树莓派变身工业网关：用pymodbus打造你的第一个Modbus主站
你有没有遇到过这样的场景？工厂里一堆传感器、电表、PLC设备各自为政，数据拿不到手，监控靠人抄表，效率低还容易出错。或者你在做一个农业大棚项目，温湿度、光照、土壤水分都得实时采集，但设备五花八门，通信协议各不相同。
别急，今天我们就来解决这个问题——让树莓派当“翻译官”，把各种工业设备的数据统一收进来。而实现这个目标的核心工具，就是pymodbus。
为什么是pymodbus + 树莓派？
在工业控制领域，Modbus是个老资格了。从1979年诞生至今，它依然是最主流的串行通信协议之一。原因很简单：开放、简单、可靠。无论是PLC、变频器，还是智能电表、环境传感器，几乎都能找到支持Modbus的型号。
而树莓派呢？便宜、小巧、能跑Linux、自带网络和GPIO，简直是做边缘网关的“天选之子”。再加上Python这门以开发效率著称的语言，三者一结合，就能快速搭建一个功能完整的工业数据采集系统。
pymodbus正是这个拼图中关键的一块——它是一个纯Python实现的Modbus协议栈，不需要编译，安装方便，API简洁，特别适合原型开发和中小规模部署。
先搞明白：pymodbus到底能干啥？
我们常说“主站”“从站”，那在实际应用中是什么意思？
想象一下，一个车间有5台设备（从站），它们负责干活并上报状态；而树莓派就像车间主任（主站），每隔一段时间就挨个问：“你那边怎么样？”、“温度多少？”、“有没有报警？”。
pymodbus就是这位“主任”的对讲机+记录本，它能：
- 主动向设备发起读写请求（比如读寄存器、写线圈）
- 支持两种最常见的传输方式：
- Modbus TCP：走网线，适用于带以太网口的设备
- Modbus RTU：走RS485串口，适合远距离、抗干扰强的现场总线
- 自动处理底层协议打包解包、CRC校验、超时重试等细节
- 提供清晰的接口让你只关注“我要读哪个地址”、“怎么解析数据”
更重要的是，整个过程你只需要写几行Python代码，不用再啃晦涩的C语言驱动或复杂的DLL调用。
准备工作：给树莓派装上“通信引擎”
在动手写代码前，先把环境搭好。
1. 系统基础检查
确保你的树莓派运行的是最新版Raspberry Pi OS（建议64位），并通过SSH或桌面终端登录。
先更新系统：
sudo apt update && sudo apt upgrade -y确认Python版本（需要3.7以上）：
python3 --version2. 安装pymodbus库
一句话搞定：
pip3 install pymodbus⚠️ 注意：不是
modbus，也不是py-modbus，一定要安装pymodbus（作者是Advanced Systeмics Inc.）
如果你要用串口（RTU模式），还得加上串口支持：
pip3 install pyserial3. 配置串口权限（仅RTU需要）
插上USB转RS485模块后，设备通常会出现在/dev/ttyUSB0或树莓派自带串口/dev/serial0。默认情况下普通用户没有访问权限。
执行以下命令将当前用户加入dialout组：
sudo usermod -aG dialout $USER重启生效。否则程序会报“Permission denied”。
动手实战：从零写出一个Modbus主站
假设我们有一台温湿度传感器，设备地址是2，温度值存在保持寄存器地址100，单位是0.1°C。我们要每5秒读一次数据。
下面分别演示TCP和RTU两种方式怎么写。
场景一：Modbus TCP —— 走网线连接设备
这种最简单，只要设备在同一局域网内就行。
代码实现
from pymodbus.client import ModbusTcpClient import time import logging # 启用日志，方便调试 logging.basicConfig(level=logging.INFO) # 配置参数 SERVER_IP = "192.168.1.100" # 设备IP SERVER_PORT = 502 # Modbus标准端口 SLAVE_ID = 2 # 从站地址 def read_temperature_tcp(): client = ModbusTcpClient(SERVER_IP, port=SERVER_PORT) try: if not client.connect(): print("❌ 连接失败，请检查网络或IP是否正确") return print("✅ 已连接到Modbus TCP设备") while True: # 发起读取请求：从地址100开始，读1个保持寄存器 response = client.read_holding_registers(address=100, count=1, slave=SLAVE_ID) if hasattr(response, 'registers'): raw_value = response.registers[0] temperature = raw_value / 10.0 print(f"🌡️ 当前温度: {temperature:.1f} °C") else: print(f"⚠️ 读取异常: {response}") time.sleep(5) # 每5秒读一次 except Exception as e: print(f"🚨 程序异常: {e}") finally: client.close() print("🔌 连接已关闭") if __name__ == "__main__": read_temperature_tcp()关键点解析
| 代码片段 | 说明 |
|---|---|
ModbusTcpClient(ip, port) | 创建TCP客户端对象 |
read_holding_registers() | 功能码0x03，读保持寄存器 |
slave=SLAVE_ID | 指定目标设备地址 |
hasattr(..., 'registers') | 判断是否成功响应，防止空指针 |
运行后你会看到类似输出：
✅ 已连接到Modbus TCP设备 🌡️ 当前温度: 25.6 °C 🌡️ 当前温度: 25.7 °C ...如果连不上，先 ping 一下IP，确认设备在线且防火墙没拦。
场景二：Modbus RTU —— 通过RS485串口通信
这是更常见的工业现场场景，尤其适合长距离布线或多设备组网。
硬件准备提示
- 使用 USB-to-RS485 转换器（推荐FTDI芯片款）
- 接线务必正确：A接A，B接B，共地（GND）
- 树莓派可用GPIO串口
/dev/serial0，但注意电平匹配（需加MAX485转换电路）
代码实现
from pymodbus.client import ModbusSerialClient import time import logging logging.basicConfig(level=logging.INFO) log = logging.getLogger(__name__) def read_temperature_rtu(): # 配置串口参数（必须与从站一致！） client = ModbusSerialClient( method='rtu', port='/dev/ttyUSB0', # 或 '/dev/serial0' baudrate=9600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=2 ) SLAVE_ID = 2 try: if not client.connect(): print("❌ 无法打开串口，请检查设备是否插入或权限设置") return print("✅ Modbus RTU串口连接成功") while True: # 这里假设温度在输入寄存器（功能码0x04） response = client.read_input_registers(address=100, count=1, slave=SLAVE_ID) if not response.isError(): raw_value = response.registers[0] temperature = raw_value / 10.0 print(f"📊 寄存器[100]原始值: {raw_value}, 温度: {temperature:.1f}°C") else: print(f"❌ Modbus错误响应: {response}") time.sleep(5) except KeyboardInterrupt: print("\n⏹️ 用户中断退出") except Exception as e: print(f"🚨 其他异常: {e}") finally: client.close() if __name__ == "__main__": read_temperature_rtu()常见坑点提醒
- 波特率不一致：两边必须都是9600（或其他统一值）
- 奇偶校验错误：N/O/E要对应，多数设备默认是无校验（’N’）
- 地址不对：确认是从站地址，不是寄存器地址
- 接线反了：A/B接反会导致完全收不到数据
- 缺少终端电阻：超过百米距离建议在总线两端加120Ω电阻
你可以把日志级别改成DEBUG，看看真实的十六进制报文：
Send: 0x2 0x4 0x0 0x64 0x0 0x1 0x71 0xf5 Recv: 0x2 0x4 0x2 0x1 0x90 0xc2 0x7b这就是Modbus RTU帧的真实模样。
实际应用中的工程思维
写完demo只是第一步，真正落地还要考虑稳定性、可维护性和扩展性。
如何避免“一断就死”？
工业现场干扰多，偶尔超时很正常。我们可以加个简单的重试机制：
def read_with_retry(client, func, retries=3): for i in range(retries): response = func() if not hasattr(response, 'isError') or not response.isError(): return response print(f"🔁 第{i+1}次尝试失败，正在重试...") time.sleep(1) return response # 最终返回最后一次结果然后这样调用：
response = read_with_retry(client, lambda: client.read_input_registers(100, 1, slave=2))怎么让它开机自动运行？
别手动启动脚本了，用systemd注册成服务：
创建文件/etc/systemd/system/modbus-reader.service：
[Unit] Description=Modbus Data Reader After=network.target [Service] Type=simple User=pi WorkingDirectory=/home/pi/modbus_project ExecStart=/usr/bin/python3 /home/pi/modbus_project/main.py Restart=always RestartSec=5 [Install] WantedBy=multi-user.target启用服务：
sudo systemctl enable modbus-reader.service sudo systemctl start modbus-reader.service从此再也不怕断电重启。
数据不止是打印出来：下一步往哪走？
你现在拿到了数据，接下来就可以玩出花了：
- 上传云端：用MQTT发到阿里云IoT、ThingsBoard、Home Assistant
- 本地存储：写入SQLite或InfluxDB，配合Grafana画曲线图
- 触发告警：温度过高自动发微信通知或邮件
- 远程配置：做个Flask网页，让用户改轮询周期、增删设备
- 协议转换：把Modbus数据转成HTTP API供其他系统调用
甚至还能反过来，让树莓派也当从站，供别人读你的数据。
写在最后：小设备也能干大事
很多人觉得工业自动化很高门槛，非得用昂贵的PLC、HMI、SCADA系统不可。但其实，像树莓派+pymodbus这样的组合，已经足够应对很多真实场景。
我在一个智慧灌溉项目中就用这套方案替代了万元级的商用网关，成本不到十分之一，效果却毫不逊色。学生做毕业设计、工程师打样验证、小微企业做智能化改造，都可以大胆尝试。
技术的本质不是炫技，而是解决问题。当你亲手让一台小小的树莓派稳稳地读出几十米外传感器的数据时，那种成就感，远胜于复制粘贴一万行代码。
所以，别光看教程了——插上你的RS485模块，打开终端，现在就开始写第一行Modbus代码吧。
如果你在实现过程中遇到了挑战，欢迎留言交流，我们一起踩过的坑，都是通往精通的台阶。
