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4G Modbus Json邊緣網(wǎng)關(guān)接入阿里云IoT平臺

時(shí)間：2022-08-18 作者：

4G Modbus Json邊緣網(wǎng)關(guān)接入阿里云IoT平臺

LTE-669P 4G邊緣網(wǎng)關(guān)系列阿里云平臺連接教程

今天介紹物聯(lián)設備 LTE-669P 4G邊緣網(wǎng)關(guān)如何接入阿里云平臺系列。

LTE-669P是一款工業(yè)級4G JSON無(wú)線(xiàn)邊緣解析網(wǎng)關(guān)，支持RS485/232采集上報，支持TCP/UDP/HTTP/MQTT協(xié)議，支持Modbus RTU轉JSON輪詢(xún)上報功能，支持本地、遠程參數配置，支持移動(dòng)、聯(lián)通、電信4G網(wǎng)絡(luò )，支持連接自建服務(wù)器和阿里云IOT物聯(lián)云平臺，JSON網(wǎng)關(guān)內部自動(dòng)解析Modbus報文轉為JSON格式，支持JSON網(wǎng)關(guān)切換為DTU工作模式，雙向底層報文透傳。

硬件準備

1） LTE-669P 4G邊緣網(wǎng)關(guān)一套，包含4G主機、4G天線(xiàn)、12V電源。

2） 4G 數據卡一張，移動(dòng)，聯(lián)通，電信均可。

3） USB轉232/485串口線(xiàn)配件，用于連接電腦和設備。

電源和串口接線(xiàn)說(shuō)明：

電源紅線(xiàn)接VIN，白線(xiàn)接GND，232接口和USB轉232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

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

接下來(lái)分別描述以下幾個(gè)方面：

網(wǎng)關(guān)工作流程

MODBUS參數說(shuō)明

阿里云IoT平臺接入

NTP時(shí)間和GPS數據獲取

自定義json模板

其他特殊關(guān)鍵字(服務(wù)器下發(fā)json指令)

SHELL指令

Reg1-Reg10本地化參數

Modbus轉json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(lèi)型解析，并且打包成key-value的json格式上報到服務(wù)器，支持服務(wù)器下發(fā)json格式命令，省去了用戶(hù)自己解析數據和轉換格式的麻煩。支持連接自建服務(wù)器和阿里云IoT平臺。

1.2 網(wǎng)關(guān)工作流程

json網(wǎng)關(guān)DTU通過(guò)配置Modbus相關(guān)參數往串口發(fā)送相應的Modbus指令，485設備收到指令以后會(huì )返回采集的數據，網(wǎng)關(guān)DTU通過(guò)數據類(lèi)型進(jìn)行解析，并將解析以后的數值以key-value的格式打包成json發(fā)送到服務(wù)器。流程如下：

（1）配置服務(wù)器IP地址/域名和端口號，如果是MQTT協(xié)議還需要配置ClinetID、usernam e、password、發(fā)布主題和訂閱主題等參數，配置輪詢(xún)周期和上報周期、json數據格式。

（2）配置Modbus相關(guān)參數，Modbus子站地址、寄存器地址、數據類(lèi)型、計算公式。

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

（4）服務(wù)器接收到打包的json數據。

二、MODBUS參數說(shuō)明

參數項

說(shuō)明

功能標識符

用戶(hù)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(lèi)型

共7種數據類(lèi)型，上傳的報文根據數據類(lèi)型進(jìn)行解析

int16: 兩字節，有符號

uint16: 兩字節，無(wú)符號

int32: 四字節，有符號

uint32: 四字節，無(wú)符號

float: 單精度浮點(diǎn)數，四字節

bool: bool類(lèi)型值，只有0,1兩種類(lèi)型，一般用于開(kāi)關(guān)量

BCD-2: 兩字節BCD碼

BCD-4: 四字節BCD碼

BCD-8: 八字節BCD碼

字節序

int32/uint32/float類(lèi)型數據才有字節序，其他類(lèi)型此參數無(wú)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(jīng)過(guò)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(lèi)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

三、使用說(shuō)明

3.1 阿里云IoT平臺接入

3.1.1 進(jìn)入阿里云IoT平臺官網(wǎng)https://www.aliyun.com，登錄賬號，然后點(diǎn)擊右上角的控制臺。

3.1.2 進(jìn)入控制臺后選擇產(chǎn)品與服務(wù)-物聯(lián)網(wǎng)平臺。

注：第一次使用阿里云IoT平臺物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器需要先開(kāi)通服務(wù)才能使用。

3.1.3 選擇產(chǎn)品-創(chuàng )建產(chǎn)品。

3.1.4 創(chuàng )建產(chǎn)品，產(chǎn)品名稱(chēng)可以自己定義，其他參數按圖片上的配置即可。

3.1.5 創(chuàng )建產(chǎn)品成功以后添加設備。

3.1.6 添加好設備后會(huì )彈出設備鑒權證書(shū)，新建一個(gè)文本文檔，點(diǎn)擊一鍵復制，將信息復制到一個(gè)TXT文檔里。

3.1.7配置連接阿里云IoT平臺的相關(guān)參數。

打開(kāi)參數配置軟件左下角的MQTT客戶(hù)端，選擇阿里云登錄信息合成器，將信息復制到粘貼區，點(diǎn)擊生成登錄信息，將相關(guān)信息填入參數配置軟件對應的位置。

打開(kāi)“DTUCFG-V1.1.5”，將生成的阿里云IoT平臺MQTT相關(guān)參數配置進(jìn)對應的參數項。發(fā)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(guān)參數配置完以后需要配置“變化周期”和“固定上傳周期”，變化周期表示發(fā)送Modbus指令的時(shí)間間隔，固定上傳周期表示將json包發(fā)送到服務(wù)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Modbus轉json開(kāi)關(guān)打開(kāi)，json格式設置為阿里云IoT平臺。

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

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

點(diǎn)擊工具-Modbus參數配置可以進(jìn)入Modbus配置界面

注：點(diǎn)擊添加按鈕添加功能標識符，刪除按鈕刪除功能標識符。

參數配置成功以后需要點(diǎn)復位設備，參數才會(huì )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(chǎn)品-功能定義里面設置每個(gè)功能標識符的定義（根據每個(gè)寄存器的實(shí)際類(lèi)型定義，不然阿里云IoT平臺平臺會(huì )提示參數類(lèi)型錯誤），定義好以后點(diǎn)發(fā)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(xié)議解析后的數據。

注：雖然實(shí)際溫度是int16類(lèi)型，濕度是uint16類(lèi)型，但經(jīng)過(guò)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(lèi)型為float浮點(diǎn)數類(lèi)型才能正確解析；光照度不需要通過(guò)公式計算，上報的值為原始值，類(lèi)型為uint32。

點(diǎn)擊產(chǎn)品-功能定義，選擇編輯草稿。

點(diǎn)擊添加自定義功能

按照采集數據的類(lèi)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

(4)功能定義完以后點(diǎn)左下角發(fā)布

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(shí)現了Modbus RTU轉json并上報到阿里云IoT平臺的功能。

3.1.11 阿里云下發(fā)設置

如果配置了可讀可寫(xiě)的開(kāi)關(guān)量類(lèi)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(gè)繼電器。

3.1.12 在Modbus參數配置軟件配置IO口的Modbus RTU相關(guān)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(lèi)型為bool）

3.1.13 從阿里云IoT平臺的在線(xiàn)調試功能下發(fā)控制繼電器的指令

阿里云IoT平臺下發(fā)的原始指令為json格式，網(wǎng)關(guān)DTU會(huì )轉換為相應的Modbus指令控制繼電器，RTU返回的Modbus指令也會(huì )打包成json然后立即上報，這樣可以實(shí)時(shí)控制和獲取繼電器狀態(tài)。

3.2.3 json指令下發(fā)

4G網(wǎng)關(guān)支持中心服務(wù)器端下發(fā)json格式的數據讀寫(xiě)指令，然后自動(dòng)轉換為本地Modbus RTU串口讀寫(xiě)寄存器的指令，讀取指令格式為{"key1":"?","key2":"?",...}；也支持下發(fā)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(gè)key或多個(gè)key，也可以同時(shí)讀取和設置key，比如{"key1":"?","key2":1,...}，key必須為已經(jīng)在Modbus參數里配置好的功能標識符名稱(chēng)，或者是系統關(guān)鍵字（第六章有詳細說(shuō)明），對順序沒(méi)要求。響應的Modbus RTU指令或者系統關(guān)鍵字參數也會(huì )立即打包成key-value的json格式并上報，value值為獲取的實(shí)時(shí)數據或者配置的數據。

四、Lua本地控制代碼說(shuō)明

用戶(hù)可以配置Lua代碼來(lái)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(shí)現本地控制。

示例：采集一個(gè)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(dòng)作進(jìn)行本地報警或控制。

按照2.2節說(shuō)明配置好相應的參數

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(cháng)，配置的對話(huà)框也很長(cháng)，可以直接點(diǎn)Enter回車(chē)配置

正常模式Lua代碼為(方便閱讀)：

Lua代碼實(shí)現效果：

當光照度小于或等于1000時(shí)，串口打印illumination normal，關(guān)閉DO1，并且不往服務(wù)器上報數據；當光照度大于1000時(shí)，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(kāi)，并且將采集的數據立即上報到服務(wù)器。

賦值語(yǔ)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(guò)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(huì )一直上報數據，通過(guò)ModbusTojson.count計數可以設置上傳周期。

說(shuō)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(gè)數，初始為0，可以通過(guò)判斷count數量設置告警周期

③@PUB指令表示是否立即發(fā)布數據到服務(wù)器，@PUB=1表示發(fā)送，@PUB=0或者不配置表示不發(fā)送，只有等到了上報周期才發(fā)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》

⑤當最后一條功能標識符的指令發(fā)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(gè)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(guò)SHELL腳本執行，比如打印信息，上報數據，開(kāi)/關(guān)繼電器等。

五、NTP時(shí)間和GPS數據獲取

5.1 NTP時(shí)間獲取

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

注：如果想使用NTP時(shí)間功能，需要先把NTP時(shí)間開(kāi)關(guān)打開(kāi)

參數配置

2）TS時(shí)間上報

5.2 GPS數據采集

注：GPS版本才支持此指令，否則指令無(wú)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(lái)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。

服務(wù)器接收的數據如下：

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。

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(shí)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 或S(北緯或南緯)

<4> 經(jīng)度，格式為dddmm.mmmm(第一位零也將傳送)；

<5> 經(jīng)度半球，E 或W(東經(jīng)或西經(jīng))

<6> 定位質(zhì)量指示，0=定位無(wú)效，1=定位有效；

<7>使用衛星數量，從00到12(第一個(gè)零也將傳送)

<8>水平精確度，0.5到99.9

<9天線(xiàn)離海平面的高度，-9999.9到9999.9米M指單位米

<10>大地水準面高度，-9999.9到9999.9米M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0000到1023(首位0也將傳送)。

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

六、用戶(hù)自定義json模板

用戶(hù)可以自定義json格式，通過(guò)用戶(hù)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(shí)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。