将 Modbus 工业传感器与开源 IIoT 网关连接起来

工业物联网 (IIoT) 技术发展迅速。远程监控和高级分析领域的 IIoT 应用正在彻底改变企业，并为他们提供模范优势。边缘计算通常直接发生在传感器所连接的设备或物理上靠近传感器的网关设备上。

在工业用例中，许多传感器需要与边缘网关连接，解决方案架构师和开发人员需要决定边缘网关的软件设计和开发，以及如何在设计和开发期间处理来自各种传感器的数据并执行数据分析阶段。在这种情况下，如果没有开源框架，新软件的开发、bug修复可能会耗费大量的精力和成本。

物理传感和驱动“事物”与信息技术 (IT) 系统之间的中间件（图 1）。

图 1. EdgeX Foundry（来源：www.edgexfoundry.org）

本文提供了工业传感器与 EdgeX 接口以实现边缘计算功能的案例研究。

本案例研究的目的是通过连接工业温度和湿度传感器来评估在 Raspberry Pi 网关上运行的称为 EdgeX Foundry 的边缘计算框架之一。以下是解释案例研究的高级块和数据流程图：

图 2. 高级框图（来源：www.edgexfoundry.org）

Modbus

Modbus 是一种开放协议，传输是标准的。与许多专有协议不同，它不需要特定的物理层，因此 Modbus 网络建立在廉价且通用的基础设施上，例如 RS-485 链接。

Modbus 实现了一种非常简单的数据表示方式并且易于理解。它的主要目的只是在 Modbus 主设备和从设备之间移动数据。要移动的数据只有两种，寄存器和线圈。寄存器是 16 位无符号整数，用于存储模拟值，例如温度、湿度和压力值。线圈是用于在 Modbus 内存映射中存储数字值的单个位，通常是状态值，例如开关状态（ON 或 OFF）、电机运行状态（UP 或 DOWN）和阀门状态（OPEN 或 CLOSE）。

它只需要很少的代码空间，通常只有 1K。RAM 随数据空间的大小而变化。几乎不需要任何 RAM 空间就可以实现具有少量数据的简单自动化设备。

非程序员可以很容易地理解 Modbus。制造胶水机、仪表、测量设备等的工程师可以轻松理解线圈/寄存器的概念以及读取和写入它们的简单命令。

通常多台仪器连接到同一个 Modbus 网络。没有仪器支持所有仪器网络协议，但几乎所有仪器都支持 Modbus。通过选择 Modbus，您很有可能避免兼容性问题和未来的升级问题。

温度监测

物联网温度监控系统允许行业在基于网络/移动的安全平台上跟踪环境参数，并实时提供即时通知。这些温度传感器数据可以从远端访问。

从温度传感器收集的数据可用于创建统计见解。这将有助于各行业提高其仓库和冷库的可靠性。

许多工业用例都使用此应用程序：

实验室和诊所的数字温度监测，
食品安全合规，
仓库和库存管理，
货物正在运送中，
设备监控。

对于这些用例，温度和湿度监控应用程序非常相关。此应用程序需要一个网关来监控温度和湿度。网关需要一个边缘计算框架。这里使用的 Modbus 传感器、网关和边缘计算框架分别是 SHT20 工业温湿度传感器、Raspberry Pi 4 和 EdgeX Foundry。

Edgex 是如何使用的？

使用 Modbus 从站模拟器 (ModbusPal) 进行 Modbus 设备服务验证

ModbusPal 是一个 Modbus 从站模拟器，免费和开源，在 GPL 许可下发布。其目的是提供一个易于使用的界面，能够重现复杂和真实的 Modbus 环境。它本身支持 TCP/IP，如果计算机上安装了 RxTx 库，则支持串行通信。

ModbusPal 最多可以模拟 247 个 Modbus 从站。每个从站都可以有保持寄存器和线圈。每个寄存器或线圈都可以通过与称为“自动化”的动态值生成器相关联来进行动画处理。

使用 ModbusPal 模拟器和从设备作为功率计来验证 modbus 设备服务是通过以下提到的步骤完成的。同样，我们可以使用从设备（例如温度、湿度和压力传感器）来模拟任何类型的 Modbus 支持的环境。

设置ModbusPal环境，
添加从设备并配置它们的可寻址、值和自动化，
在 EdgeX 中发布 Modbus 设备配置文件，
在 EdgeX 中发布 Modbus 设备，
将数据发送到或启动从站设备 (PUT)，
从从设备接收数据 (GET)。
安装任何可以安装 docker 和 docker-compose 的操作系统。在这个例子中，我们使用 Ubuntu 20.04.2 LTS 来使用 docker 部署 EdgeX。

图 3. 为 ModbusPal 模拟器设置环境

添加从设备、配置保持寄存器、输入值和名称并将它们绑定到适当的自动化。

图 4. 在 ModbusPal 模拟器中添加和配置从设备（来源：www.edgexfoundry.org）

使用 POST 命令发布设备配置文件。

curl –X POST http://:48081/api/v1/deviceprofile/uploadfile -F文件=@

图 5. 在 EdgeX 中发布设备配置文件

使用 POST 命令发布设备。使用以下命令作为文件上传或使用截图命令作为内容上传。

curl –X POST http://:48081/api/v1/device/uploadfile -F “file=@”

图 6. 在 EdgeX 中发布设备

相关实战：https://www.yunduoketang.com/article/spjxrj.html
https://www.yunduoketang.com/article/k12zaixianjy.html
https://www.yunduoketang.com/article/zxjy125.html
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