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                  4G Modbus Json邊緣網關接入阿里云IoT平臺

                  時間:2022-08-18 作者:

                  4G Modbus Json邊緣網關接入阿里云IoT平臺

                  LTE-669P 4G邊緣網關系列 阿里云平臺連接教程

                  圖片1

                  今天介紹物聯設備 LTE-669P 4G邊緣網關如何接入阿里云平臺系列。

                  LTE-669P是一款工業級4G JSON無線邊緣解析網關,支持RS485/232采集上報,支持TCP/UDP/HTTP/MQTT協議,支持Modbus RTUJSON輪詢上報功能,支持本地、遠程參數配置,支持移動、聯通、電信4G網絡,支持連接自建服務器和阿里云IOT物聯云平臺,JSON網關內部自動解析Modbus報文轉為JSON格式,支持JSON網關切換為DTU工作模式,雙向底層報文透傳。

                  硬件準備

                  1LTE-669P 4G邊緣網關一套,包含4G主機、4G天線、12V電源。

                  24G 數據卡一張,移動,聯通,電信均可。

                  3USB232/485串口線配件,用于連接電 腦和設備。

                  電源和串口接線說明:

                  電源紅線接VIN,白線接GND,232接口和USB232轉接頭交叉接,RX-TX,TX-RX,GND-GND。

                  軟件準備

                  1) CONFIG參數配置軟件,用于配置設備串口參數,及MQTT參數等


                  圖片2




                  2) MODBUS轉換寄存器參數配置軟件,用于配置現場傳感器MODBUS寄存器表


                  圖片3




                  接下來分別描述以下幾個方面:

                  網關工作流程

                  MODBUS參數說明

                  阿里云IoT平臺接入

                  NTP時間和GPS數據獲取

                  自定義json模板

                  其他特殊關鍵字(服務器下發json指令)

                  SHELL指令

                  Reg1-Reg10本地化參數

                  Modbusjson功能主要用于采集Modbus RTU傳感器數據,將采集的數據按配置的數據類型解析,并且打包成key-valuejson格式上報到服務器,支持服務器下發json格式命令,省去了用戶自己解析數據和轉換格式的麻煩。支持連接自建服務器和阿里云IoT平臺。

                  1.2 網關工作流程

                  json網關DTU通過配置Modbus相關參數往串口發送相應的Modbus指令,485設備收到指令以后會返回采集的數據,網關DTU通過數據類型進行解析,并將解析以后的數值以key-value的格式打包成json發送到服務器。流程如下:


                  圖片4




                  1)配置服務器IP地址/域名和端口號,如果是MQTT協議還需要配置ClinetID、usernam e、password、發布主題和訂閱主題等參數,配置輪詢周期和上報周期、json數據格式。

                  2)配置Modbus相關參數,Modbus子站地址、寄存器地址、數據類型、計算公式。

                  3)如果是阿里云IoT平臺,需要在服務器上創建設備;如果是自建服務器,需要在服務器端打開相應的上位機軟件。

                  4)服務器接收到打包的json數據。

                  二、MODBUS參數說明


                  圖片5




                  參數項

                  說明

                  功能標識符

                  用戶自定義,只能是數字或者英文字符

                  描述

                  對標簽的描述

                  數據區

                  Modbus RTU功能碼:0X-01, 1X-02, 3X-04, 4X-03

                  Modbus 子站地址

                  Modbus RTU子站地址

                  Modbus 寄存器地址

                  Modbus RTU寄存器地址

                  采集數據類型

                  7種數據類型,上傳的報文根據數據類型進行解析

                  int16: 兩字節,有符號

                  uint16: 兩字節,無符號

                  int32: 四字節,有符號

                  uint32: 四字節,無符號

                  float: 單精度浮點數,四字節

                  bool: bool類型值,只有0,1兩種類型,一般用于開關量

                  BCD-2: 兩字節BCD

                  BCD-4: 四字節BCD

                  BCD-8: 八字節BCD

                  字節序

                  int32/uint32/float類型數據才有字節序,其他類型此參數無效

                  公式

                  采集數據的計算公式,格式為valuey=valuex*a+b,valuex為原始值,valuey為經過公式計算后的值,上報的數據為valuey,如果此項為空則取原始值上報。注:bool類型不支持公式運算

                  保存文件

                  保存json配置文件

                  調入文件

                  調入保存的json配置文件

                  添加

                  添加功能標識符(采集指令)

                  刪除

                  刪除功能標識符(采集指令)

                  清空

                  清空所有配置的參數

                  讀取Modbus參數

                  讀取配置的Modbus參數

                  配置Modbus參數

                  配置Modbus參數

                  三、使用說明

                  3.1 阿里云IoT平臺接入

                  3.1.1 進入阿里云IoT平臺官網https://www.aliyun.com,登錄賬號,然后點擊右上角的控制臺。


                  圖片6




                  3.1.2 進入控制臺后選擇產品與服務-物聯網平臺。

                  注:第一次使用阿里云IoT平臺物聯網服務器需要先開通服務才能使用。


                  圖片7




                  3.1.3 選擇產品-創建產品。


                  圖片8




                  3.1.4 創建產品,產品名稱可以自己定義,其他參數按圖片上的配置即可。


                  圖片9




                  3.1.5 創建產品成功以后添加設備。


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                  圖片11




                  3.1.6 添加好設備后會彈出設備鑒權證書,新建一個文本文檔,點擊一鍵復制,將信息復制到一個TXT文檔里。


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                  3.1.7配置連接阿里云IoT平臺的相關參數。


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                  打開參數配置軟件左下角的MQTT客戶端,選擇阿里云登錄信息合成器,將信息復制到粘貼區,點擊生成登錄信息,將相關信息填入參數配置軟件對應的位置。

                  打開“DTUCFG-V1.1.5”,將生成的阿里云IoT平臺MQTT相關參數配置進對應的參數項。發布號配置屬性上報內容

                  /sys/a1XSBRUBMXW/866262044304197/thing/event/property/post

                  訂閱號配置設置設備屬性內容:

                  /sys/a1XSBRUBMXW/866262044304197/thing/service/property/set

                  阿里云IoT平臺相關參數配置完以后需要配置變化周期固定上傳周期,變化周期表示發送Modbus指令的時間間隔,固定上傳周期表示將json包發送到服務器的周期,單位都為毫秒。

                  注:除了連接阿里云IoT平臺的必要參數,還需要將Modbusjson開關打開,json格式設置為阿里云IoT平臺。


                  圖片14





                  圖片15




                  3.1.8切換到Modbus RTU參數,根據實際需要采集的Modbus RTU設備配置相應的參數,本手冊用一個溫濕度-光照度傳感器示例,Modbus RTU地址及寄存器定義如下:


                  圖片16





                  圖片17




                  可以看出溫度和濕度為兩個字節,溫度有符號,數據類型是int16;濕度無符號,數據類型是uint16,轉換為十進制以后都需要除以10,公式配置為valuey=valuex/10。光照度為四個字節,無符號,數據類型為uint32,字節序為1234,無公式,取原始值。參數配置如下:

                  點擊工具-Modbus參數配置可以進入Modbus配置界面

                  注:點擊添加按鈕添加功能標識符,刪除按鈕刪除功能標識符。


                  圖片18





                  圖片19




                  參數配置成功以后需要點復位設備,參數才會生效

                  3.1.9阿里云IoT平臺物理模型配置

                  在阿里云IoT平臺的產品-功能定義里面設置每個功能標識符的定義(根據每個寄存器的實際類型定義,不然阿里云IoT平臺平臺會提示參數類型錯誤),定義好以后點發布。當DTU采集數據上報后可以在設備-物理模型里面看數據,數據是Modbus RTU協議解析后的數據。

                  注:雖然實際溫度是int16類型,濕度是uint16類型,但經過公式計算以后有小數,所以阿里云IoT平臺平臺上定義溫度和濕度的數據類型為float浮點數類型才能正確解析;光照度不需要通過公式計算,上報的值為原始值,類型為uint32。

                  點擊產品-功能定義,選擇編輯草稿。


                  圖片22



                  圖片20




                  點擊添加自定義功能


                  圖片21




                  按照采集數據的類型添加功能。

                  注:標識符需要和Modbus RTU參數中的功能標識符保持一致,這樣阿里云IoT平臺平臺才能正確解析物理模型


                  圖片22




                  (4)功能定義完以后點左下角發布


                  圖片23




                  3.1.10當設備采集數據并上報到阿里云IoT平臺,可以在設備-物理模型數據查看?,F在就實現了Modbus RTUjson并上報到阿里云IoT平臺的功能。


                  圖片24




                  3.1.11 阿里云下發設置

                  如果配置了可讀可寫的開關量類型,比如繼電器,可以使用阿里云設置功能。先在阿里云IoT平臺物理模型添加一個繼電器。

                  圖片25




                  3.1.12 Modbus參數配置軟件配置IO口的Modbus RTU相關參數(以眾山RTU為例,默認Modbus RTU地址為100,DI1、DI2的寄存器地址分別為17、18;DO1、DO2的寄存器地址分別為20、21,數據類型為bool


                  圖片26




                  3.1.13 從阿里云IoT平臺的在線調試功能下發控制繼電器的指令


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                  阿里云IoT平臺下發的原始指令為json格式,網關DTU會轉換為相應的Modbus指令控制繼電器,RTU返回的Modbus指令也會打包成json然后立即上報,這樣可以實時控制和獲取繼電器狀態。

                  3.2.3 json指令下發

                  4G網關支持中心服務器端下發json格式的數據讀寫指令,然后自動轉換為本地Modbus RTU串口讀寫寄存器的指令,讀取指令格式為{"key1":"?","key2":"?",...};也支持下發寄存器設置指令,設置指令格式為{"key1":0,"key2":100,...}??梢宰x取/設置一個key或多個key,也可以同時讀取和設置key,比如{"key1":"?","key2":1,...},key必須為已經在Modbus參數里配置好的功能標識符名稱,或者是系統關鍵字(第六章有詳細說明),對順序沒要求。響應的Modbus RTU指令或者系統關鍵字參數也會立即打包成key-valuejson格式并上報,value值為獲取的實時數據或者配置的數據。


                  圖片28





                  圖片29




                  四、Lua本地控制代碼說明

                  用戶可以配置Lua代碼來判斷獲取數據的大小,并根據上下限閾值執行不同的操作,實現本地控制。

                  示例:采集一個溫濕度、光照度傳感器數據,并根據傳感器閾值控制繼電器動作進行本地報警或控制。

                  按照2.2節說明配置好相應的參數


                  圖片30





                  圖片31




                  配置的Lua代碼:

                  local temp=data.illumination if temp>1000 then ModbusTojson.count=ModbusTojson.count+1 count_str=tostring(ModbusTojson.count) SHELL="@CS=count:"..count_str if ModbusTojson.count==5 then ModbusTojson.count=0 SHELL="@CS=High illumination warning!@D=1@DO1=1" end else SHELL="@CS=illumination normal@D=1@DO1=0@PUB=1" end

                  注:如果Lua代碼太長,配置的對話框也很長,可以直接點Enter回車配置

                  正常模式Lua代碼為(方便閱讀)


                  圖片32




                  Lua代碼實現效果:

                  當光照度小于或等于1000時,串口打印illumination normal,關閉DO1,并且不往服務器上報數據;當光照度大于1000時,先判斷次數,串口打印count數量,如果Lua腳本連續執行5次光照度都大于1000,串口打印High illumination warning!,DO1打開,并且將采集的數據立即上報到服務器。

                  賦值語句為local y=data.x, 其中x為功能標識符(必須為英文),y為獲取的標識符值,后面就是判斷變量的大小和執行相應的操作。所有操作可以通過SHELL腳本執行,具體請參考腳本編程手冊。ModbusTojson.count表示計數,如果采集很頻繁告警以后就會一直上報數據,通過ModbusTojson.count計數可以設置上傳周期。

                  說明:

                  ①data.x為獲取功能標識符的值,標識符只能配置為英文

                  ②count為計數的個數,初始為0,可以通過判斷count數量設置告警周期

                  ③@PUB指令表示是否立即發布數據到服務器,@PUB=1表示發送,@PUB=0或者不配置表示不發送,只有等到了上報周期才發送。

                  ④“SHELL=”后面可以是所有支持的腳本指令,具體請參考《LTE-xxx腳本編程手冊》

                  當最后一條功能標識符的指令發送完成執行一次Lua代碼,執行周期=變化周期*標識符數量

                  一般流程為:先定義一個變量獲取標識符值,設定變量閾值,判斷大小,(bool值則判斷真假,0為假,1為真),然后根據判斷執行具體的操作,所有操作可以通過SHELL腳本執行,比如打印信息,上報數據,開/關繼電器等。

                  五、NTP時間和GPS數據獲取

                  5.1 NTP時間獲取

                  當把功能標識符設置為TS時,表示獲取NTP時間,其他Modbus RTU相關參數可以不用設置(無效),上報的json包里面會獲取NTP時間,格式為年//日,星期,時:分:秒,比如獲取的TS時間為2020/12/02,03,14:17:10,表示20201202日,星期三,14:17:10。

                  注:如果想使用NTP時間功能,需要先把NTP時間開關打開


                  圖片33




                  參數配置


                  圖片34




                  2TS時間上報


                  圖片35




                  5.2 GPS數據采集

                  注:GPS版本才支持此指令,否則指令無效

                  5.2.1采集指令

                  如果是帶GPS版本,可以將功能標識符配置為GPS_xx來獲取GPS數據,xx可以是以下內容,不同的指令獲取的GPS格式也不同。

                  參數配置:

                  只需要將功能標識符配置為GPS_GGA,其他參數不用配置。


                  圖片36




                  服務器接收的數據如下:


                  圖片37




                  注:設備支持阿里IOT平臺空間可視化GPS位置數據接口,設置GPS格式參數選項為。為"GPS_Aliyun"即可。


                  圖片38




                  5.2.2 報文解析

                  示例:

                  1)配置標識符為GPS_GGA,采集的GPS數據為標準的GGA數據,格式解析如下:

                  $GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx

                  <1> UTC 時間,格式為hhmmss.sss;

                  <2> 緯度,格式為ddmm.mmmm(第一位是零也將傳送);

                  <3> 緯度半球,N S(北緯或南緯)

                  <4> 經度,格式為dddmm.mmmm(第一位零也將傳送);

                  <5> 經度半球,E W(東經或西經)

                  <6> 定位質量指示,0=定位無效,1=定位有效;

                  <7>使用衛星數量,從0012(第一個零也將傳送)

                  <8>水平精確度,0.599.9

                  <9天線離海平面的高度,-9999.99999.9M指單位米

                  <10>大地水準面高度,-9999.99999.9M指單位米

                  <11>差分GPS數據期限(RTCMSC-104),最后設立RTCM傳送的秒數量

                  <12>差分參考基站標號,從00001023(首位0也將傳送)。

                  2)配置標識符為GPS_JW,則只返回經緯度信息,比如104.10194,30.65984。104.10194為經度,30.65984為緯度,可以用此經緯度在地圖上定位。

                  六、用戶自定義json模板

                  用戶可以自定義json格式,通過用戶json模板參數可以在json包里添加一些自定義標識符,比如DTU ID,Device name,Location,ts時間戳等信息。自定義json內容可以直接添加到原始json包內,也可以添加到原始的json包外,或者添加多重json。

                  圖片39




                  注:"ts":"?1"返回UNIX格式的時間戳;"ts":"?2"返回年//,星期,::秒格式的時間戳

                  采集溫濕度、光照度數據,原始json包為:

                  {

                  "illuminance" : 300,

                  "humidity" : 65.7,

                  "temperature" : 19.7

                  }

                  1:添加到原始的json包內

                  配置json模板為:

                  {"DTU ID":"0001","Device name":"test01","Location":"chengdu","ts":"?2"}

                  上報到服務器的json包為:


                  圖片40




                  2:添加到原始的json包外

                  配置json模板為:

                  {"DTU ID":"0001","Device name":"test01","Location":"chengdu","ts":"?1","params":{}}

                  上報到服務器的json包為:


                  圖片41




                  3:添加到原始的json包內部和外部

                  配置json模板為:

                  {"Device name":"test01","Location":"chengdu","params":{"DTU ID":"0001","ts":"?1"}}

                  上報到服務器的json包為:


                  圖片42




                  4:添加多重json

                  {"Devicename":"test01","DTU ID":"0001","Location":"chengdu",

                  "params":[{"property":"?1","value":"?2"}]}

                  注:紅色的"?1""?2"是固定的格式,不能修改。"?1"表示獲取標識符名稱,"?2"表示獲取標識符對應的值。

                  上報到服務器的json包為:


                  圖片43




                  七、其他特殊關鍵字(服務器下發json指令)

                  7.1 SHELL

                  可以從服務器下發json格式的SHELL腳本,DTU會臨時執行一次腳本。

                  7.1.1 阿里云IoT平臺下發SHELL腳本

                  (1)在阿里云IoT平臺定義物理模型功能標識符為SHELL,數據類型為text,長度為1024。


                  圖片44




                  (2)切換到在線調試,從標識符“SHELL”下發腳本,就可以實現阿里云IoT平臺下發SHELL腳本,執行完畢后會返回腳本內容。腳本的內容為所有支持的腳本指令,具體請參考《LTE-XXX 4G DTU腳本編程手冊》。


                  圖片45




                  7.1.2 自建服務器下發SHELL腳本

                  連接上服務器以后,直接從服務器下發{"SHELL":"@C=010300000001V1@D=1"}


                  圖片46




                  7.2 luaCode

                  可以從服務器下發json報文配置用戶Lua代碼。

                  7.2.1 阿里云IoT平臺配置用戶Lua代碼

                  (1)在阿里云IoT平臺定義物理模型功能標識符為luaCode,數據類型為text,長度為2048。


                  圖片47




                  (2)切換到在線調試,從標識符“luaCode”下發用戶Lua代碼。例如采集溫濕度傳感器數據,可以在lua代碼里面獲取溫度值,然后在做相應的操作,Lua代碼設置成功以后會返回到服務器。


                  圖片48




                  7.2.2 自建服務器配置用戶Lua代碼

                  連接上服務器以后,直接從服務器下發{"luaCode":"local temp=data.temperature ...(some thing you do)"}


                  圖片49




                  7.3 Reg1-Reg10

                  LTE-xxx網關版本有10個可讀可寫的寄存器供用戶調用,可以用做閾值判斷。用戶可以自己配置Reg參數的值,只能是數字(可以是小數)。

                  7.3.1 阿里云IoT平臺配置Reg

                  (1)在阿里云IoT平臺定義物理模型功能標識符為Reg1~Reg10,數據類型為int32,取值范圍為0~int32最大范圍,這里定義的1000。


                  圖片50




                  切換到在線調試,從標識符“Reg1”下發設置的值。


                  圖片51




                  7.3.2 自建服務器配置Reg

                  連接上服務器以后,直接從服務器下發{"Reg1":100}

                  圖片52




                  設置成功后,DTU會立即上報配置的Reg值。


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