C#对接modbusRTU采集数据方案

【背景】前段时间接到一个需求,需要做一个化工企业环保数据(COD、VOCs)采集系统,这里主要是数据采集部分,数据来源是分析仪设备。

【实现方案】使用dtu做数据透传,我这里使用的是有人dtu,具体可以自行百度,然后用C#编写程序接受采集数据,以下是简略的拓扑图:


网络拓扑图

【代码实现】部分代码C#

1.打开串口:

    private void openSerialPort(SerialPort serialPort, String portName)
    {
            try
            {
                int baudRate = 9600;
                serialPort.Encoding = Encoding.GetEncoding("GB18030");
                serialPort.PortName = portName;
                serialPort.BaudRate = baudRate;
                serialPort.Parity = Parity.None;
                serialPort.StopBits = StopBits.One;
                serialPort.DataBits = 8;
                serialPort.DataReceived += SerialPort_DataReceived;
                serialPort.Open();
                MessageBox.Show("打开串口" + portName + "成功!");
                appLog.LogMessage("open serial port " + portName + " successful");
            }
            catch
            {
                MessageBox.Show("打开串口" + portName + "失败!");
                appLog.LogMessage("open serial port " + portName + " faild");
            }
    }

2.发送指令

    private void SerialPortSend(String text, SerialPort serialPort, int spIndex)
    {
        appLog.LogMessage("发送指令: " + text, this.dataNames[spIndex]);
        if (!serialPort.IsOpen)
        {
            MessageBox.Show("串口未打开,无法发送数据!");
            return;
        }
        try
        {
            Encoding encoding = Encoding.GetEncoding("GB18030");
            byte[] bytes = strToToHexByte(text);
            serialPort.Write(bytes, 0, bytes.Length);
        }
        catch
        {
            appLog.LogMessage("发送失败!", this.dataNames[spIndex]);
        }
    }

3.接收数据

    private void SerialPort_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
    {
        SerialPort serialPort = (SerialPort)sender;
        int spIndex = Array.IndexOf(serialPorts, serialPort);
        if (!serialPort.IsOpen)
        {
            appLog.LogMessage("ERROR", "串口未打开!");
            appLog.LogMessage("serial port " + serialPort.PortName + " is not open");
            return;
        }
        Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;
        lastValuesMutex.WaitOne();
        try
        {
            int startValNum = 0;
            for (int i = 0; i < spIndex; i++)
            {
                startValNum += portDataNums[i];
            }

            //读取返回数据
            while (serialPort.BytesToRead == 0)
            {
                Thread.Sleep(10);
            }
            Thread.Sleep(100); //100毫秒内数据接收完毕,可根据实际情况调整
            byte[] recData = new byte[serialPort.BytesToRead];
            serialPort.Read(recData, 0, recData.Length);
            float[] datas = protocolAnalyse.getDataByProtocol(recData, portDataNums[spIndex], protocols[spIndex], spIndex, this.anaNames[spIndex]);
            if (null == datas || datas.Length == 0)
            {
                lastValuesMutex.ReleaseMutex();
                return;
            }
            for (int k = 0; k < datas.Length; k++)
            {
                lastValues[startValNum + k] = datas[k];
            }
        }
        catch (Exception ex)
        {
            appLog.LogMessage(ex.ToString(), "ERROR");
            timerCollect.Enabled = true;
            lastValuesMutex.ReleaseMutex();
            return;
        }
        // ...
        lastValuesMutex.ReleaseMutex();
    }

4.数据处理(解析,以怡文-hj212协议为例)

    public float[] getDataByProtocol(byte[] recData, int len, int type, int spIndex, string anaName)
    {
        int startValNum = 0;
        for (int i = 0; i < spIndex; i++)
        {
            startValNum += portDataNum[i];
        }
        float[] datas = new float[len];
        switch ((PROTOCOTYPE)type)
        {
            case PROTOCOTYPE.PROTOCOL_USR_YW_HJ212:
                datas = getDataByYWHj212IEEE754(recData, len, startValNum);
                break;
            // case ...
            default:
                break;
        }
        return datas;
    }

    /// <summary>
    /// 怡文 - hj212 - ieee754协议
    /// </summary>
    /// <param name="recData"></param>
    /// <param name="len"></param>
    /// <param name="startValNum"></param>
    /// <returns></returns>
    public float[] getDataByYWHj212IEEE754(byte[] recData, int len, int startValNum)
    {
        String ieeeStr = byteToHexStr(recData);
        appLog.LogMessage("获取数据ieeeStr:" + ieeeStr, dataNames[startValNum]);
        if (ieeeStr.Length == 20)//www.usr.cn(7777772E7573722E636E)
        {
            return null;
        }
        ieeeStr = ieeeStr.Replace("7777772E7573722E636E", "");
        ieeeStr = ieeeStr.Replace(" ", "");
        //01031042C60F043D8F07E50007001C000C0000071B
        ieeeStr = ieeeStr.Replace("010303E80002447B", "");
        if (ieeeStr.Length % 42 != 0)
        {
            appLog.LogMessage("获取数据有误ieeeStr:" + ieeeStr, "ERROR");
            return null;
        }
        //CRC校验
        string dataCrc = ieeeStr.Substring(ieeeStr.Length - 4);
        string crcStr = CRC.ToModbusCRC16(ieeeStr.Substring(0, ieeeStr.Length - 4), true);
        if (!dataCrc.Equals(crcStr))
        {
            appLog.LogMessage("CRC校验不通过,数据有误ieeeStr:" + ieeeStr, "ERROR");
            return null;
        }
        float[] datas = new float[len];
        try
        {
            string dataR = ieeeStr.Substring(6, 8);
            UInt32 u = Convert.ToUInt32(dataR, 16);//字符串转16进制32位无符号整数
            datas[0] = BitConverter.ToSingle(BitConverter.GetBytes(u), 0);//IEEE754 字节转换float
        }
        catch (Exception e)
        {
            appLog.LogMessage("转换异常:" + e.ToString(), "ERROR");
        }
        return datas;
    }

5.byteToHexStr

    /// <summary>
    /// 字节数组转hex字符串
    /// </summary>
    /// <param name="bytes"></param>
    /// <returns></returns>
    public static string byteToHexStr(byte[] bytes)
    {
        string returnStr = "";
        if (bytes != null)
        {
            for (int i = 0; i < bytes.Length; i++)
            {
                returnStr += bytes[i].ToString("X2");
            }
        }
        return returnStr;
    }

6.CRC校验 CRC.cs

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
namespace OPCCollect
{
/// <summary>
/// CRC校验
/// </summary>
public class CRC
{
    #region  CRC16
    public static byte[] CRC16(byte[] data)
    {
        int len = data.Length;
        if (len > 0)
        {
            ushort crc = 0xFFFF;
            for (int i = 0; i < len; i++)
            {
                crc = (ushort)(crc ^ (data[i]));
                for (int j = 0; j < 8; j++)
                {
                    crc = (crc & 1) != 0 ? (ushort)((crc >> 1) ^ 0xA001) : (ushort)(crc >> 1);
                }
            }
            byte hi = (byte)((crc & 0xFF00) >> 8);  //高位置
            byte lo = (byte)(crc & 0x00FF);        //低位置
            return new byte[] { hi, lo };
        }
        return new byte[] { 0, 0 };
    }

    #endregion
    #region  ToCRC16
    public static string ToCRC16(string content)
    {
        return ToCRC16(content, Encoding.UTF8);
    }

    public static string ToCRC16(string content, bool isReverse)
    {
        return ToCRC16(content, Encoding.UTF8, isReverse);
    }

    public static string ToCRC16(string content, Encoding encoding)
    {
        return ByteToString(CRC16(encoding.GetBytes(content)), true);
    }

    public static string ToCRC16(string content, Encoding encoding, bool isReverse)
    {
        return ByteToString(CRC16(encoding.GetBytes(content)), isReverse);
    }

    public static string ToCRC16(byte[] data)
    {
        return ByteToString(CRC16(data), true);
    }

    public static string ToCRC16(byte[] data, bool isReverse)
    {
        return ByteToString(CRC16(data), isReverse);
    }

    #endregion
    #region  ToModbusCRC16
    public static string ToModbusCRC16(string s)
    {
        return ToModbusCRC16(s, true);
    }

    public static string ToModbusCRC16(string s, bool isReverse)
    {
        return ByteToString(CRC16(StringToHexByte(s)), isReverse);
    }

    public static string ToModbusCRC16(byte[] data)
    {
        return ToModbusCRC16(data, true);
    }

    public static string ToModbusCRC16(byte[] data, bool isReverse)
    {
        return ByteToString(CRC16(data), isReverse);
    }

    #endregion
    #region  ByteToString
    public static string ByteToString(byte[] arr, bool isReverse)
    {
        try
        {
            byte hi = arr[0], lo = arr[1];
            return Convert.ToString(isReverse ? hi + lo * 0x100 : hi * 0x100 + lo, 16).ToUpper().PadLeft(4, '0');
        }
        catch (Exception ex) { throw (ex); }
    }

    public static string ByteToString(byte[] arr)
    {
        try
        {
            return ByteToString(arr, true);
        }
        catch (Exception ex) { throw (ex); }
    }

    #endregion
    #region  StringToHexString
    public static string StringToHexString(string str)
    {
        StringBuilder s = new StringBuilder();
        foreach (short c in str.ToCharArray())
        {
            s.Append(c.ToString("X4"));
        }
        return s.ToString();
    }

    #endregion
    #region  StringToHexByte
    private static string ConvertChinese(string str)
    {
        StringBuilder s = new StringBuilder();

        foreach (short c in str.ToCharArray())
        {
            if (c <= 0 || c >= 127)
            {
                s.Append(c.ToString("X4"));
            }
            else
            {
                s.Append((char)c);
            }
        }
        return s.ToString();
    }

    private static string FilterChinese(string str)
    {
        StringBuilder s = new StringBuilder();
        foreach (short c in str.ToCharArray())
        {
            if (c > 0 && c < 127)
            {
                s.Append((char)c);
            }
        }
        return s.ToString();
    }

    /// <summary>
    /// 字符串转16进制字符数组
    /// </summary>
    /// <param name="hex"></param>
    /// <returns></returns>
    public static byte[] StringToHexByte(string str)
    {
        return StringToHexByte(str, false);
    }

    /// <summary>
    /// 字符串转16进制字符数组
    /// </summary>
    /// <param name="str"></param>
    /// <param name="isFilterChinese">是否过滤掉中文字符</param>
    /// <returns></returns>
    public static byte[] StringToHexByte(string str, bool isFilterChinese)
    {
        string hex = isFilterChinese ? FilterChinese(str) : ConvertChinese(str);
        //清除所有空格
        hex = hex.Replace(" ", "");
        //若字符个数为奇数,补一个0
        hex += hex.Length % 2 != 0 ? "0" : "";
        byte[] result = new byte[hex.Length / 2];
        for (int i = 0, c = result.Length; i < c; i++)
        {
            result[i] = Convert.ToByte(hex.Substring(i * 2, 2), 16);
        }
        return result;
    }
    #endregion
}
}

【参考资料】相关地址

在线进制转换以及ieee754转换:地址

在线CRC校验:地址

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