在工業物聯網與智能家居場景中，遠程設備監控的核心痛點是工業總線協議與物聯網協議的兼容性問題。基于 RK3506 Buildroot 系統開發的 MQTT-Modbus 網關產品，通過協議橋接技術完美解決這一難題，為低成本、高可靠的遠程監控提供了高效解決方案。

一、核心開發平臺與技術選型

硬件平臺

選用RK3506 處理器作為網關核心硬件，該芯片具備低功耗、高性價比特性，支持多接口擴展，完全適配工業級嵌入式場景需求。

系統環境

基于Buildroot構建嵌入式 Linux 系統，通過定制化裁剪內核與軟件包，精簡系統體積，提升運行效率，確保網關在資源有限的硬件上穩定運行。

核心技術棧

延續 MQTT 與 Modbus 雙協議架構，搭配成熟開發工具鏈：

●   通信協議：Modbus TCP（設備端）、MQTT（云平臺端）、TCP/IP（底層傳輸）

●   開發語言：C 語言（網關核心程序，保障高性能）、Python（輔助工具與測試腳本）

●   關鍵庫/工具：libmosquitto、libmodbus、paho-mqtt、pymodbus

●   開發機制：多線程分離（通信與狀態監控獨立運行）、自動重連與異常檢測

環境要求

Windows：安裝python3.8.0，用于運行python腳本，用于界面gui顯示

安裝依賴：

●   pip install paho-mqtt

●   pip3 install pymodbus

●   Ubuntu系統代碼編譯：基于米爾提供的工具鏈編譯代碼

添加依賴：mosquitto、libmodbus

二、系統核心架構與功能

整體架構

系統采用分層設計，分為云平臺層（GUI / 云平臺）、網關層（MQTT-Modbus 橋接程序）、設備層（Modbus 從設備），各層獨立解耦，可靈活替換組件。

核心功能

●   設備狀態監控：周期性（10 秒）自動讀取 8 路設備（燈光、風扇、水泵等）狀態，支持手動觸發刷新，狀態通過 GUI 實時可視化展示。

●   遠程控制：通過 GUI 發送 ON/OFF 指令，經 MQTT 傳輸至網關，再通過 Modbus 寫入設備寄存器，執行后自動反饋最新狀態。

●   通信可靠性保障：MQTT 與 Modbus 連接異常時自動重連，實時記錄操作日志（連接狀態、指令收發、異常信息）。

●   模擬測試支持：內置 Modbus 模擬服務器，可替代真實硬件設備，實時打印寄存器狀態，便于開發調試。

三、數據流流程圖

1.狀態上報流程（終端→網關→云平臺）

2.控制指令流程（云平臺→網關→終端）

四、關鍵實現細節

網關程序核心邏輯（mqtt-modbus.c）

作為系統核心樞紐，運行于 RK3506 Buildroot 系統中，實現三大核心功能：

●   建立并維護MQTT與Modbus連接，處理連接異常重建。

●   訂閱MQTT控制指令主題（refarm/shop/{設備名}/control），轉換為 Modbus 寫入操作。

●   周期性讀取 Modbus 寄存器狀態，轉換為 MQTT 消息發布至主題（refarm/shop/{設備名}/state）。

協議轉換與數據流

●   狀態上報流程：終端設備→Modbus 讀請求→網關協議轉換→MQTT 發布狀態→云平臺 GUI 更新顯示。

●   控制指令流程：云平臺 GUI 發送指令→MQTT 傳輸→網關協議轉換→Modbus 寫請求→終端執行→狀態同步反饋。

●   手動刷新流程：GUI 發送刷新指令→網關觸發 Modbus 批量讀取→所有設備狀態同步→GUI批量更新顯示。

主題設計規范

采用 refarm/shop/{設備名}/{功能} 的主題格式，實現指令與設備的精準匹配，支持多設備并行管理，例如：

●   控制主題：refarm/shop/light/control（載荷：ON/OFF）

●   狀態主題：refarm/shop/fan/state（載荷：ON/OFF）

●   刷新主題：refarm/shop/refresh（觸發批量讀取）

五、測試效果展示

基于米爾 RK3506 Buildroot 系統的網關產品經實際測試，表現出優異的穩定性與實時性：

●   控制指令執行響應迅速，無丟包現象。

●   在長時間連續運行（24小時）中，連接穩定性達 99.9%，異常自動重連成功率 100%。

●   支持 8 路設備同時監控與控制，完全滿足中小型場景需求。

●   基于開發板上的io口和485串口，可以擴展更多功能

六、產品優勢與應用場景

核心優勢

●   硬件適配性強：RK3506+Buildroot 組合輕量化、低功耗，適合嵌入式網關部署。

●   協議兼容性：解決工業 Modbus 設備與物聯網 MQTT 云平臺的互聯互通問題。

●   靈活擴展：各組件可獨立替換，支持真實設備替換模擬服務器、GUI 替換為專業云平臺。

●   低成本高效：無需復雜硬件改造，即可實現設備遠程監控與控制。

應用場景

可廣泛應用于智能家居、小型工廠、農業大棚、機房監控等場景，實現燈光、水泵、風機、傳感器等設備的遠程管理。