基于Qt5的MODBUS協議編程與實現

戴振民

摘要

對于嵌入式軟件系統的開發而言，上位機軟件的編寫尤為重要，很多嵌入式工程師都廣泛關注上位機軟件編寫的研發領域。本文主要介紹的就是一種上位機軟件的編程方法，提供了最新Qt5庫編寫的MODBUS協議的方案。

【關鍵詞】串口語言 狀態及編程 MODBUS

開發出一款適合上位機控制的應用軟件，在智能電子線路的研制過程中非常必要，對于一般的嵌入式應用軟件的開發而言，總是會遇到各種上位機軟件編寫的難題，上位機軟件編寫的核心任務之一就是串口通信語言的編寫。利用一些比較傳統的上位機軟件開發工具，例如VB6等軟件，都基本上只能適用于比較老舊的Windows操作系統，而C++又因為過于復雜而不便于被嵌入式工程師所利用，本文介紹的這種Qt5串口的編程方案，掌握起來比較輕松，功能也非常強大。

1 Qt5串口如何進行通信

Qt5串口可以實現跨平臺的開發，是一個貫通C++和GUI的開發框架，可以調用模塊化的C++類的數據庫，實現和Visual C++軟件可以調用的MFC庫一樣的功能，相比較其他軟件接口而言Qt的編程更加簡便快捷，實現了跨平臺的功能，具備強大的擴展性，可以廣泛用于嵌入式軟件的開發之用。利用Qt進行編程的優勢在于信號的使用機制可以利用開發工具中帶的Qt Creater進行編寫，Qt最新的版本目前叫做Qt5，其中用于串口通信的模塊主要是類似于Q Serial Port和類似于Q SerialPort Info的平臺。

1.1 串口的列舉

通過靜態的方法利用Q Serial Port Info可以實現所有端口的列舉，通過獲取端口的有用信息，可以常見的方法例如通過is BUSY的方法判斷出端口在運行中所處的狀態，如果是忙碌的狀態，則可以通過Port Name的方法獲取端口的名字，可以利用Q Serial Port info的方法對對象輸入所要調用的Q Serial Port所關聯的對象的Set Port進行Set Port Name的方法，或者也可以采用參數的方法進行調用，例如將Q Serial Port info的對象看成是一個參數，利用set Port的方法進行調用，將他們設置成一個設備的串口。

1.2 串口的設置方法

在上位機中進行串口通信的步驟就是選擇串口的參數，嵌入式設備開發的必備一步就是進行參數的設置。在Qt5中，可以使用Q Serial Port對象來進行抽象的端口設置，進行端口的封裝和相關操作。在構成了一個QSerial Port對象之后，可以通過Set Port Name或者采用Set Port的方法進行參數設置，在打開了該端口之后，Q Serial Port就可以對進入設備的信息進行檢測，進行初始化設置，或者也可以使用其他的例如set Flow Control的方法對流控模式、波的頻率和數據的幀格式進行重新設計，例如串口的波特率可以為19200，數據幀可以為8N1。

1.3 串口數妮的讀寫方法

數據的收發是串口通信的核心，利用強大的Q Serial Port軟件對對象文件進行設置，可以讓簡單的讀寫指令實現串口的設計目標，可以利用read line和read all指令對端口的情況進行調用，如果利用一次數據就讀寫完整了數據，余下的數據會存放在Q Serial Port軟件里面，作為其中的緩存數據，新的數據會儲存在緩存的尾部，利用例如set read和buffer size的方法對緩沖區域的大小進行設置。串口數據適合讀取的時機關系密切的，時機的選擇問題通常涉及到兩個路徑，一個是循環不斷的串口路徑，另一個是可能接受的一些數據，但是去掉其中的一些任務，并不會對其他任務指令造成阻塞，一般采用的是GUI的應用，或者選擇其他的Qt的強大信號機制。進行連接的是Q Serial Port和ready read進行數據的接受，通過數據的端口對槽函數進行讀取。如果串口可以進行數據接收，槽函數就可以實現數據調用，可以利用的數據端口在函數調用的過程中涉及到數據的列隊問題，可以方便對之后的數據包進行讀取操作，作為設置代碼的一種手段。

1.4 串口的關閉

串口的操作需要使用close函數進行，關閉端口，停止I/O操作。

2 MODBUS協議的實現方法

想要實現端口的可靠通信問題，還需要具備的是可靠的串口通信協議，MODBUS就是一種協議，在工業領域已經獲得了廣泛的應用，下文介紹的一些方法就是MODBUS協議在工業產業生產中已經獲得過廣泛的推廣，該協議在Qt串口的運行過程中也可能發揮更大的作用。

2.1 MOUBUS的簡介

MOUBUS協議是一種簡單的利用電子控制原理工作的通信軟件，是一種通信語言，通過MOUBUS協議可以實現控制器之間的溝通與互動，控制神經網絡和設備之間實現通信的順暢，并且其已經成為了工業的一種標準，利用該設備，不同的廠商之間的設備可以實現兼容互通，構成一種互聯的工業網絡，為了實現監控的集中和可控制，還會嘗試機器識別的方法實現控制器之間的消息互通，通過各種結構實現網絡通信，如果通過一種機制可以和另外一種機制實現設備之間的溝通互聯，一種設備將會能夠回應其他設備的請求，設備可以學會偵測錯誤記錄并進行及時更正。可以通過一種控制器對另外一種設備的訪問，將偵測出來的錯誤記錄通過路徑記載的形式儲存起來，在制定了相應的網絡格局之后實現公共格式的共享。MODBUS的消息幀可以分成RTU消息幀和常見的ASCII消息幀，通過RTU消息幀可以實現CRC冗余循環的效驗，通過LRC縱向冗余的效驗功能，可以實現ASCII消息幀的效驗。對MODBUS的關鍵內容進行效驗在于解碼其消息幀，考慮到串口通信中可能出現各種信息傳輸的錯誤問題，可靠的消息幀的檢測可以采用機器編碼的方式進行，根據消息幀的數據結構可以實現同一設計模式下的數據功能轉換。數據程序的包裝轉換可以通過起始狀態的消息更新進行，當收到一部分數據之后，就會對應的進入下一個工作狀態，接收到的信息因而不會出現錯誤的可能，如果僅僅是簡單的數據丟失，則不必再等待另一個數據幀的傳輸。

3 結語

本文介紹了數據包的開發方案和實現方法，本文闡明了Qt5串口如何進行編程，根據狀態機的數據如何進行解碼等一些軟件功能的實現方法，根據實踐檢驗，該種測試方案編程容易，工作起來也非常穩定。

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