UniCon.Drivers.Modbus 1.0.1

<div align="center"> <img src="https://img.icons8.com/color/120/000000/iot-sensor.png" alt="UniCon Logo" width="120" style="margin-bottom: 20px;"/> <h1>UniCon (Universal Connection)</h1> <p><b>🚀 高性能、插件化的 .NET 10 工业物联网通讯集成框架</b></p> <p><i>A High-Performance, Pluggable Industrial IoT Integration Framework Built on .NET 10</i></p>

<p align="center"> <a href="https://github.com/entity/UniCon/actions/workflows/dotnet.yml"><img src="https://github.com/entity/UniCon/actions/workflows/dotnet.yml/badge.svg" alt="Build Status"/></a> <a href="https://www.nuget.org/packages/UniCon.Core"><img src="https://img.shields.io/nuget/v/UniCon.Core.svg?style=flat-square&logo=nuget&color=004880" alt="NuGet"/></a> <a href="https://dotnet.microsoft.com/download/dotnet/10.0"><img src="https://img.shields.io/badge/.NET-10.0-512BD4?style=flat-square&logo=.net" alt=".NET 10"/></a> <a href="LICENSE"><img src="https://img.shields.io/github/license/entity/UniCon?style=flat-square&color=44CC11" alt="License"/></a> <a href="https://github.com/entity/UniCon/stargazers"><img src="https://img.shields.io/github/stars/entity/UniCon?style=flat-square&color=F5C211" alt="GitHub Stars"/></a> </p>

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📖 1. 项目简介

UniCon (Universal Connection) 是一款专为工业 4.0 与物联网场景设计的 高性能、插件化 .NET 工业通讯集成框架（基于最新的 .NET 10 构建）。

其核心使命在于实现 “协议抽象化”、“自愈自动化” 与 “高并发实时调度”。通过统一的类 Web 读写契约（HTTP Request/Response 模式），彻底屏蔽不同工业协议（如 S7, OPC UA, Modbus, MQTT）底层的复杂差异，充当南向工业设备与北向 IT 系统（MES/ERP/SCADA）之间的通用协议转换与高频数据同步桥梁。

无论是简单的点位读写，还是数万点位的高频实时轮询，UniCon 都能以极低的资源占用和极高的稳定性保驾护航。

🌟 2. 项目亮点与核心优势

• 🛡️ 统一读写契约 (Unified Protocol Abstraction)
  借鉴现代 Web 架构，引入 UniconRequest/Response 抽象模型。上层应用无需关注底层物理链路与协议格式，通过统一接口即可对 PLC、时序数据库或云端队列进行透明操作。

• ⚡ v2 极速扫描引擎 (High-Concurrency Scan Engine)
  全面重构的 v2 引擎基于 System.Threading.Channels 的异步分发与无锁化队列设计。彻底解耦了 ScanScheduler（轮询调度）、ScanGroupRegistry（地址合并去重）与 NotificationDispatcher（异步回调推送），在万级点位的高频并发采集下实现极低的 CPU 与内存开销。

• 🔄 自主自愈机制 (Smart Watchdog & Exponential Backoff)
  内置工业级 Watchdog 监控和指数退避重连算法。能够实时监测网络断线、设备宕机、链路拥堵并自动进行优雅重连，确保在恶劣的现场工业网环境下仍能实现通讯自愈。

• 🕒 工业级任务调度 (Enterprise Job Scheduling)
  深度集成 Quartz.NET 调度中心，支持高灵活度的 CRON 表达式。让点位采集、批处理、设备控制、心跳检测与业务任务协同调度变得轻而易举。

• 🌐 动态 WebAPI 扩展 (Dynamic Minimal REST API)
  内置开箱即用的 Minimal API 控制层，支持在运行时动态注册、注销、配置和健康检查各类通信驱动，提供标准 RESTful 接口供第三方系统直接调用。

• 📊 时序质量审计 (Data Quality & Server Timestamp)
  核心领域模型 DataValue<T> 自带数据质量戳 (Quality) 和设备源时间戳 (Server Timestamp)，完美适配时序数据库（InfluxDB/TDengine）对数据源头审计和异常清洗的要求。

• 🧩 强内聚插件化架构 (Clean Architecture & DIP)
  严格遵循 Clean Architecture (清洁架构) 与 DIP (依赖倒置原则)。提供高度解耦的 DriverBase 基类，新增通信协议驱动只需关注核心读写逻辑，即可无缝融入框架生态。

🛠️ 3. 技术栈清单

💻 核心技术与框架

• 运行时: .NET 10.0 (C# 14/15)
• 依赖注入/Web: Microsoft.Extensions.DependencyInjection, ASP.NET Core Minimal APIs
• 高并发核心: System.Threading.Channels, System.Threading.Tasks
• 定时任务: Quartz.NET (带有依赖注入支持)
• 规则验证: FluentValidation
• 配置管理: Options Pattern (配置选项模型)

🔌 支持协议与底层依赖驱动

🚀 4. 环境要求与安装启动步骤

📋 4.1 开发环境要求

• 操作系统: Windows 10/11, macOS Sequoia+, Linux (Ubuntu/CentOS)
• SDK / 运行时: .NET SDK 10.0 或更高版本
• IDE 工具: Visual Studio 2022 (v17.12+) / JetBrains Rider 2025.1+ / VS Code (.NET C# Dev Kit)

📥 4.2 还原与构建

首先，克隆仓库到本地：

git clone https://github.com/entity/UniCon.git
cd UniCon

使用 .NET CLI 一键还原依赖并执行构建：

# 还原所有 NuGet 依赖包
dotnet restore

# 编译整个解决方案 (Release 模式)
dotnet build -c Release

🧪 4.3 运行单元测试

UniCon 拥有完善的单元测试覆盖，确保调度器、驱动管理器与 Channel 分发器的功能稳定性：

dotnet test

⚡ 4.4 启动 WebServer 演示网关

框架内置了一个开箱即用的 Minimal API Web 服务，可用于动态注入驱动和 RESTful 通讯交互：

# 启动表现层 Web API 网关
dotnet run --project src/UniCon.WebServer

服务启动后，可以通过浏览器访问控制台控制台或 Swagger 文档：

• API 地址: http://localhost:5000 或 https://localhost:5001
• 健康检查: http://localhost:5000/health

💡 5. 基础使用代码示例

5.1 安装 NuGet 依赖包

UniCon 采用插件化与模块化的设计理念。核心引擎与各物理设备驱动包均已在 NuGet 独立发布：

📦 核心包 (必选)

• .NET CLI: dotnet add package UniCon.Core
• Package Manager: Install-Package UniCon.Core

🔌 协议驱动包 (按需选择)

5.2 依赖注入配置 (Program.cs)

在一键配置框架基础层后，即可以构造函数方式注入 IDriverRegistry 和 IConnectionManager：

using UniCon.Core.Extensions;

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

// 一键注册 UniCon 核心依赖（包含缓冲服务、连接生命周期管理、动态驱动注册中心）
builder.Services.AddUniCon();

// 注册 Quartz 定时调度（可选）
builder.Services.AddQuartzService(); 

var app = builder.Build();
app.Run();

5.3 异步高频数据采集与变化订阅 (v2 调度引擎)

以下展示了如何通过 UniCon 的 v2 扫描引擎，优雅地向西门子 S7-1200 PLC 建立连接、配置防抖死区、并实现基于异常（变化）推送的高频轮询。

using UniCon.Core;
using UniCon.Core.Models;
using UniCon.Drivers.S7;
using Microsoft.Extensions.Logging;

// 1. 实例化西门子 S7 通讯驱动 (指定唯一设备标识)
ILogger<S7Driver> logger = loggerFactory.CreateLogger<S7Driver>();
var s7Driver = new S7Driver("Siemens_PLC_01", logger, cacheProvider);

// 开启自愈守卫: 自动处理网络中断与物理链路重连
s7Driver.EnableAutoReconnect = true;

// 2. 连接到 PLC 终端
await s7Driver.ConnectAsync("CpuType=S71200;Ip=192.168.1.200;Rack=0;Slot=1");

// 3. 注册变化订阅器 (基于 Channel 的无锁轮询调度)
var subscriptionId = await s7Driver.SubscribeAsync(new UniconSubscription
{
    Address = "DB10.DBD20",                 // PLC 点位寄存器地址
    ScanRateMs = 200,                       // 轮询周期: 200ms 快速扫描
    ScanMode = UniconScanMode.ExceptionBased,// 变化推送模式: 仅当值或 Quality 变化时触发
    Metadata = new TagMetadata 
    { 
        Deadband = 0.2,                     // 变化死区: 波动小于 0.2 时忽略推送，过滤噪声
        Unit = "Mpa"                        // 点位物理单位
    },
    Callback = async dataValue => 
    {
        // 收到过滤并校验后的安全数据值
        Console.WriteLine($"⏱️ [{dataValue.ServerTimestamp}] 压力变送器数据变化!");
        Console.WriteLine($"   💡 当前值: {dataValue.Value} {dataValue.Unit} (状态: {dataValue.Quality})");
        await Task.CompletedTask;
    }
});

5.4 统一 RESTful API 动态交互

您还可以通过标准的 HTTP REST 协议，在任何第三方语言（Java/Python/Go/Frontend）中轻松控制设备：

### 请求：通过 UniCon 统一网关读取指定驱动的物理点位
GET http://localhost:5000/api/drivers/Siemens_PLC_01/read?address=DB10.DBD20
Accept: application/json

### 响应：统一的 UniconResponse 协议规范
{
  "success": true,
  "code": 200,
  "data": {
    "address": "DB10.DBD20",
    "value": 12.84,
    "quality": "Good",
    "serverTimestamp": "2026-05-23T17:24:28.104Z",
    "message": null
  }
}

📂 6. 项目文件目录说明

UniCon/
├── .github/                  # CI/CD 自动化工作流目录
│   └── workflows/            # GitHub Actions (单元测试与文档部署)
├── .vuepress_docs/           # 基于 VuePress 2 构建的静态在线文档工程
│   ├── docs/                 # 系统架构、驱动开发等详尽文档目录
│   └── package.json          # 前端文档依赖管理
├── src/                      # 核心源码目录
│   ├── UniCon.Core/          # 💎 核心抽象与领域模型 (DIP、Channel 并发扫描引擎、契约定义)
│   ├── UniCon.Drivers.S7/    # 🔌 Siemens S7 协议驱动实现
│   ├── UniCon.Drivers.OpcUa/ # 🔌 OPC UA 客户端通讯实现
│   ├── UniCon.Drivers.Modbus/# 🔌 Modbus TCP / RTU 通讯实现
│   ├── UniCon.Drivers.Mqtt/  # 🔌 MQTT 轻量级发布订阅实现
│   ├── UniCon.WebServer/     # 🌐 Minimal Web API 宿主网关与动态管理接口
│   └── UniCon.Jobs/          # 🕒 Quartz 工业级集成任务扩展
├── tests/                    # 测试套件目录
│   └── UniCon.Tests/         # 🧪 针对扫描调度、无锁 Channel 的全套单元测试
├── UniCon.slnx               # .NET 10 新版轻量化解决方案声明文件
└── README.md                 # 项目主说明文档 (本文件)

🤝 7. 参与开发贡献方式

我们对所有的 Pull Request 和贡献都持非常开放与欢迎的态度！如果您想为 UniCon 添砖加瓦，请遵循以下流程：

🛠️ 7.1 开发工作流

1. Fork 本仓库到您的个人 GitHub 账号下。
2. 创建您的专属功能分支（Feature Branch）：

   git checkout -b feature/amazing-driver
   

3. 遵循本项目的 代码质量标准：
   • 复杂度控制: 单个方法尽量保持在 40 行以内，避免嵌套过深。
   • 异步优先: 所有 I/O 操作、通讯处理必须使用 async / await 结构。
   • 可观测性: 关键步骤及异常捕获处引入 ILogger 进行结构化日志记录。
4. 在提交前对代码进行规范化格式化并确保所有测试通过：

   dotnet format
   dotnet test
   

5. 提交并推送您的修改，发起一个 Pull Request 到主仓库。

🐞 7.2 报告问题与反馈

如果您在现场使用或开发测试中遇到任何问题，请随时通过 GitHub Issues 进行反馈。我们在提交 Issue 时建议附带：

• 运行的环境（如操作系统、.NET 具体版本）。
• 异常通讯驱动类型与异常堆栈日志。
• 可复现的最小代码片段。

📄 8. 开源协议与版权声明

本项目基于 MIT License 协议开源。这意味着您可以免费在商用及私人项目中自由使用、修改及分发本框架源码，但必须在分发版本中包含原作者的版权声明与许可声明。

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