一、关于TCP Modbus协议

1、协议介绍

Modbus协议是由Modicon公司（现在的施耐德电气Schneider Electric）推出，主要建立在物理串口、以太网TCP/IP层之上，目前已经成为工业领域通信协议的业界标准，广泛应用在工业电子设备之间的互联。
Modbus Poll和Modbus Slave是两款非常流行的Modbus设备仿真软件，支持Modbus RTU/ASCII和Modbus TCP/IP协议，经常用于测试和调试Modbus设备，观察Modbus通信过程中的各种报文。
当用于支持Modbus RTU/ASCII协议时，ModbusPoll作为一个主站设备， ModbusSlave作为一个从站设备，从站设备接收主站设备的命令并返回数据。而当用于支持Modbus TCP/IP时，ModbusSlave作为一个服务器， ModbusPoll作为一个客户端，服务器接收客户端的命令并返回数据。客户端需要填写指定连接的远程服务器IP地址和端口号。

2、TCP Modbus的数据包格式

2.1：请求包：

在这里插入图片描述

本次请求：00 4b 00 00 00 06 01 03 00 00 00 02

00 4b为此次通信事务处理标识符，一般每次通信之后将被要求加1以区别不同的通信数据报文;

00 00表示协议标识符，00 00为modbus协议;

00 06为数据长度，用来指示接下来数据的长度，单位字节;

01为设备地址，一般指从站站号，用以标识连接在串行线或者网络上的远程服务端的地址。以上七个字节也被称为modbus报文头

03为功能码，此时代码03为读取保持寄存器数据；

00 00为起始地址，指从第0个寄存器开始读数据

00 02为寄存器数量，指从上面说的寄存器，开始读取2个寄存器的数据
关于功能码，常见的功能码如下：

在这里插入图片描述

2.2：请求包：

在这里插入图片描述
本次响应：00 4b 00 00 00 07 01 03 04 01 b6 01 00
00 4b为此次通信事务处理标识符，应答报文要求与先前对应的请求保持一致;

00 00为协议标识符，与先前对应的请求保持一致;

00 07为数据长度，用来指示接下来数据的长度，单位字节

01为设备地址，应答报文要求与先前对应的请求保持一致；

03为功能码，正常情况下应答报文要求与先前对应的请求保持一致，如果出错则返回80h+先前的功能码；

04指示接下来数据的字节长度;

01 b6 01 00为被读取的保持寄存器中的数据值，本例中同时读取了温湿度两个寄存器数据，此处返回4个字节，每2个字节一组数据。
翻译过来就是：01b6=438，湿度43.8%。0100=256，湿度25.6℃

二、Python的Modbus TCP客户端

1、Python modbus_tk第三方库

Python中提供了支持Modbus协议的第三方库——modbus_tk，简单的通过pip install modbus_tk即可安装
如下例子实现了一个简单的，读取0000和0001两个寄存器的数据
如下所示：

import modbus_tk.modbus_tcp as mt
import modbus_tk.defines as md

# 远程连接到服务器端
master = mt.TcpMaster("192.168.1.10", port=502)
master.set_timeout(1.0)

# @slave=1 : identifier of the slave. from 1 to 247.  0为广播所有的站号
# @function_code=READ_HOLDING_REGISTERS：功能码
# @starting_address=1：开始地址
# @quantity_of_x=3：寄存器/线圈的数量
# @output_value：一个整数或可迭代的值：1/[1,1,1,0,0,1]/xrange(12)
# @data_format
# @expected_length
Hold_value = master.execute(slave=1, function_code=md.READ_HOLDING_REGISTERS, starting_address=0, quantity_of_x=1, output_value=5)

print(Hold_value)  # 取到的寄存器的值格式为元组(456, 288)

2、确认温度传感器寄存器地址

对于你购买的支持TCP Modbus协议的温湿度传感器，请查阅说明书确认温度、湿度两个数据的寄存器地址。
比如，我这个温度传感器，很简单的就是第1、2两个寄存器内存储着湿度、温度。
在这里插入图片描述

三、数据整合展示到PRTG监控系统

import modbus_tk
import modbus_tk.modbus_tcp as mt
import modbus_tk.defines as md
import json

def print_json(value_list):
    try:
        data={
            "prtg": {
            "result": []
            }
            }
        result_data=[]
        for i in value_list:
            Temperature_data={
                "Channel": "%s Temperature"%i,
                "Unit": "Temperature",
                "Mode":"Absolute",
                "DecimalMode":"All",
                "Float":1,
                "LimitMode":1,
                "LimitMaxWarning":35,
                "LimitMinWarning":18,
                "Value":int(value_list[i][1])/10
            }
            Humidity_data={
                "Channel": "%s Humidity"%i,
                "Unit": "Percent",
                "Mode":"Absolute",
                "DecimalMode":"All",
                "Float":1,
                "LimitMode":1,
                "LimitMaxWarning":70,
                "LimitMinWarning":10,
                "Value":int(value_list[i][0])/10
            }
            data['prtg']['result'].append(Temperature_data)
            data['prtg']['result'].append(Humidity_data)

        print (json.dumps(data, sort_keys=True, indent=2))
    except Exception as err:
        raise err

def get_value(host_ip):
    try:
        master = mt.TcpMaster(host=host_ip,port=2000)
        master.set_timeout(1.0)
        Hold_value = master.execute(slave=1, function_code=md.READ_HOLDING_REGISTERS, starting_address=0, quantity_of_x=2, output_value=5)
    except Exception as err:
        return(0,0)
    else:
        return Hold_value

if __name__ == "__main__":
    try:
        host_list=["10.0.0.213","10.0.0.214"]
        # 多个传感器在这里依次填入IP地址
        value_list={}
        for host_ip in host_list:
            value_list[host_ip]=get_value(host_ip)
        print_json(value_list)

    except Exception as err:
        data={
          "prtg": {
           "error": 1,
           "text": str(err)
          }
         }
        print (json.dumps(data, sort_keys=True, indent=2))

运行后给出的符合PRTG要求的json结构格式数据

{
  "prtg": {
    "result": [
      {
        "Channel": "10.0.0.213 Temperature",
        "DecimalMode": "All",
        "Float": 1,
        "LimitMaxWarning": 35,
        "LimitMinWarning": 18,
        "LimitMode": 1,
        "Mode": "Absolute",
        "Unit": "Temperature",
        "Value": 24.3
      },
      {
        "Channel": "10.0.0.213 Humidity",
        "DecimalMode": "All",
        "Float": 1,
        "LimitMaxWarning": 70,
        "LimitMinWarning": 10,
        "LimitMode": 1,
        "Mode": "Absolute",
        "Unit": "Percent",
        "Value": 39.7
      },
      {
        "Channel": "10.0.0.214 Temperature",
        "DecimalMode": "All",
        "Float": 1,
        "LimitMaxWarning": 35,
        "LimitMinWarning": 18,
        "LimitMode": 1,
        "Mode": "Absolute",
        "Unit": "Temperature",
        "Value": 24.5
      },
      {
        "Channel": "10.0.0.214 Humidity",
        "DecimalMode": "All",
        "Float": 1,
        "LimitMaxWarning": 70,
        "LimitMinWarning": 10,
        "LimitMode": 1,
        "Mode": "Absolute",
        "Unit": "Percent",
        "Value": 41.2
      }
    ]
  }
}
Program ended with exit code: 0