Node-RED Modbus RTU 数据采集及MQTT 云端上传演示
1. 项目概述
1.1 项目背景
本项目基于 Node-RED 可视化开发平台，实现 ARMxy 边缘网关通过 Modbus RTU 串口协议，周期性采集 Modbus 从站设备的寄存器数据。通过脚本完成原始数据解析与结构化封装后，基于 MQTT协议将标准化 JSON 数据上传至云端 MQTT 服务器，完成工业现场设备数据上云。
整体流程采用边缘采集 - 数据处理 - 云端上报的标准链路，核心数据流如下：
Modbus RTU 数据读取 → Function 脚本数据格式化处理 → MQTT 云端发布上报
2. 环境准备
软件环境要求
本次演示所需软件及插件如下：
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Node-RED ： ARMxy 自带，作为核心流程开发与数据处理载体
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Modbus扩展节点: Node-RED节点管理安装 node-red-contrib-modbus
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MQTT调试工具：MQTTX，用于订阅云端主题、验证上报数据有效性
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Modbus仿真工具: Modbus Slave, 可虚拟 Modbus RTU从站设备, 完成流程调试
服务器采用 Linux系统私有化部署的EMQX 开源MQTT服务器
3.核心流程搭建与分步配置
3.1整体流程搭建
在 Node-RED画布中依次拖拽核心节点，并按数据流向顺序连线，搭建完整采集上云链路，核心节点包含：
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modbus-read节点: 负责串口 Modbus RTU寄存器数据周期性采集
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function节点：完成原始数据换算、结构化JSON封装
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mqtt out节点：连接云端MQTT服务器，发布结构化设备数据
3.2 Modbus Read节点配置
该节点为数据采集入口，核心配置串口参数、Modbus读写规则、轮询周期，具体步骤如下：双击打开 modbus-read节点,在最下方 Server行新建串口RTU服务,参数配置如图:
寄存器读取参数配置：
配置保存后，节点将周期性采集寄存器数据，原始输出格式为数字数组。
3.3 Function节点配置
Modbus原始数据为纯数字数组,无业务含义、无法直接云端解析。通过 Function节点JavaScript脚本，完成结构化封装、时间戳绑定。
3.4 MQTT Out节点配置
双击 mqtt out节点，点击服务器编辑按钮，新增MQTT连接配置：
本次演示服务器未启用身份认证，因此无需填写用户名和密码。使用公有云IoT服务器必须填写安全标签页的用户名和密码。
消息发布参数配置：
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Topic: iot/ modbus/ data(自定义)
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QoS: 0(最多一次送达)
保存配置后，流程自动将格式化后的JSON数据周期性推送至云端MQTT服务器。
注：若使用公有云IoT服务器，必须改成官方标准 Topic。
4. MQTTX客户端连接配置
1.新建MQTT客户端连接，填写服务器地址，端口，直接建立连接。
4.2主题订阅与数据验证
1.新建订阅任务, 订阅主题: iot/ modbus/ data, QoS=0
2.返回 Node-RED界面，点击【部署】启动完整流程
3.观察MQTTX 消息窗口，可周期性接收标准化JSON设备数据，代表采集、处理、上云全链路正常
5. 功能扩展：边缘数据优化与阈值告警
基础流程为全量数据周期性上报，存在无效数据多、带宽浪费、无告警机制等问题。可通过优化Function 脚本，实现数据过滤、阈值告警、异常剔除等边缘预处理功能。
5.1 阈值告警上报代码（温度超限告警）
6. 常见故障排查方案
6.1 Modbus Read 节点串口报错/读取失败
- 端口权限不足，执行授权命令
- 参数不匹配：核对波特率、校验位、从站地址、寄存器地址与设备参数一致
6.2 MQTT 节点离线、连接断开
- 端口拦截：本地防火墙、设备防火墙放行 MQTT 服务端口（默认 1883 ）
- 连接配置错误：核对服务器地址、端口格式是否规范
6.3 MQTTX 无法接收上报数据
- 主题不一致：发布主题与订阅主题严格区分大小写，必须完全一致
- 流程未部署：修改 Node-RED 配置后需重新部署生效
- 数据被拦截： Function 脚本逻辑异常导致消息终止，可通过节点调试窗口排查