在工业自动化和设备控制领域，Modbus协议是一种广泛应用的通讯协议，用于在控制器和设备之间进行数据交换。Modbus RTU（Remote Terminal Unit）是Modbus协议的一种传输模式，它采用紧凑的、二进制编码的方式在串行链路上进行通信。本文将介绍如何使用Python实现Modbus RTU协议发送数据，包括环境准备、基本概念、代码实现以及注意事项。

环境准备与依赖库

首先，确保你的Python环境已经安装。对于Modbus RTU通信，推荐使用第三方库minimalmodbus或pymodbus。这里以minimalmodbus为例，因为它更加简洁易用，适合初学者快速上手。

安装minimalmodbus库，可以通过pip命令完成：

pip install minimalmodbus

Modbus RTU基础

Modbus RTU通信基于主从结构，即一个主设备（通常是计算机或PLC）控制多个从设备（传感器、执行器等）。通信过程中，主设备发起请求，从设备响应请求。请求和响应中包含了设备地址、功能码、数据区地址、数据长度和校验码等信息。

Python实现步骤

步骤1：初始化Modbus串口通信

在Python中，使用minimalmodbus库前，需要先配置串口参数，包括端口号、波特率、超时时间等。

from minimalmodbus import MinimalModbus

# 设备地址，从机地址范围是1-247
slave_address = 1

# 串口名称，根据操作系统和硬件不同可能为'/dev/ttyUSB0', 'COM3'等
port = '/dev/ttyUSB0'

# 波特率，常用的有9600, 19200等
baudrate = 9600

# 设置串口通信参数
instrument = MinimalModbus(
    instrument=slave_address,
    method='rtu',
    port=port,
    baudrate=baudrate,
    timeout=1.0   # 超时时间，单位秒
)
步骤2：读写操作
  • 读取数据

Modbus协议定义了几种读取功能码，如读保持寄存器（0x03）和读输入寄存器（0x04）。这里以读取保持寄存器为例：

# 寄存器地址，从0开始
register_address = 0

# 寄存器数量，一次读取多少个
number_of_registers = 2

try:
    # 读取保持寄存器数据，第二个参数是寄存器的起始地址，第三个参数是要读取的寄存器数量
    values = instrument.read_registers(register_address, number_of_registers, functioncode=3)
    print(f"Read values: {values}")
except IOError as e:
    print(f"Error communicating: {e}")
  • 写入数据

写入数据到保持寄存器（功能码0x10）示例：

# 要写入的寄存器地址
write_register_address = 10

# 要写入的值，根据实际需求调整
value_to_write = 1234

try:
    # 写入单个寄存器，第一个参数是寄存器地址，第二个参数是要写入的值
    instrument.write_register(write_register_address, value_to_write, functioncode=16)
    print("Write successful.")
except IOError as e:
    print(f"Error writing: {e}")

注意事项

  1. 校验和错误：确保主从设备的校验方式一致，如偶校验或无校验。
  2. 串口设置：确保串口参数（如波特率、数据位、停止位、校验位）与设备匹配。
  3. 地址冲突：每个从设备地址必须唯一，避免地址冲突。
  4. 响应超时：合理设置超时时间，避免因通信延迟导致的错误。
  5. 线缆与终端电阻：物理连接中，确保使用合适的线缆，必要时在总线上加终端电阻减少信号反射。

通过以上步骤，你可以在Python中实现基于Modbus RTU协议的数据读写操作，这对于工业自动化控制、物联网项目等应用具有重要意义。掌握这些基础知识，将为你在实际项目开发中解决相关问题提供有力支持。