Modbus设备通过边缘网关接入阿里云IoT平台

古城微笑少年丶 2022-08-28 11:00 358阅读 0赞

无需编程，通过边缘计算网关把工业领域常见的Modbus协议的硬件设备接入IoT云平台。

## 前提条件 ##

根据本产品的环境要求，选择运行边缘计算产品的硬件载体，例如准备一个硬件网关或者PC机，然后安装本产品。

*  环境要求
    
    三个版本的产品对环境的要求如下。
    
    <table>  
     <thead> 
      <tr> 
       <th>产品版本</th> 
       <th>硬件CPU架构</th> 
       <th>硬件CPU主频</th> 
       <th>硬件RAM</th> 
       <th>硬件磁盘</th> 
      </tr> 
     </thead> 
     <tbody> 
      <tr> 
       <td>专业版</td> 
       <td>x86-64</td> 
       <td>≥2 GHZ</td> 
       <td>≥2 GB</td> 
       <td>≥2 GB</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>标准版</td> 
       <td> 
        <ul> 
         <li>x86-64</li> 
         <li>ARMv8-64</li> 
         <li>ARMv7 VFPv3硬浮点型</li> 
         <li>ARMv7软浮点型</li> 
        </ul></td> 
       <td>≥1 GHZ</td> 
       <td>≥128 MB</td> 
       <td>≥128 MB</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>轻量版</td> 
       <td> 
        <ul> 
         <li>x86-64</li> 
         <li>ARMv8-64</li> 
         <li>ARMv7 VFPv3硬浮点型</li> 
         <li>ARMv7软浮点型</li> 
        </ul></td> 
       <td>不限制</td> 
       <td>≥1 MB</td> 
       <td>≥1 MB</td> 
      </tr> 
     </tbody> 
    </table>
 *  环境设置我们以在x86\_64 Ubuntu 16.04机器上安装Link IoT Edge标准版产品为例，设置Link IoT Edge运行所依赖的环境。
    
    1.  在x86\_64 Ubuntu 16.04机器的本地终端窗口或者SSH终端窗口执行以下命令，下载环境检查工具并运行。
        
            wget http://iotedge-web.oss-cn-shanghai.aliyuncs.com/public/testingTool/link-iot-edge_env-check.sh
            
            sudo chmod +x./link-iot-edge_env-check.sh
            
            sudo ./link-iot-edge_env-check.sh
        
        **说明** `link-iot-edge_env-check.sh`脚本在Link IoT Edge支持的平台需要以root权限运行并需要以下Linux系统命令：printf、echo、cat、ls、expr、grep、test、uname、set、head、sort、cut、uniq、xargs、ifconfig。
    2.  按照运行环境检查工具的提示在您的机器上安装所有必需的依赖项，当检查工具成功运行完成后，返回如下图信息，表示Link IoT Edge能够在您的机器上成功运行。
        
        ![Link IoT Edge能够在设备成功运行][Link IoT Edge]

## 背景信息 ##

Modbus协议是一种较为通用的数据传输协议，覆盖大量的物联网设备场景，因其通信报文种类多，报文中数据解析方式更加灵活而广泛应用于当今工业电子设备。然而，不同的场景需要将报文转换类型和报文解析类型进行组合，因此对Modbus协议的通用性提出了非常高的要求。阿里云提供的一款面向边缘场景的云边一体的PaaS层软件服务：物联网边缘计算产品（Link IoT Edge），很好地解决了Modbus协议通用性问题。该产品以官方驱动（Modbus官方驱动）的方式提供了Modbus协议设备接入能力，该驱动目前支持8种标准功能码，同时支持多达11种数据解析方式，能够满足大多数物联网场景的使用。物联网边缘计算架构图如下。

![物联网边缘计算架构图][187ad01baa6bcdeffabefc228050d922.png]

使用物联网边缘计算，您可以将云端的能力通过适当剪裁和兼容性适配映射到边缘，将云端的服务下沉到边缘，解决边缘实时性、可靠性、运维经济性等方面的问题。在设备接入侧，Link IoT Edge提供了通信协议框架方便软硬件开发者便捷开发；在云端提供了Open API帮助SaaS开发者快速构建云端应用；同时也提供了一体化的运维工具，方便您在云端集中运维，降低运维成本，提升运维效率。设备接入本地边缘计算网关，网关通过Internet接入物联网平台。整体技术架构如下所示。

图 1. 整体技术架构图

![整体技术架构图][4447a7c657ed3491b386ce458fc965df.png]

阿里云物联网边缘计算产品的官方Modbus驱动示意图如下所示。网关通过本地连接方式（例如通过网络或串口）连接边缘设备，并通过边缘设备中的驱动能力，采集设备数据。

图 2. 官方Modbus驱动示意图

![官方Modbus驱动示意图][Modbus]

## 创建边缘计算网关 ##

1.  登录物联网平台控制台，左侧导航栏选择设备管理>产品，单击创建产品。
2.  按照下图内容填写产品信息，然后单击完成。
    
    ![填写产品信息][ca87ce6c41ce6d44ee75e90f5891dbb5.png]
3.  左侧导航栏选择设备管理>设备，在页面右侧单击添加设备。为上一步创建的网关产品添加一个具体的网关设备。
    
    ![添加设备][c6e221bb791b5f247325229e67611520.png]
    
    网关设备创建成功，可获取到设备证书信息，用于后续步骤中网关连接物联网平台的身份验证。
    
    ![查看设备证书][cf352ba1af308f70e15e5943a7909a1f.png]
    
    ![身份验证][b546c1358fe53def1edeb4c9abd6dae7.png]
    
    至此，已完成了边缘计算网关的创建。

## 创建Modbus传感器 ##

接下来要在物联网平台，为用于采集环境数据的Modbus协议六合一传感器设备，创建产品模型。

1.  登录物联网平台控制台，左侧导航栏选择设备管理>产品，单击创建产品。
2.  根据实际产品情况，填写如下图信息。
    
    ![填写产品信息][bfc21bf8e744faae7b634475c42ee62c.png]
    
    其中，部分参数说明如下。
    
    <table>  
     <thead> 
      <tr> 
       <th>参数</th> 
       <th>描述</th> 
      </tr> 
     </thead> 
     <tbody> 
      <tr> 
       <td>节点类型</td> 
       <td>选择设备</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>是否入网关</td> 
       <td>选择是</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>接入网关协议</td> 
       <td>选择Modbus</td> 
      </tr> 
     </tbody> 
    </table>
    
    创建成功后，可以在产品详情页面确认关键信息是否正确。
    
    ![确认信息][032ca6a1bfdd27623ff39ba9443def3e.png]
3.  在产品详情页面功能定义页签，为产品添加物模型（添加自定义功能）。本文以添加温度属性为例，演示物模型属性创建过程。
    
    1.  根据下图内容，添加属性，填写功能名称、标识符。
        
        ![添加自定义功能][fc9aabb9e3ff909b09ee7b15423771db.png]
    2.  查看六合一传感器的说明书，找到温度相关的文档。示例如下：
        
        ![温度相关文档][35ed64dd260de624eb96102335a6b61e.png]
        
        通过阅读文档，可以了解到温度获值转换的方法。
    3.  单击功能定义下面的扩展描述，填写操作类型、寄存器地址、数据类型，以及缩放因子，然后单击保存，参考下图。
        
        ![新增扩展描述][9373742110e334930c5f3d7c3c87f98a.png]
        
        至此，完成了温度属性的定义。同样方式，为产品添加湿度、气压、二氧化碳、PM2.5、光照强度属性定义。
4.  左侧导航栏选择设备管理>设备，在页面右侧单击添加设备，基于产品注册具体设备。
    
    ![添加设备][c6051790775c970013404672da9cfec3.png]
5.  设备注册完成后，可获取到传感器设备的证书信息。
    
    ![传感器设备的证书信息][91b1d122ce74658c826d87b7c7f1e7f7.png]

## 配置和部署边缘实例 ##

准备好边缘计算网关和Modbus采集器后，接下来就需要把二者关联起来。本文以一个边缘计算实例的方式来管理这个关系。

1.  启动网关设备。
    
    1.  左侧导航栏选择边缘计算>边缘实例，单击页面右侧的新增实例。
        
        其中，边缘实例需要关联已创建的边缘计算网关产品和设备，如下图所示。
        
        ![关联网关产品和设备][8eb22ded6e2dae9af92ecb302625c611.png]
    2.  边缘实例创建完成后，需要安装边缘计算软件到网关中。单击软件安装，根据设备实际情况填写信息。
        
        ![软件安装][67b1cc8c0dab569918fee48a9f5481c0.png]
        
        填好信息后，单击生成安装命令。
    3.  在软件安装话框中单击复制命令。
        
        ![复制命令][9984d81c7b5ea7ba5440d092b1a76c7b.png]
        
        安装命令参考：
        
            sudo curl -O http://link-iot-edge-packet.oss-cn-
            shanghai.aliyuncs.com/config/link-iot-edge-standard.sh && sudo chmod +x link-
            iot-edge-standard.sh &&./link-iot-edge-standard.sh --install x86-64 v2.1.0 
            &&./link-iot-edge-standard.sh --config a1*****E6E iot_edge_Gateway 
            d8yERLxi6faB5Kxbk8OyTJhoMK*****&& ./link-iot-edge-standard.sh --start
    4.  登录到网关设备，执行安装命令。
        
        该命令实现一键下载、配置并启动Link IoT Edge。命令执行完成后，会在当前目录中下载用于启动Link IoTEdge的link-iot-edge-standard.sh脚本。
    5.  执行如下命令查看Link IoT Edge核心服务的运行状态。
        
            sudo./link-iot-edge-standard.sh --status
        
        若系统显示如下信息，表示Link IoT Edge核心服务启动成功。
        
        ![Link IoT Edge核心服务启动成功][Link IoT Edge 1]
        
        **说明** 您也可以在物联网控制台，选择边缘计算>边缘实例，在已创建好的边缘实例右侧单击查看进入实例详情页面，选择网关，查看网关状态。
2.  安装Modbus设备驱动。
    
    边缘网关设备启动后，把Modbus数据解析为物模型JSON的驱动程序安装到Modbus设备。
    
    1.  进入边缘计算实例详情页面的设备驱动配置页签，单击“+”图标，选择对应版本的官方Modbus驱动。如下图。
        
        ![分配驱动][422dceae311b4253c201360b851a5ce7.png]
    2.  选中已添加的Modbus驱动，单击分配子设备，关联Modbus驱动和Modbus设备。
        
        ![关联Modbus驱动和设备][Modbus 1]
    3.  完成驱动和设备的关联后，单击设备名称右侧的设备配置，配置关联通道。参考下图操作。
        
        ![配置关联通道][27ef56bf4642bcb5e4d311c777936d53.png]
    4.  在编辑通道页面，根据设备说明书填写通道配置参数，如下图。
        
        ![填写通道配置参数][1e9dea679cb30160a0be25e7035df737.png]
    5.  通道建立后，还需要配置传感器地址码（从站号），以及数据采集频率。
        
        ![配置传感器地址码和数据采集频率][469f175bcd0addc64964a8d0979c9cb1.png]
    6.  在实例详情页面右上角单击部署。这样就把设备驱动和配置参数从云端下发到边缘网关的设备上了。
        
        边缘计算网关就会按照已设定的频率从指定通道读取数据，并按照属性模型把Modbus数据转化成物模型JSON数据，上报到物联网平台。参考如下。
        
        ![Modbus数据上报物联网平台][Modbus 2]
        
        当部署状态显示为部署成功，表示部署实例完成。您可以单击查看日志，查看部署详情。
    7.  设备运行后，进入Modbus设备的设备详情页面，查看运行状态，可以看到传感器采集到的环境数据。
        
        ![查看环境数据][9d2feada11e9d3d7f7a903b54db510d6.png]

## 名词解释 ##

*  **驱动**
    
    Link IoT Edge中的设备接入模块称为驱动（Driver）或设备接入驱动。所有连接到Link IoT Edge的设备都需要通过驱动实现接入。
 *  **边缘实例**
    
    边缘实例通过网关关联您的设备，将设备接入到物联网平台进行管理控制，边缘实例同时也管理您设备使用的其他资源，例如驱动，函数计算，场景联动规则等。
 *  **部署**
    
    在云端为设备编排各种功能和配置，然后通过物联网边缘计算部署功能，将云端的能力和配置下发到边缘设备，实现设备功能和配置的自动运行。
 *  **监控信息**
    
    对边缘设备的状态、边缘能力运行状态进行监控，通过图表的方式展示在云端，随时随地监控边缘状态。
 *  **日志服务**
    
    边缘设备上运行的各种能力均可以通过边缘API写入日志，同时支持该日志自动同步到云端，方便您随时随地查看日志状态。
 *  **消息路由**
    
    对边缘设备上数据流转做可视化的管理。通过路由规则动态规划消息的传输路径，使消息按照过滤条件，从消息源路由到目标节点的功能，称为消息路由。
 *  **产品规格**
    
    根据边缘场景不同，划分了三种不同的能力集合，称之为不同的产品规格，包括轻量版、标准版和专业版。

[Link IoT Edge]: /images/20220828/905e068d02c94a74ae54b68e415033a6.png
[187ad01baa6bcdeffabefc228050d922.png]: /images/20220828/8e9cbcbe274d4bffaeffe9a53f8a5ba6.png
[4447a7c657ed3491b386ce458fc965df.png]: /images/20220828/d7fc59186d8a4204b5a20810250fc6b4.png
[Modbus]: /images/20220828/9865c1dec874441aaf4e4f465365bd41.png
[ca87ce6c41ce6d44ee75e90f5891dbb5.png]: /images/20220828/3e8038782c594c86958ad0ecb194abe8.png
[c6e221bb791b5f247325229e67611520.png]: /images/20220828/ad469a2f915448bd8ebaaae352985135.png
[cf352ba1af308f70e15e5943a7909a1f.png]: /images/20220828/fcdafff5fff54e009f0704ba57bc2e57.png
[b546c1358fe53def1edeb4c9abd6dae7.png]: /images/20220828/c3027cf6878e47eaa8f7fc7689c1bac8.png
[bfc21bf8e744faae7b634475c42ee62c.png]: /images/20220828/37a3eeb61cbc45769e904d4d541fc905.png
[032ca6a1bfdd27623ff39ba9443def3e.png]: /images/20220828/58af572a2ec3468bb53ef5940e4550fa.png
[fc9aabb9e3ff909b09ee7b15423771db.png]: /images/20220828/b9ac8a56dad340e5b82880ae6d40f642.png
[35ed64dd260de624eb96102335a6b61e.png]: /images/20220828/c2d652b1cfbc4974844803982aa3d8d9.png
[9373742110e334930c5f3d7c3c87f98a.png]: /images/20220828/74a854829ebf4f5aa26e5ee671952a4f.png
[c6051790775c970013404672da9cfec3.png]: /images/20220828/a15d3d9085594bbd987d140d6831e445.png
[91b1d122ce74658c826d87b7c7f1e7f7.png]: /images/20220828/0b1d9ba542314c408b35fdd3cf924c96.png
[8eb22ded6e2dae9af92ecb302625c611.png]: /images/20220828/e8ed4c6bac364d32a00453602cfe6c29.png
[67b1cc8c0dab569918fee48a9f5481c0.png]: /images/20220828/4d97d027e39d45c0a0d165af7e299569.png
[9984d81c7b5ea7ba5440d092b1a76c7b.png]: /images/20220828/57c8aa935b804b6692dc20cb710ae474.png
[Link IoT Edge 1]: /images/20220828/6f9af868db4243efba8f735e030205e7.png
[422dceae311b4253c201360b851a5ce7.png]: /images/20220828/64cea0fb0aa5493d80ba88c4c0b77dfd.png
[Modbus 1]: /images/20220828/f97e17f13bfa432e8cc4953a8428d013.png
[27ef56bf4642bcb5e4d311c777936d53.png]: /images/20220828/4fd2c45bbe6b4939b922c1f8da651a0f.png
[1e9dea679cb30160a0be25e7035df737.png]: /images/20220828/319c6c1ef5b04ba48b7cff10afbf6031.png
[469f175bcd0addc64964a8d0979c9cb1.png]: /images/20220828/aafb9bd2bc3347e288b19e09f33a82e7.png
[Modbus 2]: /images/20220828/bc5559dd9299481ba505293feba0f844.png
[9d2feada11e9d3d7f7a903b54db510d6.png]: /images/20220828/c2689e5551554fbdbf1247af847793a7.png