizeof(mes_cli) - sizeof(long), 0, 0);
        //对比执行相应的函数
        if (!strcmp(mes_cli.buf, "0 1"))
        {
            int bitfd = modbus_write_bit(tcp, 0, 1);
            if (bitfd < 0)
            {
                perror("bitfd error\n");
                return NULL;
            }
        }
        if (!strcmp(mes_cli.buf, "0 0"))
        {
            int bitfd = modbus_write_bit(tcp, 0, 0);
            if (bitfd < 0)
            {
                perror("bitfd error\n");
                return NULL;
            }
        }
        if (!strcmp(mes_cli.buf, "1 1"))
        {
            int bitfd = modbus_write_bit(tcp, 1, 1);
            if (bitfd < 0)
            {
                perror("bitfd error\n");
                return NULL;
            }
        }
        if (!strcmp(mes_cli.buf, "1 0"))
        {
            int bitfd = modbus_write_bit(tcp, 1, 0);
            if (bitfd < 0)
            {
                perror("bitfd error\n");
                return NULL;
            }
        }
    }
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    //1.创建实例
    modbus_t *tcp = modbus_new_tcp("192.168.3.4", 502);
    if (NULL == tcp)
    {
        perror("tcp error\n");
        return -1;
    }
    //2.设计从机ID
    if (modbus_set_slave(tcp, 1) < 0)
    {
        perror("set id error\n");
        return -1;
    }
    //3.建立链接
    if (modbus_connect(tcp) < 0)
    {
        perror("connect error\n");
        return -1;
    }
    //创建key值
    key_t key = ftok(".", 'a');
    if (key < 0)
    {
        perror("ftok error\n");
        return -1;
    }
    //创建或者打开共享内存
    int shmid = shmget(key, 128, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
    if (shmid < 0)
    {
        if (errno == 17)
        {
            shmid = shmget(key, 128, 0666);
        }
        else
        {
            perror("shmget error\n");
            return -1;
        }
    }
    printf("shmid : %d\n", shmid);
    // 创建或者打开消息队列
    msgid = msgget(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
    if (msgid <= 0)
    {
        if (errno == 17)
        {
            msgid = msgget(key, 0666);
        }
        else
        {
            perror("msgid error\n");
            return -1;
        }
    }
    // 映射
    p = shmat(shmid, NULL, 0);
    if (p == (void *)-1)
    {
        perror("shmat error\n");
        return -1;
    }
    //4.建立线程
    pthread_t cli_read, cli_write;
    if (pthread_create(&cli_read, NULL, tcp_read, tcp) != 0)
    {
        perror("read creat error\n");
        return -1;
    }
    pthread_detach(cli_read);
    if (pthread_create(&cli_write, NULL, tcp_write, tcp) != 0)
    {
        perror("write creat error\n");
        return -1;
    }
    pthread_detach(cli_write);
    while (1)
        ;
    return 0;
}

网页服务器（因为太多我分了两个去写）

#include "thttpd.h"
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <modbus.h>
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
static void *msg_request(void *arg)
{
  //这里客户端描述符通过参数传进来了
  int sock = (int)arg;
  // 一般情况下，线程终止后，其终止状态一直保留到其它线程调用pthread_join获取它的状态为止。
  //但是线程也可以被置为detach状态，这样的线程一旦终止就立刻回收它占用的所有资源，而不保留终止状态。
  pthread_detach(pthread_self());
  //handler_msg作为所有的请求处理入口
  return (void *)handler_msg(sock);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
  //如果不传递端口，那么使用默认端口80
  int port = 80;
  if (argc > 1)
  {
    port = atoi(argv[1]);
  }
  //初始化服务器
  int lis_sock = init_server(port);
  while (1)
  {
    struct sockaddr_in peer;
    socklen_t len = sizeof(peer);
    int sock = accept(lis_sock, (struct sockaddr *)&peer, &len);
    if (sock < 0)
    {
      perror("accept failed");
      continue;
    }
    //每次接收一个链接后，会自动创建一个线程，这实际上就是线程服务器模型的应用
    pthread_t tid;
    if (pthread_create(&tid, NULL, msg_request, (void *)sock) > 0)
    {
      perror("pthread_create failed");
      close(sock);
    }
  }
  return 0;
}

#include "thttpd.h"
#include "custom_handle.h"
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <ctype.h>
int init_server(int _port) //创建监听套接字
{
  int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
  if(sock<0)
  {
    perror("socket failed");
    exit(2);
  }
  //设置地址重用
  int opt=1;                     
  setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));
  struct sockaddr_in local;
  local.sin_family=AF_INET;
  local.sin_port=htons(_port);
  local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
  
  if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0)
  {
    perror("bind failed");
    exit(3);
  }
  if(listen(sock,5)<0)
  {
    perror("listen failed");
    exit(4);
  }
  return sock;
}
static int get_line(int sock,char* buf)   //按行读取请求报头
{
  char ch='\0';
  int i=0;
  ssize_t ret=0;
  while(i<SIZE && ch!='\n')
  {
    ret=recv(sock,&ch,1,0);
    if(ret>0&&ch=='\r')
    {
      ssize_t s=recv(sock,&ch,1,MSG_PEEK);
      if(s>0&&ch=='\n')
      {
        recv(sock,&ch,1,0);
      }
      else
      {
        ch='\n';
      }
    }
    buf[i++]=ch;
  }
  buf[i]='\0';
  return i;
}
static void clear_header(int sock)    //清空消息报头
{
  char buf[SIZE];
  int ret=0;
  do
  {
    ret=get_line(sock,buf);
  }while(ret!=1&&(strcmp(buf,"\n")!=0));
}
static void show_404(int sock)      //404错误处理
{
  clear_header(sock);
  char* msg="HTTP/1.0 404 Not Found\r\n";
  send(sock,msg,strlen(msg),0);         //发送状态行
  send(sock,"\r\n",strlen("\r\n"),0);      //发送空行
  struct stat st;
  stat("wwwroot/404.html",&st);
  int fd=open("wwwroot/404.html",O_RDONLY);
  sendfile(sock,fd,NULL,st.st_size);
  close(fd);
}
void echo_error(int sock,int err_code)    //错误处理
{
  switch(err_code)
  {
  case 403:
    break;
  case 404:
    show_404(sock);
    break;
  case 405:
    break;
  case 500:
    break;
  default:
    break;
  }
}
static int echo_www(int sock,const char * path,size_t s)  //处理非CGI的请求
{
  int fd=open(path,O_RDONLY);
  if(fd<0)
  {
    echo_error(sock,403);
    return 7;
  }
  char* msg="HTTP/1.0 200 OK\r\n";      // 代表请求成功的状态
  send(sock,msg,strlen(msg),0);         //发送状态行
  send(sock,"\r\n",strlen("\r\n"),0);      //发送空行
  
  //sendfile方法可以直接把文件发送到网络对端
  if(sendfile(sock,fd,NULL,s)<0)
  {
    echo_error(sock,500);
    return 8; 
  }
  close(fd);
  return 0;
}
static int handle_request(int sock,const char* method,\
    const char* path,const char* query_string)
{
  char line[SIZE];
  int ret=0;
  int content_len=-1;
  if(strcasecmp(method,"GET")==0)
  {
    //清空消息报头
    clear_header(sock);
    //!! 添加到一个字符传'
    
  }
  else
  {
    //获取post方法的参数大小
    do
    {
      ret=get_line(sock,line);
      if(strncasecmp(line,"content-length",14)==0)  //post的消息体记录正文长度的字段
      {
        content_len=atoi(line+16);  //求出正文的长度
      }
    }while(ret!=1&&(strcmp(line,"\n")!=0));
  }
  printf("method = %s\n", method);
  printf("query_string = %s\n", query_string);
  printf("content_len = %d\n", content_len);
  char req_buf[4096] = {0};
  //如果是POST方法，那么肯定携带请求数据，那么需要把数据解析出来
  if(strcasecmp(method,"POST")==0)
  {
    int len = recv(sock, req_buf, content_len, 0);
    printf("len = %d\n", len);
    printf("req_buf = %s\n", req_buf);
  }
  //先发送状态码
  char* msg="HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n";
  send(sock,msg,strlen(msg),0);
  //请求交给自定义代码来处理，这是业务逻辑
  parse_and_process(sock, query_string, req_buf);
  return 0;
}
int handler_msg(int sock)       //浏览器请求处理函数
{
  char del_buf[SIZE] = {};
  //通常recv()函数的最后一个参数为0，代表从缓冲区取走数据
  //而当为MSG_PEEK时代表只是查看数据，而不取走数据。
  recv(sock,del_buf,SIZE,MSG_PEEK);
#if 1 //初学者强烈建议打开这个开关，看看tcp实际请求的协议格式
  puts("---------------------------------------");
  printf("recv:%s\n",del_buf);
  puts("---------------------------------------");
#endif
  //接下来method方法判断之前的代码，可以不用重点关注
  //知道是处理字符串，把需要的信息过滤出来即可
  char buf[SIZE];
  int count=get_line(sock,buf);
  int ret=0;
  char method[32];
  char url[SIZE];
  char *query_string=NULL;
  int i=0;
  int j=0;
  int need_handle=0;
  //获取请求方法和请求路径
  while(j<count)
  {
    if(isspace(buf[j]))
    {
      break;
    }
    method[i]=buf[j]; 
    i++;
    j++;
  }
  method[i]='\0';
  while(isspace(buf[j])&&j<SIZE)      //过滤空格
  {
    j++;
  }
  //这里开始就开始判断发过来的请求是GET还是POST了
  if(strcasecmp(method,"POST")&&strcasecmp(method,"GET"))
  {
    printf("method failed\n");  //如果都不是，那么提示一下
    echo_error(sock,405);
    ret=5;
    goto end;
  }
  if(strcasecmp(method,"POST")==0)
  {
    need_handle=1;
  } 
  
  i=0;
  while(j<count)
  {
    if(isspace(buf[j]))
    {
      break;
    }
    if(buf[j]=='?')
    {
      //将资源路径（和附带数据，如果有的话）保存再url中，并且query_string指向附带数据
      query_string=&url[i];
      query_string++;
      url[i]='\0';
    }
    else{
      url[i]=buf[j];
    }
    j++;
    i++;
  }
  url[i]='\0';
  printf("query_string = %s\n", query_string);
  //浏览器通过http://192.168.8.208:8080/?test=1234这种形式请求
  //是携带参数的意思，那么就需要额外处理了
  if(strcasecmp(method,"GET")==0&&query_string!=NULL)
  {
    need_handle=1;
  }
  //我们把请求资源的路径固定为wwwroot/下的资源，这个自己可以改
  char path[SIZE];
  sprintf(path,"wwwroot%s",url);       
  
  printf("path = %s\n", path);
  
  //如果请求地址没有携带任何资源，那么默认返回index.html
  if(path[strlen(path)-1]=='/')              //判断浏览器请求的是不是目录
  {
    strcat(path,"index.html");       //如果请求的是目录，则就把该目录下的首页返回回去
  }
  //如果请求的资源不存在，就要返回传说中的404页面了
  struct stat st;   
  if(stat(path,&st)<0)            //获取客户端请求的资源的相关属性
  {
    printf("can't find file\n");
    echo_error(sock,404);
    ret=6;
    goto end;
  }
  //到这里基本就能确定是否需要自己的程序来处理后续请求了
  printf("need progress handle:%d\n",need_handle);
  //如果是POST请求或者带参数的GET请求，就需要我们自己来处理了
  //这些是业务逻辑，所以需要我们自己写代码来决定怎么处理
  if(need_handle)
  {
    ret=handle_request(sock,method,path,query_string);
  }
  else
  {
    clear_header(sock);
    //如果是GET方法，而且没有参数，则直接返回资源 
    ret=echo_www(sock,path,st.st_size);  
  }
  
end:
  close(sock);
  return ret;
}

html.c

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
    <title>控制开关页面</title>
    <style>
        button {
            background-color: dodgerblue;
            color: white;
            width: 300px;
            height: 30px;
            border: 0;
            font-size: 16px;
            border-radius: 30px;
            margin-top: 10px;
        }
        .content {
            height: 400px;
            width: 800px;
            background-color: silver;
            text-align: center;
            border: 2px solid;
            margin: auto;
            position: absolute;
            top: 0;
            left: 0;
            right: 0;
            bottom: 0;
        }
        input {
            line-height: 25%;
        }
    </style>
    <script>
        function get_info() {
            // 获取name为username1的标签,赋值给v
            var v = document.getElementsByName("username1");
            var xhr = new XMLHttpRequest();
            var url = "";
            xhr.open("post", url, true);
            // 如果状态正确的话
            xhr.onreadystatechange = function () {
                if (xhr.readyState == 4 && xhr.status == 200) {
                    var response = xhr.responseText;
                    // split是根据空格来来传给v1这个数组
                    var v1 = response.split(' ');
                    v[0].value = v1[0];//+赋值
                    v[1].value = v1[1];
                    v[2].value = v1[2];
                    v[3].value = v1[3];
                    v[4].value = v1[4];
                }
            };
            xhr.send("modbus_get=");//发送内容
        }
        // 传参ID 
        function set_into(obj) {
            var v = document.getElementsByName("username1");
            var xhr = new XMLHttpRequest();
            var url = "";
            xhr.open("post", url, true);
            //判断ID是哪个函数的
            if (obj == "0 1") {
                xhr.send("\"modbus_set=0 1\"");
            }
            else if (obj == "0 0") {
                xhr.send("\"modbus_set=0 0\"");
            }
            else if (obj == "1 1") {
                xhr.send("\"modbus_set=1 1\"");
            }
            else if (obj == "1 0") {
                xhr.send("\"modbus_set=1 0\"");
            }
        }
    </script>
</head>
<body>
    <div class="content">
        <h3>信息采集<h3>
                光照强度<input type="text" id="data1" placeholder="data1" name="username1"><br />
                加速度1<input type="text" id="data2" placeholder="data2" name="username1"><br />
                加速度2<input type="text" id="data3" placeholder="data3" name="username1"><br />
                加速度3<input type="text" id="data4" placeholder="data4" name="username1"><br />
                加速度4<input type="text" id="data5" placeholder="data5" name="username1"><br />
                <button name="flash" onclick="get_info()">控制器开关</button>
                <h3>机器开关<h3>
                        led灯:<input type="radio" id="0 1" name="led" onclick="set_into(id)"> ON
                        <input type="radio" id="0 0" name="led" onclick="set_into(id)"> OFF
                        <br />
                        <br />
                        蜂鸣器:<input type="radio" id="1 1" name="feng" onclick="set_into(id)"> ON
                        <input type="radio" id="1 0" name="feng" onclick="set_into(id)"> OFF
    </div>
    <body>
</html>

基于Modbus实现的工业采集数据项目（包含led的开关）

思路图：

个人思路：

技术简单讲解：

Modbus-TCP

Modbus 从站-主站架构

遇到的问题：

Modbus_tcp端

网页服务器（因为太多我分了两个去写）

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物联网

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