嵌入式工程师 Modbus转MQTT网关实践

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很多同学做毕设的时候想增加技术点，会考虑加入MQTT网关，今天就分析下如何一步步实现将传统Modbus设备接入云端。

1️⃣为什么需要Modbus转MQTT网关？

这是因为存在几个需求点：

Modbus困境：全球超40%工业设备采用Modbus协议，但存在传输距离短、无法跨网络通信等问题

MQTT优势：轻量级发布/订阅模型，完美适配物联网高并发、低带宽场景

典型场景：工厂设备数据上云、远程监控、能源管理系统（EMS）搭建

2️⃣硬件部分设计

1. 核心控制器

经济型：ESP32（双核240MHz + 内置WiFi，成本<50元）

工业级：STM32H743（400MHz Cortex-M7，支持-40℃~85℃宽温）

扩展需求：预留RS485/RS232接口、DI/DO控制端子

2. 通信模块

有线方案：W5500以太网模块（TCP/IP硬协议栈）

无线方案：

4G Cat.1（中速率场景，月流量<1GB）

LoRaWAN（超远距离，适用于油田、农业）

3️⃣开发环境搭建

必备工具链：

STM32CubeIDE/PlatformIO

Modbus调试工具（ModbusPoll/SimplyModbus）

MQTT客户端（MQTT.fx/Mosquitto）

关键库集成：

# FreeModbus协议栈移植git clone https://github.com/cwalter-at/freemodbus# MQTT客户端选择PlatformIO Lib：PubSubClient / Eclipse Paho

4️⃣软件部分设计

1. Modbus数据采集层

// Modbus RTU从机配置mb_rtu_init(9600, MB_PAR_NONE); mb_configure_holding_registers(0, 100); // 保持寄存器地址映射
// 数据轮询线程void modbus_poll_task() {    while(1) {        eMBPoll(); // FreeModbus事件循环        vTaskDelay(100 / portTICK_RATE_MS);    }}

2. MQTT通信层

// QoS1级别发布示例bool publish_sensor_data() {    return mqttClient.publish("factory/device01/temp",         payload,         MQTT_QOS1 | MQTT_RETAIN);}
// 遗嘱消息设置mqttClient.setWill("factory/device01/status", "offline", true);

3. 协议转换

// 典型JSON数据包{  "devID": "DTU_001",  "ts": 1717049200,  "data": {    "temp": 45.6,    "vibration": 0.023,    "status": 0x1A  }}

4. 主程序逻辑

graph TD    A[Modbus数据采集] --> B{数据变化?}    B -- 是 --> C[转换为JSON]    C --> D[MQTT发布]    B -- 否 --> E[心跳维持]    E --> F[检查网络状态]

你好，我是CodeAllen康哥，CSDN嵌入式领域博客专家，知乎嵌入式领域优质答主，嵌入式技术垂直领域粉丝10万+。现任世界500强外企高级软件开发工程师，有多年国企和外企嵌入式行业工作经验，擅长嵌入式行业学习规划，单片机和嵌入式Linux学习规划，嵌入式硬件转软件学习规划，简历及offer咨询，报考/考研咨询等，欢迎留言交流！