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7.9 KiB
C++
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#ifndef MODBUS_TCP_CLIENT_H
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#define MODBUS_TCP_CLIENT_H
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#include <memory>
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#include <string>
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#include <vector>
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#include <functional>
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#include <mutex>
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#include <atomic>
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extern "C" {
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#include "modbus.h"
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}
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/**
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* @brief Modbus TCP客户端类，基于libmodbus库实现
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*
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* 提供完整的Modbus TCP客户端功能，包括：
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* - 连接管理
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* - 所有标准Modbus功能码支持
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* - 异步操作支持
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* - 错误处理和重连机制
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* - 数据类型转换
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*/
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class ModbusTCPClient {
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public:
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// 连接状态枚举
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enum ConnectionState {
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DISCONNECTED = 0, ///< 已断开连接
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CONNECTING, ///< 正在连接
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CONNECTED, ///< 已连接
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ERROR_STATE ///< 错误状态
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};
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// 操作结果枚举
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enum Result {
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SUCCESS = 0, ///< 操作成功
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ERROR_CONNECTION = -1, ///< 连接错误
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ERROR_INVALID_PARAM = -2, ///< 参数错误
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ERROR_TIMEOUT = -3, ///< 超时错误
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ERROR_DEVICE = -4, ///< 设备错误
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ERROR_PROTOCOL = -5, ///< 协议错误
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ERROR_UNKNOWN = -6 ///< 未知错误
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};
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// 连接状态变化回调函数类型
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using ConnectionStateCallback = std::function<void(ConnectionState oldState, ConnectionState newState, const std::string& message)>;
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// 数据变化回调函数类型（用于监控数据变化）
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using DataChangeCallback = std::function<void(int address, const std::vector<uint16_t>& values)>;
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public:
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/**
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* @brief 构造函数
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* @param serverIP 服务器IP地址
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* @param serverPort 服务器端口，默认502
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*/
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ModbusTCPClient(const std::string& serverIP, int serverPort = 502);
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/**
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* @brief 析构函数
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*/
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~ModbusTCPClient();
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// 禁用拷贝构造和赋值
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ModbusTCPClient(const ModbusTCPClient&) = delete;
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ModbusTCPClient& operator=(const ModbusTCPClient&) = delete;
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/**
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* @brief 设置连接参数
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* @param serverIP 服务器IP地址
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* @param serverPort 服务器端口
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* @return 设置是否成功
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*/
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bool SetConnectionParams(const std::string& serverIP, int serverPort);
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/**
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* @brief 设置从站ID
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* @param slaveId 从站ID (1-247)
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* @return 设置是否成功
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*/
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bool SetSlaveId(int slaveId);
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/**
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* @brief 设置响应超时时间
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* @param timeoutMs 超时时间（毫秒）
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* @return 设置是否成功
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*/
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bool SetTimeout(int timeoutMs);
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/**
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* @brief 设置连接状态变化回调
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* @param callback 回调函数
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*/
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void SetConnectionStateCallback(ConnectionStateCallback callback);
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/**
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* @brief 连接到服务器
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* @return 连接结果
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*/
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Result Connect();
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/**
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* @brief 断开连接
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*/
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void Disconnect();
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/**
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* @brief 获取连接状态
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* @return 当前连接状态
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*/
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ConnectionState GetConnectionState() const;
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/**
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* @brief 检查是否已连接
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* @return 是否已连接
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*/
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bool IsConnected() const;
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// === 读操作 ===
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/**
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* @brief 读取线圈状态 (功能码0x01)
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* @param startAddress 起始地址
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* @param quantity 数量 (1-2000)
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||
* @param values 输出值数组
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* @return 操作结果
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*/
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Result ReadCoils(int startAddress, int quantity, std::vector<bool>& values);
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/**
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||
* @brief 读取离散输入 (功能码0x02)
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||
* @param startAddress 起始地址
|
||
* @param quantity 数量 (1-2000)
|
||
* @param values 输出值数组
|
||
* @return 操作结果
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||
*/
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||
Result ReadDiscreteInputs(int startAddress, int quantity, std::vector<bool>& values);
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||
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||
/**
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||
* @brief 读取保持寄存器 (功能码0x03)
|
||
* @param startAddress 起始地址
|
||
* @param quantity 数量 (1-125)
|
||
* @param values 输出值数组
|
||
* @return 操作结果
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||
*/
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||
Result ReadHoldingRegisters(int startAddress, int quantity, std::vector<uint16_t>& values);
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||
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||
/**
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||
* @brief 读取输入寄存器 (功能码0x04)
|
||
* @param startAddress 起始地址
|
||
* @param quantity 数量 (1-125)
|
||
* @param values 输出值数组
|
||
* @return 操作结果
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||
*/
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Result ReadInputRegisters(int startAddress, int quantity, std::vector<uint16_t>& values);
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// === 写操作 ===
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/**
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* @brief 写单个线圈 (功能码0x05)
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* @param address 地址
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* @param value 值
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* @return 操作结果
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*/
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Result WriteSingleCoil(int address, bool value);
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/**
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* @brief 写单个保持寄存器 (功能码0x06)
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||
* @param address 地址
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* @param value 值
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||
* @return 操作结果
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||
*/
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Result WriteSingleRegister(int address, uint16_t value);
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/**
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* @brief 写多个线圈 (功能码0x0F)
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* @param startAddress 起始地址
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||
* @param values 值数组
|
||
* @return 操作结果
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||
*/
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Result WriteMultipleCoils(int startAddress, const std::vector<bool>& values);
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/**
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* @brief 写多个保持寄存器 (功能码0x10)
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||
* @param startAddress 起始地址
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||
* @param values 值数组
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||
* @return 操作结果
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*/
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Result WriteMultipleRegisters(int startAddress, const std::vector<uint16_t>& values);
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// === 组合操作 ===
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/**
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* @brief 读写多个寄存器 (功能码0x17)
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* @param readStartAddress 读起始地址
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* @param readQuantity 读数量
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* @param writeStartAddress 写起始地址
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||
* @param writeValues 写值数组
|
||
* @param readValues 读取的值数组（输出）
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||
* @return 操作结果
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||
*/
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Result ReadWriteMultipleRegisters(int readStartAddress, int readQuantity,
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int writeStartAddress, const std::vector<uint16_t>& writeValues,
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std::vector<uint16_t>& readValues);
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// === 数据类型转换辅助函数 ===
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/**
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||
* @brief 将两个16位寄存器合并为32位整数
|
||
* @param high 高位寄存器
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||
* @param low 低位寄存器
|
||
* @return 32位整数值
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||
*/
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||
static uint32_t RegistersToUInt32(uint16_t high, uint16_t low);
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||
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||
/**
|
||
* @brief 将32位整数分解为两个16位寄存器
|
||
* @param value 32位整数值
|
||
* @param high 高位寄存器（输出）
|
||
* @param low 低位寄存器（输出）
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||
*/
|
||
static void UInt32ToRegisters(uint32_t value, uint16_t& high, uint16_t& low);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 将两个16位寄存器合并为32位浮点数
|
||
* @param high 高位寄存器
|
||
* @param low 低位寄存器
|
||
* @return 32位浮点数值
|
||
*/
|
||
static float RegistersToFloat(uint16_t high, uint16_t low);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 将32位浮点数分解为两个16位寄存器
|
||
* @param value 32位浮点数值
|
||
* @param high 高位寄存器（输出）
|
||
* @param low 低位寄存器（输出）
|
||
*/
|
||
static void FloatToRegisters(float value, uint16_t& high, uint16_t& low);
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||
// === 错误处理 ===
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||
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/**
|
||
* @brief 获取最后一次错误信息
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||
* @return 错误信息字符串
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*/
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||
std::string GetLastError() const;
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||
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/**
|
||
* @brief 将Result转换为字符串
|
||
* @param result 结果枚举
|
||
* @return 结果描述字符串
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*/
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static std::string ResultToString(Result result);
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||
/**
|
||
* @brief 将ConnectionState转换为字符串
|
||
* @param state 状态枚举
|
||
* @return 状态描述字符串
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||
*/
|
||
static std::string ConnectionStateToString(ConnectionState state);
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private:
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/**
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||
* @brief 设置连接状态
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||
* @param newState 新状态
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||
* @param message 状态变化消息
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*/
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||
void SetConnectionState(ConnectionState newState, const std::string& message = "");
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/**
|
||
* @brief 检查modbus上下文是否有效
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* @return 是否有效
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*/
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||
bool IsModbusContextValid() const;
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||
|
||
/**
|
||
* @brief 将libmodbus错误转换为Result
|
||
* @return 转换后的结果
|
||
*/
|
||
Result ConvertLibmodbusError() const;
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 设置最后错误信息
|
||
* @param error 错误信息
|
||
*/
|
||
void SetLastError(const std::string& error);
|
||
|
||
private:
|
||
modbus_t* m_modbusContext; ///< libmodbus上下文
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||
std::string m_serverIP; ///< 服务器IP地址
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||
int m_serverPort; ///< 服务器端口
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||
int m_slaveId; ///< 从站ID
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int m_timeoutMs; ///< 超时时间（毫秒）
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||
std::atomic<ConnectionState> m_connectionState; ///< 连接状态
|
||
ConnectionStateCallback m_stateCallback; ///< 状态变化回调
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||
|
||
mutable std::mutex m_mutex; ///< 互斥锁
|
||
std::string m_lastError; ///< 最后错误信息
|
||
};
|
||
|
||
#endif // MODBUS_TCP_CLIENT_H
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