ModbusRTU_TCP

一个基于 C# Windows Forms 开发的 Modbus RTU/TCP 通信工具，支持温湿度数据采集、监控、SQLite 持久化和导出功能。

功能特性

核心功能

• 双协议支持：同时支持 Modbus RTU（串口通信）和 Modbus TCP（网络通信）
• 批量读写操作：支持批量读取和写入保持寄存器（功能码 0x03 和 0x10）
• 自动数据采集：每 3 秒自动采集数据，实时更新显示
• 温湿度监控：专门针对温湿度传感器设计，支持温度/湿度阈值预警
• 数据导出：支持导出历史数据为 TXT 和 CSV 格式
• SQLite 持久化：数据自动写入 SQLite 数据库，支持完整 CRUD 操作

高级特性

• 指数退避重连：设备断线后采用指数退避策略自动重连（1s→2s→4s→8s...最大30s），避免疯狂轮询消耗系统资源
• 异常分类处理：区分业务异常（Modbus 异常码 0x01-0x08）与通信异常（超时/断连），业务异常跳过重试，通信异常触发重连
• 超时重发机制：自动检测超时并重发指令（最多重试 3 次）
• CRC16 校验：RTU 模式下自动计算和验证 CRC16 校验码
• 状态可视化：实时显示设备连接状态和数据状态
• 内存泄漏防护：事件订阅/解绑配对、数据库连接池管理、资源正确 Dispose

技术栈

• 开发语言：C#
• 框架版本：.NET Framework 4.7.2
• 应用类型：Windows Forms 应用程序
• 架构模式：三层架构（BLL/DAL/Model）
• 数据库：SQLite（System.Data.SQLite 1.0.119.0）

项目结构

ModbusRTU_TCP/
├── BLL/                      # 业务逻辑层
│   └── ModbusBLL.cs         # Modbus 通信核心逻辑（含指数退避、异常分类）
├── DAL/                      # 数据访问层
│   ├── DataExportDAL.cs     # SQLite 数据库操作 + 数据导出
│   └── Model/
│       └── DataRecord.cs    # 数据记录模型
├── Properties/               # 项目属性
├── Form1.cs                  # 主窗体
├── Program.cs                # 程序入口
└── App.config                # 应用配置

SQLite 数据库说明

数据库位置

• 路径：D:\SQLiteData\ModbusRTU_TCP.db
• 程序启动时自动创建目录和数据库文件

数据表结构

CREATE TABLE ModbusDataRecords (
    Id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
    CollectTime TEXT NOT NULL,
    Temperature REAL NOT NULL,
    Humidity REAL NOT NULL,
    Status TEXT NOT NULL
);

数据库 CRUD 接口

方法	说明
SaveRecordToSqlite(DataRecord)	新增记录
GetAllRecordsFromSqlite()	查询全部记录（按时间倒序）
GetRecordById(long)	按 ID 查询
QueryRecordsByTimeRange(DateTime, DateTime)	按时间范围查询
UpdateRecord(DataRecord)	更新记录
DeleteRecordById(long)	按 ID 删除
DeleteRecordsByTimeRange(DateTime, DateTime)	按时间范围删除
ClearAllRecords()	清空全部记录

采集到新数据时，会在 AddHistoryRecord(...) 中自动写入 SQLite。

指数退避重连策略

当设备通信异常（超时、Socket 断开）时，系统采用指数退避策略进行重连：

重连次数	等待时间	说明
第 1 次	1 秒	初始等待
第 2 次	2 秒	指数增长
第 3 次	4 秒	指数增长
第 4 次	8 秒	指数增长
第 5 次	16 秒	指数增长
第 N 次	最长 30 秒	封顶限制

相关配置

private const int EXPONENTIAL_BACKOFF_BASE_MS = 1000;   // 基础等待时间 1s
private const int EXPONENTIAL_BACKOFF_MAX_MS = 30000;    // 最大等待时间 30s

异常分类处理

系统将 Modbus 通信异常分为两类，采用不同处理策略：

业务异常（跳过重试）

设备返回的 Modbus 协议异常，属于设备正常响应，无需重试：

异常码	名称	说明
0x01	非法功能码	设备不支持该功能码
0x02	非法数据地址	寄存器地址不存在
0x03	非法数据值	数据值超出范围
0x04	从站设备故障	设备内部错误
0x05	确认	设备已收到请求
0x06	从站设备忙	设备忙碌
0x08	存储奇偶性错误	存储器错误

处理方式：记录日志 → 停止超时计时器 → 恢复自动采集

通信异常（触发重连）

网络或串口通信故障，需要重连恢复：

异常类型	说明
连接超时	设备未在规定时间内响应
Socket 断开	TCP 连接已断开
串口异常	串口通信故障

处理方式：记录日志 → 触发指数退避重连

内存泄漏防护

事件订阅管理

• InitModbusBllEvents()：窗体初始化时订阅所有事件
• UnsubscribeModbusBllEvents()：窗体关闭时解绑所有事件
• UnsubscribeAllEvents()：BLL 层 Dispose 时清空所有事件

数据库连接管理

• 所有 SQLite 操作使用 using 语句确保连接正确释放
• 启用连接池（Pooling=true;Max Pool Size=10）
• DataExportDAL.Dispose() 调用 SQLiteConnection.ClearAllPools() 释放连接池

资源释放链

Form1.Dispose()
  → UnsubscribeModbusBllEvents()    // 解绑事件
  → modbusBll.Dispose()             // 释放 BLL
      → StopExponentialReconnect()  // 停止重连定时器
      → serialPort.Dispose()        // 释放串口
      → tcpSocket.Close()           // 关闭 TCP
      → dataExportDAL.Dispose()     // 释放 DAL
          → SQLiteConnection.ClearAllPools()  // 清理连接池
      → UnsubscribeAllEvents()      // 清空所有事件引用
      → historyRecords.Clear()      // 清空内存列表

使用方法

环境要求

• Windows 操作系统
• .NET Framework 4.7.2 或更高版本
• Visual Studio 2017 或更高版本（用于开发）

快速开始

1. 克隆仓库

   git clone https://github.com/RobhcC/ModbusRTU-TCP.git

2. 打开项目

   • 使用 Visual Studio 打开 ModbusRTU_TCP.slnx
   • 等待 NuGet 包还原完成

3. 配置连接

   RTU 模式（串口）：

   • 选择串口号（如 COM3）
   • 设置波特率（默认 9600）
   • 点击"打开连接"

   TCP 模式（网络）：

   • 输入设备 IP 地址
   • 输入端口号（默认 502）
   • 点击"打开连接"

4. 数据采集

   • 连接成功后自动开始采集（每 3 秒）
   • 或手动点击"批量读取"按钮

5. 数据操作

   • 点击"新增/修改/删除/查询"按钮操作数据库
   • 点击"导出 TXT"或"导出 CSV"导出文件

Modbus 协议说明

支持的功能码

功能码	名称	说明
0x03	读保持寄存器	批量读取寄存器值（最多 125 个）
0x10	写多个寄存器	批量写入寄存器值（最多 123 个）

寄存器地址映射（示例）

地址	名称	数据类型	说明
0x0000	温度值	UInt16	实际温度 = 原始值 / 10
0x0001	湿度值	UInt16	实际湿度 = 原始值 / 10
0x0002	运行状态	UInt16	1=运行，0=停止
0x0003	设定温度	UInt16	目标温度
0x0004	设定湿度	UInt16	目标湿度

配置参数

串口参数（RTU 模式）

• 数据位：8
• 校验位：None
• 停止位：One
• 波特率：9600/19200/38400（可选）

TCP 参数

• 默认端口：502
• 连接超时：5000ms
• 缓冲区大小：1024 字节

通信参数

• 从站地址：1-247（默认 1）
• 最大重试次数：3 次
• 自动采集间隔：3000ms
• 指数退避基础时间：1000ms
• 指数退避最大时间：30000ms

依赖说明

项目通过 NuGet 引用 SQLite 依赖：

• System.Data.SQLite.Core (1.0.119.0)
• Stub.System.Data.SQLite.Core.NetFramework (1.0.119.0)

首次打开项目请先进行 NuGet 还原。

更新日志

v1.1.0

• SQLite 数据库路径迁移至 D:\SQLiteData\ModbusRTU_TCP.db
• 数据表重命名为 ModbusDataRecords
• 实现指数退避重连策略（1s→2s→4s→8s...最大30s）
• 区分业务异常与通信异常，业务异常跳过重试，通信异常触发重连
• 修复内存泄漏：事件订阅/解绑配对、数据库连接池管理
• 完善数据库操作日志记录（所有 CRUD 操作均有日志输出）
• DataExportDAL 实现 IDisposable，正确释放 SQLite 连接池

v1.0.0

• 初始版本发布
• 支持 RTU/TCP 双协议
• 实现批量读写功能
• 添加数据导出功能
• 接入 SQLite 本地数据库

许可证

本项目采用 MIT 许可证，详见 LICENSE 文件。

贡献指南

欢迎提交 Issue 和 Pull Request！

1. Fork 本仓库
2. 创建特性分支 (git checkout -b feature/AmazingFeature)
3. 提交更改 (git commit -m 'Add some AmazingFeature')
4. 推送到分支 (git push origin feature/AmazingFeature)
5. 提交 Pull Request

联系方式

如有问题或建议，请提交 Issue 或联系项目维护者。

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注意：本项目仅供学习和研究使用，生产环境使用请进行充分测试。