UTP系统通过ModBus协议对温度传感器的自动化测试介绍

一、UTP系统简介

宏控UTP协同自动化测试系统（简称UTP测试系统）是一款通用的自动化测试系统，支持对总线通信(如串口、CAN、以太网等)、信号测试(AD、DA、IO等）、无线通信（蓝牙、WiFi、4G/5G)、显示识别（设备屏幕、按钮、LED等）、设备操控、软件功能等各方面进行自动化测试，能够进行各种复杂时序的自动化测试。

接下来，我将通过一个具体的温度传感器实例来详细说明我们如何使用UTP通过ModBus协议对温度传感器进行自动化测试的。

二、被测产品介绍

温度传感器通过Modbus协议实现数据采集与参数配置：当需要读取实时温度时，主控制器发送Modbus读保持寄存器请求（功能码0x03，寄存器地址30001），传感器接收请求后返回当前温度值（如寄存器数据0x1388表示50.0℃）；当需要设置温度报警阈值时，主控制器通过Modbus写保持寄存器指令（功能码0x06，寄存器地址40001）发送目标值（如写入0x01F4表示设定上限为100.0℃），传感器接收并解析报文后更新内部参数，并通过响应帧确认写入成功。

温度传感器涉及的指令：

三、被测产品测试分析

为验证温度传感器在Modbus协议下的通信与控制性能，测试流程如下：首先，通过Modbus主站工具（如Modbus Poll）发送读输入寄存器请求（功能码0x04，地址30001），获取传感器实时温度值（如返回0x1388表示50.0℃）；随后，利用写保持寄存器指令（功能码0x06，地址40001）设置报警阈值（如写入0x01F4表示上限100.0℃），并解析响应帧确认参数更新成功；最后，模拟超限工况（如加热至105.0℃），通过读寄存器40003验证报警标志位是否为1，并检测传感器数字输出信号是否触发，从而闭环验证其数据准确性、配置可靠性及异常响应能力。接下来，将对这一测试过程展开详细分析。

1、数据采集测试：

利用专业测试工具向温度传感器发送读取输入寄存器请求（功能码0x04，寄存器地址0x0000），获取实时温度值（如返回0x1388表示50.0℃）。

2、参数配置测试：

通过写保持寄存器指令（功能码0x06，寄存器地址0000）设置温度报警阈值（如写入0x01F4表示设定上限为100.0℃）。

3、闭环验证与功能触发：

对传感器返回的响应报文进行解析，确认参数写入成功；

模拟温度升至阈值以上（如加热至105.0℃），验证传感器是否通过数字输出触发报警信号，并读取状态寄存器（如40003）确认报警标志位是否为1。

在手动测试温度传感器ModBus通信时，存在诸多不足：

手动构建报文并观察电机响应的方式效率极低，每个操作步骤都需人工介入，使得完整测试流程耗时漫长。

人工编码报文容易因对协议理解不足或操作疏忽而产生错误，影响测试准确性。

手动操作无法保证报文发送的精确时序，难以模拟真实工业环境下的实时通信需求。并且，复杂工况和异常场景的模拟存在局限性，可能遗漏潜在问题。

手动记录和分析数据不仅效率低下，还容易出错，难以从大量数据中快速提取关键信息，不利于故障排查与性能评估。

四、UTP系统实现对上述被测产品测试

下图为UTP测试系统与伺服电机的连接方式图示。图中展示了如何将温度传感器的控制接口与UTP测试系统的输出端口相连。连接时需确保信号线的正确对接，以及电源线的正确连接，以保证测试的准确性和安全性。

UTP测试平台：

作为整个测试系统的基础平台，为串口通信测试提供一个稳定的运行环境，用于模拟各种测试场景、生成测试数据以及对测试结果进行初步的处理和分析等。

串口通信测试机器人：

专门用于测试串口通信的测试机器人，它可以生成和发送数据，接收并解析从串口线上传来的消息，通过与其他设备的通信来验证串口通信的正确性、稳定性以及性能等指标。

串口硬件模块：

实现USB接口与串行通信接口（如RS-232、RS-485、TTL）之间的双向转换。它使得计算机（通过USB接口）能够便捷地与串口设备通信，将从USB接收到的数据转换为符合串口协议规范的信号（如RS-232电平信号、RS-485差分信号）发送到目标设备，同时将串口设备返回的数据转换为USB数据格式回传至计算机。

温度传感器：

被测温度传感器，根据从通信总线（如Modbus）接收到的指令（如读取实时温度、设置报警阈值等）来执行数据采集或参数配置，并通过响应报文反馈当前状态或确认操作结果。

UTP测试平台通过可视化时序设计工具，支持自动化构建Modbus传感器测试流程：

基于预设时序，通过写保持寄存器指令（功能码0x06）自动配置传感器参数（如报警阈值40001=1000表示100.0℃），并通过读输入寄存器指令（功能码0x04）实时采集温度值（如地址30001返回0x1388表示50.0℃），确保低延迟通信。

动态解析与验证被测设备响应，自动解析传感器返回的报文，提取关键字段（如温度值、报警状态位40003=0x01表示超限），并执行条件判断（如温度≥100℃时触发报警）。

闭环判定测试结果，对接收的Modbus报文进行协议合规性校验（如CRC校验、功能码匹配）及业务逻辑判定（温度误差≤±1%）。

五、设计自动化测试脚本

UTP协同测试系统提供图形化的自动化用例编辑功能，支持设计出满足各种业务场景和时序要求的测试用例，通过测试用例调度各种不同的测试机器人执行测试，实现“多输入多输出”的协同自动化测试能力。

下图是一个自动化测试用例，实现了测试系统自动向温度传感器发送请求：

下面是测试系统对温度传感器回复的消息的检查，测试系统自动按时序接收并检查被测产品发出的消息内容，自动判定是否成功或失败：

下图展示的是测试系统的总线数据监测界面，该界面具备对总线数据进行实时监控与深度解析的功能。在这个界面中，能够对总线协议里出现的各类消息开展细致解析，并进行全面记录。

总结

UTP协同自动化测试系统可有效解决手动测试温度传感器ModBus通信的问题。它能自动化发送请求和检查消息，极大提升测试效率，节省大量时间。系统依据预设协议规则生成报文，避免人为编码错误，确保报文准确性。凭借高精度时序控制，可模拟真实工业环境下的实时通信，满足实时性测试需求。还能全面模拟复杂工况与异常场景。

审核编辑 黄宇