1 前言

        Modbus是一种串行通信协议，最初为工业自动化领域设计，因其简单、开放、易于实现而成为工业电子设备间通信的事实标准

        Modbus 的工作原理围绕着三个核心部分：主站（Master）、从站（Slave） 和 寄存器（Registers）。主站负责向特定从站发送数据请求或写入命令，从站则处理这些命令（读取或修改自身寄存器数据）并向主站返回响应。这种主站轮询、从站响应的同步模式，使其非常适合于工业设备的状态监控和控制。

        SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) 是一种电子邮件传输协议，基于 TCP/IP，采用客户端-服务器模型和存储转发机制，专用于电子邮件的发送与传输。

        SMTP 的工作原理围绕着三个核心部分：发送方 SMTP 客户端、接收方 SMTP 服务器 和 命令/响应机制。发送方客户端连接服务器，通过文本命令（如 MAIL FROM, RCPT TO, DATA）指定发件人、收件人并传输邮件内容；接收方服务器处理命令、验证信息，并将邮件存入目标邮箱或转发。这种基于命令序列的模式，确保了电子邮件在互联网上的可靠传输

W5500io-M 是炜世推出的高性能SPI转以太网模块，具有以下特点：

• 极简设计：集成MAC、PHY、32KB缓存及RJ45网口，通过4线SPI接口直连主控，3.3V供电，紧凑尺寸适配嵌入式场景 。
• 简单易用：用户无需再移植复杂的TCP/IP协议栈到MCU中，可直接基于应用层数据做开发。
• 资料丰富：提供丰富的MCU应用例程和硬件参考设计，可直接参考使用，大大缩短研发时间，硬件兼容W5100Sio-M模组，方便方案开发与迭代。
• 应用广泛：在工业控制、智能电网、充电桩、安防消防、新能源、储能等领域都有广泛应用。

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2 项目环境

2.1 硬件环境

1. W5500io-M
2. STM32F103VCT6 EVB
3. 网络连接线
4. 杜邦线若干
5. 交换机或路由器

2.2 软件环境

1. 邮箱
2. Modbus Master Suite
3. 飞思创串口助手
4. 例程连接:https://www.w5500.com/w5500.html

3 硬件连接和方案

3.3 W5500硬件连接

//W5500_SCS	--->	STM32_GPIOD7	/*W5500的片选引脚*/
//W5500_SCLK	--->	STM32_GPIOB13	/*W5500的时钟引脚*/
//W5500_MISO	--->	STM32_GPIOB14	/*W5500的MISO引脚*/ 
//W5500_MOSI	--->	STM32_GPIOB15	/*W5500的MOSI引脚*/ 
//W5500_RESET	--->	STM32_GPIOD8	/*W5500的RESET引脚*/ 
//W5500_INT	--->	STM32_GPIOD9	/*W5500的INT引脚*/

3.4 方案图示

4 例程修改

        需要下载Modbus_TCP_Server和SMTP的例程，然后进行修改，例程下载上方软件环境里面提供的有链接，自行下载即可

        （1）下载好之后打开Modbus_TCP_Server例程，然后把SMTP例程中的dns.c dns.h和smtp.c smtp.h以及do_dns.c和do_dns.h文件加入到Modbus_TCP_Server例程中去

        （2）文件路径进行添加

        （3）在user_main.h的第5行添加一路SMTP所需要使用的socket

#ifndef __USER_MAIN_H__
#define __USER_MAIN_H__

#define SOCKET_ID 0
#define SMTP_SOCKET_ID 1
#define ETHERNET_BUF_MAX_SIZE (1024 * 2)
/**
 * @brief   User Run Program
 * @param   none
 * @return  none
 */
void user_run(void);
#endif

        （4）打开user_main.c，在while（1）中添加do_smtp函数，并且把SOCKET ID 替换为我们定义的SMTP SOCKET ID

  while (1)
  {
    do_Modbus(SOCKET_ID);
	
	do_smtp(SMTP_SOCKET_ID, ethernet_buf, smtp_server_ip);
	} 

        (5) 我们找到mb.c来修改解析Modbus数据的函数，由于Modbus tcp不需要要crc校验，所以在第3行添加一个长度条件，再在代码里添加一个解析写单个寄存器的else of的函数，添加在21行，里面解析传回的浓度值，如果浓度过高，打印出浓度，此时Avalue已经被赋值。

void mbTCPtoEVB(uint8_t sn)
{
	if (MBtcp2evbFrame() != 0 && recv_len >= 12) // Frame received complete
	{
		if (pucASCIIBufferCur[0] == 0x01) // Check whether the device address is 0x01
		{
			if ((uint8_t)pucASCIIBufferCur[1] == 0x05) // Write to a single device
			{
				if ((uint8_t)pucASCIIBufferCur[4] == 0xff)
				{
					LED_ON();
					printf("LED ON\r\n");
				}
				else if ((uint8_t)pucASCIIBufferCur[4] == 0x00)
				{
					LED_OFF();
					printf("LED OFF\r\n");
				}
				send(sn, recv_data, recv_len);
			}
			else if((uint8_t)pucASCIIBufferCur[1] == 0x06)
			{
				Avalue = ((uint16_t)pucASCIIBufferCur[4] << 8) | pucASCIIBufferCur[5]; 
                if (Avalue > 30)
                {
                    printf("Alert: Concentration too high%u > 30\r\n", Avalue);		
                }
				send(sn, recv_data, recv_len);	
			}
			else if ((uint8_t)pucASCIIBufferCur[1] == 0x01) // Read Write to a single device
			{
				if (recv_data[recv_len - 1] != 0x01)
				{
					printf("len error!%x\r\n", recv_data[recv_len - 1]);
				}
				else
				{
					printf("Read OK!\r\n");
					send_data[0] = recv_data[0];
					send_data[1] = recv_data[1];
					send_data[2] = recv_data[2];
					send_data[3] = recv_data[3];
					send_data[4] = 0x00;
					send_data[5] = 0x04;
					send_data[6] = 0x01;
					send_data[7] = 0x01;
					send_data[8] = 0x01;
					send_data[9] = ~HAL_GPIO_ReadPin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
					send_len = 10;
					send(sn, send_data, send_len);
					memset(send_data, 0, send_len);
				}
			}
			}
			else
			{
				printf("error code!\r\n");
			}
		}
		else
		{
			printf("address error!\r\n");
		}
	}

        （6）把定义的Avalue在mb.h中第11行进行传出

#ifndef _MB_H_
#define _MB_H_

/**
 * @brief Parse Modbus TCP instructions and process them accordingly
 *
 * According to the given sequence number, the Modbus TCP data is converted into an EVB instruction and processed accordingly.
 *
 * @param sn socket number
 */
extern  uint16_t Avalue;
void mbTCPtoEVB(uint8_t sn);

#endif

        （7）此时回到while(1)中，加入条件判断，然后再执行发送信息的操作

  while (1)
  {
    do_Modbus(SOCKET_ID);
		if(Avalue>30){ 
		do_smtp(SMTP_SOCKET_ID, ethernet_buf, smtp_server_ip);}
	} 

        (8)在stmp.c中修改接收邮件的邮箱以及邮件的主题及内容，在第15行修改接收邮件的邮箱账号，在第7行和第13行可以修改发件邮箱登录地址和发件人邮箱，在第10行修改邮箱登录密码，在第21行和第22行修改邮件的主题和内容。系统中通过126邮箱服务器向指定QQ邮箱发送警报邮件。首先通过HELO命令建立连接，然后使用AUTH LOGIN进行Base64编码的用户名密码认证，接着设置发件人(MAIL FROM)和收件人(RCPT TO地址为232++++16@qq.com），再通过DATA命令传输邮件内容。邮件主题为"Breaking In"，正文内容是"Excessive gas concentration"，最后以\r\n.\r\n结束传输。

#define ETHERNET_MAX_BUF_SIZE (1024 * 2)
uint8_t Mail_Send_OK;
char hello[50] = "HELO localhost";                       // Identity command
char hello_reply[] = "250 OK";                           // Id successfully responded
char AUTH[50] = "AUTH LOGIN";                            // Authentication request
char AUTH_reply[] = "334 dXNlcm5hbWU6";                  // The authentication request was successfully sent
char name_126[100] = "wiznethk@126.com";                 // 126 Login email address
char base64name_126[200];                                // 126 base64 encoding of the login mailbox name
char name_reply[] = "334 UGFzc3dvcmQ6";                  // The login name was sent successfully
char password_126[50] = "ZPURADLGRUPQLVBK";              // 126 Email login password
char base64password_126[100];                            // base64 123 Password for logging in to the mailbox
char password_reply[] = "235 Authentication successful"; // Login successful response
char from[] = "wiznethk@126.com";                        // Sender email
char from_reply[] = "250 Mail OK";
char to[] = "232++++16@qq.com"; // Recipient email address
char to_reply[] = "250 Mail OK";·    
char data_init[10] = "data";                 // Request data transfer
char data_reply[] = "354";                   // The request was successfully responded to HEAD
char Cc[] = "";                              // Cc to email
char subject[] = "Breaking In";            // subject
char content[] = "Excessive gas concentration";            // text part
char mime_reply[] = "250 Mail OK queued as"; // The email was sent successfully
char mailfrom[50] = "MAIL FROM:<>";
char rcptto[50] = "rcpt to:<>";
char mime[200] = "From:\r\n";
char mime1[50] = "To:\r\n";
char mime2[50] = "Cc:\r\n";
char mime3[50] = "Subject:\r\n";
char mime4[50] = "MIME-Version:1.0\r\nContent-Type:text/plain\r\n\r\n";
char mime5[50] = "\r\n.\r\n";

        (9) 在stmp.c的最后，发送成功后会进入一个空循环，会导致在这里出不去，可以把while(1)的空循环去除，然后在里面添加一个延时，当邮件发送成功，代表浓度已经超过标准，如果不加延时，会持续发送警告信息，请根据自己需要添加延时。

  case SOCK_CLOSED:
    socket(sn, Sn_MR_TCP, anyport++, 0x00);
    break;
  default:
    break;
  }
	if(Mail_Send_OK)
	{
       // while(1){
		HAL_Delay(20000);
       // }
	}
}

5 配置连接

5.1 串口打印

5.2 Modbus Master Suite

        Modbus Master Suite是用于Modbus协议设备通信交互的工具。它支持多种Modbus协议，能通过串口或网络连接设备，可读写各类寄存器数据，具备功能码测试、数据转换与校验等功能。

        （1）首先需要先点击设置，再点击连接设置

        （2）选择Modbus TCP/IP连接模式，地址和端口号填写上方串口打印的值，点击确认，就可以连接成功

        （3）连接成功后，串口会显示连接的信息

6 发送数据

        （1）接下来我们在Modbus Master Suite端点击功能，然后点击写单寄存器

        （2）依次填写从机地址、寄存器地址以及将要写入的数值,然后点击发送

        （3）此时我们的值设置的小于30,串口并未打印出异常信息

        （4）再次进行配置，此时我没们把值增加到32，然后点击发送。

7 效果展示并解析

        （1）此时，我们可以看到串口打印出浓度数值，并且显示邮件发送成功

        （2）打开邮箱，我们可以看到，收到了气体浓度过高的告警邮件。

        （3）再来看一下刚才发的报文,由于这两段报文差别不大，我对浓度为32的进行解析

字节范围(十六进制)	字段名称	字段值(十六进制)	十进制值	含义说明
00 20	事务标识符（TID）	00 20	32	主站自定义的事务 ID（与报文 1 不同，说明是另一个独立请求）
00 00	协议标识符（PID）	00 00	0	固定为 0（Modbus 协议标识）
00 06	长度（LEN）	00 06	6	后续 PDU 字节数（单元标识符 + 功能码 + 数据 共 6 字节）
01	单元标识符（UID）	01	1	目标从站地址（仍为 1 ，与报文 1 操作同一从站）
06	功能码（FC）	06	6	写单个保持寄存器（Preset Single Register）：修改 1 个保持寄存器的值
00 01	寄存器地址	00 01	1	要写入的保持寄存器起始地址（与报文 1 相同，操作同一寄存器地址）
00 20	写入值	00 20	32	要写入寄存器的数据（十进制 32 ，16 位无符号整数）

        功能总结：

        主站向 从站 ID = 1 的设备，发送指令：将地址为 1 的保持寄存器，写入值 32。

8 总结

        本系统通过 STM32 与 W5500 的结合，实现了 Modbus TCP 服务器的轻量化部署，同时通过 SMTP 服务打通了传感器数据与远程告警的链路。方案兼顾工业通信的稳定性与物联网应用的灵活性，可根据实际需求调整传感器阈值、邮件内容及硬件接口，适用于对实时性和可靠性有要求的分布式监测场景。感谢您的观看，如您对本文有不清楚的地方或想了解更多产品信息的，欢迎私信或在评论区留言，我们会及时回复您！