使用 Node-RED + Modbus Server 快速搭建协议网关：实现工业设备数据到 MQTT 的完整链路

为什么选择 Node-RED + Modbus Server + MQTT？

在工业物联网（IIoT）场景中，Modbus TCP 依然是最常见、最可靠的设备通信协议之一。大量 PLC、电表、传感器都依赖 Modbus 进行参数读取或状态上报。然而，传统工控软件通常封闭、难以扩展，不便与现代 MQTT、云平台或自研平台（例如 ZedIoT）对接。

Node-RED 则具备如下天然优势：

• 支持 Modbus、MQTT、HTTP 等常见协议
• 可视化流程，搭建网关无需编写大量代码
• 插件生态丰富，可扩展规则引擎、数据清洗、联动逻辑
• 跨平台运行，适合 Linux 服务器、树莓派、Docker 环境

因此，“Node-RED + Modbus Server + MQTT” 是一种非常轻量、灵活、可移植的网关方案，适合工业设备数据接入平台端。

整体架构设计

设备多数作为 Modbus Client（主站） 主动连接网关，而网关（Node-RED）作为 Modbus Server（从站） 监听端口并提供寄存器空间。

随后，Node-RED 再通过 Modbus Client 节点轮询自身的这个 Server，获得写入后的寄存器数据，并按规则转发到 MQTT Broker（如 EMQX、Mosquitto、ZedIoT MQTT 等）。

架构流程如下：

系统架构图

符合你要求的 Mermaid 语法：

---
title: "Node-RED Modbus Server → MQTT 多层数据流架构"
---
graph TD

%% ===== 样式定义 =====
classDef field   fill:#FFEED6,stroke:#E67E22,stroke-width:2,rx:10,ry:10,color:#6E2C00,font-weight:bold;
classDef nodered fill:#E3F2FD,stroke:#1976D2,stroke-width:2,rx:10,ry:10,color:#0D47A1,font-weight:bold;
classDef logic   fill:#F3E5F5,stroke:#8E24AA,stroke-width:2,rx:10,ry:10,color:#4A148C,font-weight:bold;
classDef mqtt    fill:#E2F7E2,stroke:#2E7D32,stroke-width:2,rx:10,ry:10,color:#1B5E20,font-weight:bold;
classDef cloud   fill:#FFF4C2,stroke:#F4A300,stroke-width:2,rx:10,ry:10,color:#5D4037,font-weight:bold;
classDef note    fill:#FFF9E6,stroke:#E6A700,stroke-width:1.5,rx:8,ry:8,color:#5D3B00;

linkStyle default stroke:#555,stroke-width:1.5;

%% ===== Layer 1：现场 Modbus 设备层（多个设备） =====
subgraph L1["① 现场设备层（Modbus TCP Clients）"]
direction LR
A1["🏭 PLC / 控制柜<br/>Modbus TCP Client #1"]:::field
A2["⚙️ 变频器 / 电机驱动<br/>Modbus TCP Client #2"]:::field
A3["🌡️ 温度/压力传感器网关<br/>Modbus TCP Client #3"]:::field
end

%% ===== Layer 2：Node-RED Modbus 接入层（多个节点） =====
subgraph L2["② Node-RED Modbus 接入层"]
direction TB
B1["🖧 Modbus Server (TCP 1502)<br/>统一寄存器入口"]:::nodered
B2["📘 Modbus Read Client<br/>周期轮询寄存器"]:::nodered
B3["✏️ Modbus Write Client<br/>下发控制命令 (可选)"]:::nodered
end

%% ===== Layer 3：Node-RED 规则与处理层（多个 Flow） =====
subgraph L3["③ Node-RED 规则引擎与数据处理"]
direction LR
D1["⚙️ Function：解析寄存器<br/>单位换算 / 字段映射"]:::logic
D2["🚨 Function：告警规则<br/>阈值判断 / 状态机"]:::logic
D3["📊 Node-RED Dashboard<br/>本地监控大屏"]:::logic
end

%% ===== Layer 4：MQTT 与云平台层（多个消费者） =====
subgraph L4["④ MQTT / 云平台层"]
direction LR
E1["☁️ MQTT Broker<br/>ZedIoT / Mosquitto"]:::mqtt
E2["📈 ZedAIoT 云平台<br/>时序存储 / AI 分析"]:::cloud
E3["🔧 其他订阅者<br/>如 InfluxDB / Node-RED 其他 Flow"]:::mqtt
end

%% ===== 现场 → Node-RED Modbus 流 =====
A1 -->|"读/写寄存器"| B1
A2 -->|"读/写寄存器"| B1
A3 -->|"读/写寄存器"| B1

B1 -->|"寄存器缓存 / Holding Registers"| B2
B1 -->|"控制命令写入 (可选)"| B3

%% ===== Node-RED 内部处理流 =====
B2 -->|"原始寄存器值"| D1
D1 -->|"结构化数据 (JSON)"| D2
D1 -->|"实时数据"| D3
D2 -->|"Telemetry / Alert 消息"| E1

%% ===== MQTT / 云端分发 =====
E1 -->|"Topic: factory/+/telemetry"| E2
E1 -->|"Topic: factory/+/alert"| E3

关键原理解析

1. 工业设备如何写入 Node-RED？

在 Modbus 协议里，设备无法“主动上传”，而是通过对 Server 的写寄存器操作实现数据上报，例如：

• FC06：写单个保持寄存器
• FC16：写多个保持寄存器

Node-RED 的 modbus-server 节点会将这些写入操作记录到内部寄存器缓冲区。

2. 为什么需要 Node-RED 自己再做 Modbus Read？

modbus-server 节点 不会主动输出消息。

因此，如果想获取最新寄存器内容，需要使用：

• modbus-read
• 或 modbus-flex-getter

去轮询这个 Server。

这是 Node-RED 搭建 Modbus 网关的关键设计点。

3. 如何把寄存器数据转为 MQTT？

在 function 节点中解析 Modbus 数据，映射为业务字段，例如：

msg.topic = "iot/device001/telemetry";
msg.payload = {
    temperature: msg.payload[0] / 10,
    humidity: msg.payload[1] / 10,
    ts: Date.now()
};
return msg;

然后传给 mqtt out 发往平台。

在服务器上通过 Docker 部署 Node-RED

为了让网关稳定运行并具备可持续扩展能力，推荐使用 Docker 方式部署 Node-RED。Docker 提供独立运行环境，避免依赖冲突，并支持快速迁移和升级。

以下是最小可用的 Node-RED Docker 启动命令：

docker run -d \
  --name nodered-modbus \
  -p 1880:1880 \
  -p 1502:1502 \
  -v /opt/nodered_data:/data \
  -e TZ=Asia/Shanghai \
  nodered/node-red:latest

参数说明

部署完成后访问：

http://服务器IP:1880

即可看到 Node-RED 的可视化管理界面。

安装 Modbus 与 MQTT 节点

进入 Node-RED 编辑器：

1. 右上角菜单 → Manage palette
2. 选择 Install
3. 搜索并安装：

• node-red-contrib-modbus
• MQTT 节点（若未自带）：node-red-node-mqtt

安装完成后，你即可在左侧节点栏看到：

• Modbus 类节点：modbus-server, modbus-read, modbus-write, modbus-flex-getter
• MQTT 类节点：mqtt in, mqtt out

搭建 Modbus TCP Server（作为从站）

拖入 modbus-server 节点，双击配置：

• Name: Modbus TCP Server (1502)
• Type: TCP
• Hostname: 0.0.0.0
• Port: 1502
• Unit-Id: 1
• Holding Registers: 1024（可根据设备数据量调整）
• Input Registers: 1024
• Coils/Discrete Inputs: 通常可不使用

部署之后，这台服务器即可作为 Modbus 从站，被 PLC、智能仪表或测试客户端访问。

通过 Modbus Read 轮询数据（关键环节）

如前文所述，modbus-server 不会主动输出消息，因此我们需要使用 modbus-read 节点主动轮询寄存器内容。

示例配置

• Unit ID: 1
• Function: FC3: Read Holding Registers
• Address: 0
• Quantity: 4
• Rate: 1 秒
• Server: 指向本机 Modbus Server (127.0.0.1:1502)

流程示意：

[modbus-read] → [function 解码数据] → [mqtt out]
                       ↘ [debug]

当 Modbus 客户端（设备）向地址 0 写入寄存器时，modbus-read 每秒即可看到变化。

数据解析与业务字段映射（Function 节点）

根据设备协议，将寄存器解析为温湿度、电压、电流、状态等业务字段，并构造 MQTT Payload。

示例 Function 代码：

// 假设读取了 [温度*10, 湿度*10, 状态寄存器, 保留]
let reg = msg.payload;

let data = {
    temperature: reg[0] / 10,
    humidity: reg[1] / 10,
    status: reg[2],
    ts: Date.now()
};

// 设置 MQTT topic
msg.topic = "iot/device001/telemetry";
msg.payload = data;

return msg;

你也可以扩展逻辑，例如告警判断、数据清洗、单位转换等：

if (data.temperature > 50) {
    data.alert = "HIGH_TEMPERATURE";
}

MQTT Server 配置（推送到平台端）

拖入 mqtt out 节点 → 编辑：

• Broker 地址：mqtt.example.com（或 ZedIoT MQTT 服务器）
• 端口：1883 / 8883
• 账号密码：按平台配置
• Client ID：如 modbus-gateway-01

在 Topic 留空时，消息将采用 Function 内设置的 msg.topic。

最终实现链路：

Modbus Client → Node-RED Server  
Node-RED 轮询 → 数据解析 → MQTT 推送

## 完整测试流程（含工具与方法）

在正式接入设备前，必须验证 Node-RED 的 Modbus Server 与 MQTT 上报流程是否完整可用。以下是推荐的测试方式。

方法一：使用 Mac/Windows 的 Modbus TCP Client 工具

最简单的验证方式是使用图形化工具直接向 Node-RED 的 Modbus Server 写入寄存器：

推荐客户端：

测试用核心参数：

• Host：Node-RED 所在服务器 IP
• Port：1502
• Unit ID：1
• 功能码：FC06（写单个寄存器）
• 地址：0
• 值：1234（模拟温度 123.4℃）

写入成功后，每次 modbus-read 轮询都将在 Debug 面板看到：

[1234, 0, 0, 0]

说明数据链路已经打通。

方法二：使用 Node-RED 自带的 Modbus Client 节点测试（自嗨模式）

Node-RED 自己可以同时做 Server 和 Client，这对于开发与排查非常实用。

示例测试 Flow：

[inject] → [modbus-write] → 写入保持寄存器
[modbus-read] → [debug] → 读取自身 Server 数据

可以模拟真实设备写入，观察数值变化是否被读取、解析并 MQTT 上传。

整体可导入的 Node-RED Flow（完整示例）

以下是一个 可直接导入 的 Modbus Server + Read + MQTT 网关模板，包含最小架构与解析逻辑，可直接投入使用或二次开发：

你可以复制以下 JSON，进入 Node-RED：菜单 → Import → Clipboard → 粘贴 → Deploy

[
  {
    "id": "modbus-flow",
    "type": "tab",
    "label": "Modbus Gateway",
    "disabled": false
  },
  {
    "id": "modbus-server-1502",
    "type": "modbus-server",
    "z": "modbus-flow",
    "name": "Modbus Server 1502",
    "logEnabled": true,
    "serverPort": 1502,
    "hostname": "0.0.0.0",
    "responseDelay": 100,
    "delayUnit": "ms",
    "coilsBufferSize": 1024,
    "holdingBufferSize": 1024,
    "inputBufferSize": 1024,
    "discreteBufferSize": 1024,
    "unitid": 1,
    "x": 200,
    "y": 80,
    "wires": [[],[],[]]
  },
  {
    "id": "modbus-client-127",
    "type": "modbus-client",
    "name": "Local Client 1502",
    "tcpHost": "127.0.0.1",
    "tcpPort": "1502",
    "unit_id": 1,
    "clienttype": "tcp",
    "bufferCommands": true,
    "parallelUnitIdsAllowed": true
  },
  {
    "id": "modbus-read-hr",
    "type": "modbus-read",
    "z": "modbus-flow",
    "name": "Read HR(0..3)",
    "dataType": "HoldingRegister",
    "adr": "0",
    "quantity": "4",
    "rate": "1",
    "rateUnit": "s",
    "server": "modbus-client-127",
    "x": 210,
    "y": 160,
    "wires": [["fn-decode"],[]]
  },
  {
    "id": "fn-decode",
    "type": "function",
    "z": "modbus-flow",
    "name": "解析寄存器并转 MQTT",
    "func": "let reg = msg.payload;\n\nlet data = {\n    temperature: reg[0] / 10,\n    humidity: reg[1] / 10,\n    status: reg[2],\n    ts: Date.now()\n};\n\nmsg.topic = \"iot/modbus/device001/telemetry\";\nmsg.payload = data;\nreturn msg;",
    "outputs": 1,
    "x": 430,
    "y": 160,
    "wires": [["mqtt-out","debug-decoded"]]
  },
  {
    "id": "mqtt-out",
    "type": "mqtt out",
    "z": "modbus-flow",
    "name": "MQTT Server",
    "broker": "mqtt-broker",
    "topic": "",
    "qos": "",
    "retain": "",
    "x": 680,
    "y": 160,
    "wires": []
  },
  {
    "id": "debug-decoded",
    "type": "debug",
    "z": "modbus-flow",
    "name": "Decoded Data",
    "complete": "payload",
    "x": 690,
    "y": 220,
    "wires": []
  },
  {
    "id": "mqtt-broker",
    "type": "mqtt-broker",
    "name": "MQTT Example",
    "broker": "YOUR_MQTT_HOST",
    "port": "1883",
    "clientid": "modbus-gateway-01",
    "usetls": false
  }
]

你只需修改：

• YOUR_MQTT_HOST → MQTT 服务器地址
• iot/modbus/device001/telemetry → 自定义 topic
• 解析逻辑 → 按设备协议调整

即可立即投入使用。

常见问题与排查方法

1. Modbus Client 连不上 Server？

• 确认 Docker 映射端口：

docker ps
# 应看到 0.0.0.0:1502->1502/tcp

• 确保不存在端口占用：

sudo lsof -i:1502

2. Node-RED Debug 无数据？

最常见原因：

你把 debug 接在 modbus-server 后面，而该节点本身不会输出 msg。

解决方案（关键）：

✔ 使用 modbus-read / modbus-flex-getter

✔ 对自身的 Server 进行轮询

✔ 再在输出节点连接 debug

3. MQTT 无法上报？

检查：

• broker 地址是否正确
• 是否开启 TLS（1883 vs 8883）
• topic 是否正确
• 防火墙是否开启 1883 端口

进阶扩展：支持多设备、多寄存器、多 Topic

实际生产场景中，一个网关通常要接多个 Modbus 设备、多个从站 ID 或多个寄存器区段。你可以按以下方式扩展：

• 多个 modbus-read 节点 分别轮询不同 unitId
• 使用 function 动态构造 topic，例如：

msg.topic = `iot/modbus/${unitId}/telemetry`;

• 使用 switch 节点 按寄存器地址分流到不同解析逻辑
• 增加本地缓存、累加器、过滤器，实现更高级的规则引擎

另外，你也可以加入：

• InfluxDB 时序数据库
• Grafana 可视化
• ZedIoT Rule Engine
• 告警 Webhook / 邮件 / 钉钉 / Slack

构成更完整的工业 IoT 边缘计算网关。

通过 Node-RED 快速搭建 Modbus Server → 轮询数据 → MQTT 推送的流程，可将传统工业设备无缝接入现代物联网平台。该方案轻量、灵活、跨平台，既能满足小规模部署，也适合扩展为企业级工业 IoT 网关。

如果你正在构建类似 ZedIoT 的平台，也可以直接将此方案作为 边缘设备数据采集模板，加入更多协议如 OPC UA、BACnet、DL/T645、485-WIFI 网关等，实现更广泛的设备接入能力。