Modbus设备通过边缘网关接入阿里云IoT平台

Posted 2021-10-21 HaaS技术社区

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。

  产品版本	硬件CPU架构	硬件CPU主频	硬件RAM	硬件磁盘
  专业版	x86-64	≥2 GHZ	≥2 GB	≥2 GB
  标准版	x86-64 ARMv8-64 ARMv7 VFPv3硬浮点型 ARMv7软浮点型	≥1 GHZ	≥128 MB	≥128 MB
  轻量版	x86-64 ARMv8-64 ARMv7 VFPv3硬浮点型 ARMv7软浮点型	不限制	≥1 MB	≥1 MB

• 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。

     

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。

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

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

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。

   

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。

   

   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。

   

   

   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。

   

   其中，部分参数说明如下。

   参数	描述
   节点类型	选择设备
   是否入网关	选择是
   接入网关协议	选择Modbus

   创建成功后，可以在产品详情页面确认关键信息是否正确。

   

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。

      

   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：

      

      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。

      

      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。

   

5. 设备注册完成后，可获取到传感器设备的证书信息。

   

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。

      

   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。

      

      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。

      

      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。

      

      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。

      

   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。

      

   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。

      

   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。

      

   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。

      

   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。

      

      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。

      

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。