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实验概述#

实验目的： 掌握 ModBus 通信协议的基本概念、调试方法以及串口转网口模块（NT1-B）的原理和配置步骤。

一句话概括： 用 STM32 通过串口连接 NT1-B 网口模块，模拟一台水分仪（Modbus 从机），然后在电脑上用 MThings 软件模拟上位机（Modbus 主机），通过网络对这台”假水分仪”进行读写操作。

GitHub 仓库： stm32-moisture-meter-modbus

系统架构#

整个系统构建了一条完整的工业数据采集链路：

1
MThings（电脑，Modbus主机）
2
    ↓ TCP/IP（以太网）
3
路由器
4
    ↓ 以太网
5
NT1-B 模块（串口转网口，透明转发）
6
    ↓ UART 串口（9600bps）
7
STM32F103RC（模拟水分仪，Modbus从机）

核心理解： NT1-B 就是一根”无形的串口线”。它把网络数据原样转发给 STM32，把 STM32 串口数据原样通过网络发回。STM32 完全不需要处理 TCP/IP 协议栈，只处理串口上的 Modbus RTU 帧。

硬件准备与接线#

1
STM32          NT1-B（串口侧）
2
PA2 (TX)  ──→  RXD
3
PA3 (RX)  ←──  TXD
4
GND       ───  GND
5
3.3V      ───  VCC（看NT1-B规格，可能需要5V）

1
STM32          TTL-USB 模块
2
PA9  (TX) ──→  RXD
3
PA10 (RX) ←──  TXD
4
GND       ───  GND

1
NT1-B 网口 ──网线──→ 路由器 LAN 口
2
电脑网口   ──网线──→ 路由器 LAN 口

NT1-B 模块配置#

NT1-B 通过 EBYTE 网络配置工具（V5.1）进行配置：

NT1-B 的本质： 它是一个透明转发器——网口收到 TCP 数据 → 原样从串口发出；串口收到数据 → 原样从网口通过 TCP 发回。它不做任何协议解析，对 STM32 来说完全感知不到网络的存在。

STM32 程序设计#

1
[从机地址][功能码][数据...][CRC_L][CRC_H]
2
例：[01][03][00][11][00][01][C5][CE]  → 读寄存器0x0011，数量1

1
uint16_t CRC16_Modbus(uint8_t *buf, uint16_t len)
2
{
3
    uint16_t crc = 0xFFFF;
4
    uint16_t i, j;
5
    for(i = 0; i < len; i++)
6
    {
7
        crc ^= buf[i];
8
        for(j = 0; j < 8; j++)
9
        {
10
            if(crc & 0x0001)
11
                crc = (crc >> 1) ^ 0xA001;
12
            else
13
                crc >>= 1;
14
        }
15
    }
16
    return crc;
17
}

1
USART2 中断接收字节 → 存入 g_rx_buf
2
    ↓
3
主循环每 10ms 检查一次
4
    ↓
5
g_rx_cnt > 0 ? → 再等 20ms 确保整帧收完
6
    ↓
7
Modbus_Process():
8
  1. 检查帧长度 >= 8 字节
9
  2. 检查第1字节 == 从机地址 0x01
10
  3. 验证最后2字节 CRC16
11
  4. 根据功能码分发：
12
     - 0x03 → Handle_FC03() 读寄存器
13
     - 0x06 → Handle_FC06() 写寄存器
14
  5. 清空接收缓冲，准备下一帧

MThings 上位机配置#

Modbus RTU vs Modbus TCP#

这是本实验中遇到并解决的关键问题：

NT1-B 透传场景下的区别：

• 用 Modbus TCP：STM32 收到的第一字节是 0x00（事务 ID 高字节），不是 0x01（从机地址），地址校验直接失败，帧被丢弃
• 用 Modbus RTU over TCP：MThings 发送的就是标准 RTU 帧直接塞进 TCP payload，NT1-B 转发后 STM32 收到的和串口发的一模一样

遇到的问题与解决方案#

1
printf("Moisture=%d.%d%%", val / 10, val % 10);

调试顺序建议#

1. 先只连 STM32 和电脑串口（不接网络）

   • 烧录程序后，用串口助手连接 USART1（115200bps）查看调试输出
   • 确认程序正常启动，能看到启动信息
   • 确认传感器数据每秒更新一次

2. 用串口助手手动测试 Modbus 帧

   • 连接 USART2（9600bps），手动发送：01 03 00 11 00 01 C5 CE
   • 应该收到应答帧，包含水分值

3. 接入 NT1-B 模块

   • 按接线图连接 STM32 USART2 ↔ NT1-B
   • 浏览器访问 NT1-B 配置页，确认参数正确
   • ping 192.168.0.10 确认网络连通

4. 打开 MThings 进行测试

   • 新建连接：Modbus RTU over TCP，192.168.0.10:502，从机地址 1
   • 读寄存器 0x0011（水分值），观察是否返回数据
   • 写寄存器 0x0010（砂石种类），写入后读回确认

实验结果#

1
=== Moisture Meter Modbus Slave ===
2
Slave Addr: 0x01
3
USART2: 9600 bps (Modbus)
4
USART1: 115200 bps (Debug)
5
Waiting for Modbus requests...
6
[SENSOR] Moisture=12.8%  Temp=25.3C
7
[RX] 8 bytes: 01 03 00 11 00 01 D5 CA
8
FC03: read reg 0x0011, count 1
9
[TX] 7 bytes: 01 03 02 00 80 B9 FC

知识点总结#

整个实验的本质很简单，记住这三句话：

1. NT1-B 就是一根”无形的串口线”——它把网络数据透明转发给 STM32，STM32 完全不需要处理 TCP，只需要处理串口上的 Modbus RTU 帧。

2. STM32 模拟的是一张”寄存器表”——主机读就返回表里的值，主机写就更新表里的值，其他什么都不做。

3. MThings 是调试工具——它替你自动构造 Modbus 帧、计算 CRC、发送请求、解析应答，你只需要填寄存器地址和数值。

完整代码和工程文件请访问 GitHub 仓库：stm32-moisture-meter-modbus