4G Modbus Json边缘网关接入阿里云IoT平台-边缘计算网关开发

LTE-669P 4G边缘网关系列 阿里云平台连接教程

今天介绍物联设备 LTE-669P 4G边缘网关如何接入阿里云平台系列。

LTE-669P是一款工业级4G JSON无线边缘解析网关，支持RS485/232采集上报，支持TCP/UDP/HTTP/MQTT协议，支持Modbus RTU转JSON轮询上报功能，支持本地、远程参数配置，支持移动、联通、电信4G网络，支持连接自建服务器和阿里云IOT物联云平台，JSON网关内部自动解析Modbus报文转为JSON格式，支持JSON网关切换为DTU工作模式，双向底层报文透传。

硬件准备

1） LTE-669P 4G边缘网关一套，包含4G主机、4G天线、12V电源。

2） 4G 数据卡一张，移动，联通，电信均可。

3） USB转232/485串口线配件，用于连接电 脑和设备。

电源和串口接线说明：

电源红线接VIN，白线接GND，232接口和USB转232转接头交叉接，RX-TX,TX-RX,GND-GND。

软件准备

1) CONFIG参数配置软件，用于配置设备串口参数，及MQTT参数等

2) MODBUS转换寄存器参数配置软件，用于配置现场传感器MODBUS寄存器表

接下来分别描述以下几个方面：

网关工作流程

MODBUS参数说明

阿里云IoT平台接入

NTP时间和GPS数据获取

自定义json模板

其他特殊关键字(服务器下发json指令)

SHELL指令

Reg1-Reg10本地化参数

Modbus转json功能主要用于采集Modbus RTU传感器数据，将采集的数据按配置的数据类型解析，并且打包成key-value的json格式上报到服务器，支持服务器下发json格式命令，省去了用户自己解析数据和转换格式的麻烦。支持连接自建服务器和阿里云IoT平台。

1.2 网关工作流程

json网关DTU通过配置Modbus相关参数往串口发送相应的Modbus指令，485设备收到指令以后会返回采集的数据，网关DTU通过数据类型进行解析，并将解析以后的数值以key-value的格式打包成json发送到服务器。流程如下：

（1）配置服务器IP地址/域名和端口号，如果是MQTT协议还需要配置ClinetID、usernam e、password、发布主题和订阅主题等参数，配置轮询周期和上报周期、json数据格式。

（2）配置Modbus相关参数，Modbus子站地址、寄存器地址、数据类型、计算公式。

（3）如果是阿里云IoT平台，需要在服务器上创建设备；如果是自建服务器，需要在服务器端打开相应的上位机软件。

（4）服务器接收到打包的json数据。

二、MODBUS参数说明

参数项

说明

功能标识符

用户自定义，只能是数字或者英文字符

描述

对标签的描述

数据区

Modbus RTU功能码：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

采集数据类型

共7种数据类型，上传的报文根据数据类型进行解析

int16: 两字节，有符号

uint16: 两字节，无符号

int32: 四字节，有符号

uint32: 四字节，无符号

float: 单精度浮点数，四字节

bool: bool类型值，只有0,1两种类型，一般用于开关量

BCD-2: 两字节BCD码

BCD-4: 四字节BCD码

BCD-8: 八字节BCD码

字节序

int32/uint32/float类型数据才有字节序，其他类型此参数无效

公式

采集数据的计算公式，格式为valuey=valuex*a+b，valuex为原始值，valuey为经过公式计算后的值，上报的数据为valuey，如果此项为空则取原始值上报。注：bool类型不支持公式运算

保存文件

保存json配置文件

调入文件

调入保存的json配置文件

添加

添加功能标识符（采集指令）

删除

删除功能标识符（采集指令）

清空

清空所有配置的参数

读取Modbus参数

读取配置的Modbus参数

配置Modbus参数

配置Modbus参数

三、使用说明

3.1 阿里云IoT平台接入

3.1.1 进入阿里云IoT平台官网https://www.aliyun.com，登录账号，然后点击右上角的控制台。

3.1.2 进入控制台后选择产品与服务-物联网平台。

注：第一次使用阿里云IoT平台物联网服务器需要先开通服务才能使用。

3.1.3 选择产品-创建产品。

3.1.4 创建产品，产品名称可以自己定义，其他参数按图片上的配置即可。

3.1.5 创建产品成功以后添加设备。

3.1.6 添加好设备后会弹出设备鉴权证书，新建一个文本文档，点击一键复制，将信息复制到一个TXT文档里。

3.1.7配置连接阿里云IoT平台的相关参数。

打开参数配置软件左下角的MQTT客户端，选择阿里云登录信息合成器，将信息复制到粘贴区，点击生成登录信息，将相关信息填入参数配置软件对应的位置。

打开“DTUCFG-V1.1.5”，将生成的阿里云IoT平台MQTT相关参数配置进对应的参数项。发布号配置“属性上报”内容

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

订阅号配置“设置设备属性”内容：

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

阿里云IoT平台相关参数配置完以后需要配置“变化周期”和“固定上传周期”，变化周期表示发送Modbus指令的时间间隔，固定上传周期表示将json包发送到服务器的周期，单位都为毫秒。

注：除了连接阿里云IoT平台的必要参数，还需要将Modbus转json开关打开，json格式设置为阿里云IoT平台。

3.1.8切换到Modbus RTU参数，根据实际需要采集的Modbus RTU设备配置相应的参数，本手册用一个温湿度-光照度传感器示例，Modbus RTU地址及寄存器定义如下：

可以看出温度和湿度为两个字节，温度有符号，数据类型是int16；湿度无符号，数据类型是uint16，转换为十进制以后都需要除以10，公式配置为valuey=valuex/10。光照度为四个字节，无符号，数据类型为uint32，字节序为1234，无公式，取原始值。参数配置如下：

点击工具-Modbus参数配置可以进入Modbus配置界面

注：点击添加按钮添加功能标识符，删除按钮删除功能标识符。

参数配置成功以后需要点复位设备，参数才会生效

3.1.9阿里云IoT平台物理模型配置

在阿里云IoT平台的产品-功能定义里面设置每个功能标识符的定义（根据每个寄存器的实际类型定义，不然阿里云IoT平台平台会提示参数类型错误），定义好以后点发布。当DTU采集数据上报后可以在设备-物理模型里面看数据，数据是Modbus RTU协议解析后的数据。

注：虽然实际温度是int16类型，湿度是uint16类型，但经过公式计算以后有小数，所以阿里云IoT平台平台上定义温度和湿度的数据类型为float浮点数类型才能正确解析；光照度不需要通过公式计算，上报的值为原始值，类型为uint32。

点击产品-功能定义，选择编辑草稿。

点击添加自定义功能

按照采集数据的类型添加功能。

注：标识符需要和Modbus RTU参数中的功能标识符保持一致，这样阿里云IoT平台平台才能正确解析物理模型

(4)功能定义完以后点左下角发布

3.1.10当设备采集数据并上报到阿里云IoT平台，可以在设备-物理模型数据查看。现在就实现了Modbus RTU转json并上报到阿里云IoT平台的功能。

3.1.11 阿里云下发设置

如果配置了可读可写的开关量类型，比如继电器，可以使用阿里云设置功能。先在阿里云IoT平台物理模型添加一个继电器。

3.1.12 在Modbus参数配置软件配置IO口的Modbus RTU相关参数（以众山RTU为例，默认Modbus RTU地址为100，DI1、DI2的寄存器地址分别为17、18；DO1、DO2的寄存器地址分别为20、21，数据类型为bool）

3.1.13 从阿里云IoT平台的在线调试功能下发控制继电器的指令

阿里云IoT平台下发的原始指令为json格式，网关DTU会转换为相应的Modbus指令控制继电器，RTU返回的Modbus指令也会打包成json然后立即上报，这样可以实时控制和获取继电器状态。

3.2.3 json指令下发

4G网关支持中心服务器端下发json格式的数据读写指令，然后自动转换为本地Modbus RTU串口读写寄存器的指令，读取指令格式为{“key1″:”?”,”key2″:”?”,…}；也支持下发寄存器设置指令，设置指令格式为{“key1″:0,”key2”:100,…}。可以读取/设置一个key或多个key，也可以同时读取和设置key，比如{“key1″:”?”,”key2″:1,…}，key必须为已经在Modbus参数里配置好的功能标识符名称，或者是系统关键字（第六章有详细说明），对顺序没要求。响应的Modbus RTU指令或者系统关键字参数也会立即打包成key-value的json格式并上报，value值为获取的实时数据或者配置的数据。

四、Lua本地控制代码说明

用户可以配置Lua代码来判断获取数据的大小，并根据上下限阈值执行不同的操作，实现本地控制。

示例：采集一个温湿度、光照度传感器数据，并根据传感器阈值控制继电器动作进行本地报警或控制。

按照2.2节说明配置好相应的参数

配置的Lua代码：

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代码太长，配置的对话框也很长，可以直接点Enter回车配置

正常模式Lua代码为(方便阅读)：

Lua代码实现效果：

当光照度小于或等于1000时，串口打印illumination normal，关闭DO1，并且不往服务器上报数据；当光照度大于1000时，先判断次数，串口打印count数量，如果Lua脚本连续执行5次光照度都大于1000，串口打印High illumination warning!，DO1打开，并且将采集的数据立即上报到服务器。

赋值语句为local y=data.x, 其中x为功能标识符（必须为英文），y为获取的标识符值，后面就是判断变量的大小和执行相应的操作。所有操作可以通过SHELL脚本执行，具体请参考脚本编程手册。ModbusTojson.count表示计数，如果采集很频繁告警以后就会一直上报数据，通过ModbusTojson.count计数可以设置上传周期。

说明：

①data.x为获取功能标识符的值，标识符只能配置为英文

②count为计数的个数，初始为0，可以通过判断count数量设置告警周期

③@PUB指令表示是否立即发布数据到服务器，@PUB=1表示发送，@PUB=0或者不配置表示不发送，只有等到了上报周期才发送。

④“SHELL=”后面可以是所有支持的脚本指令，具体请参考《LTE-xxx脚本编程手册》

⑤当最后一条功能标识符的指令发送完成执行一次Lua代码，执行周期=变化周期*标识符数量

一般流程为：先定义一个变量获取标识符值，设定变量阈值，判断大小，（bool值则判断真假，0为假，1为真），然后根据判断执行具体的操作，所有操作可以通过SHELL脚本执行，比如打印信息，上报数据，开/关继电器等。

五、NTP时间和GPS数据获取

5.1 NTP时间获取

当把功能标识符设置为TS时，表示获取NTP时间，其他Modbus RTU相关参数可以不用设置（无效），上报的json包里面会获取NTP时间，格式为年/月/日，星期，时：分：秒，比如获取的TS时间为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时间功能，需要先把NTP时间开关打开

参数配置

2）TS时间上报

5.2 GPS数据采集

注：GPS版本才支持此指令，否则指令无效

5.2.1采集指令

如果是带GPS版本，可以将功能标识符配置为GPS_xx来获取GPS数据，xx可以是以下内容，不同的指令获取的GPS格式也不同。

参数配置：

只需要将功能标识符配置为GPS_GGA，其他参数不用配置。

服务器接收的数据如下：

注：设备支持阿里IOT平台空间可视化GPS位置数据接口，设置GPS格式参数选项为。为”GPS_Aliyun”即可。

5.2.2 报文解析

示例：

1）配置标识符为GPS_GGA，采集的GPS数据为标准的GGA数据，格式解析如下：

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

<1> UTC 时间，格式为hhmmss.sss；

<2> 纬度，格式为ddmm.mmmm(第一位是零也将传送)；

<3> 纬度半球，N 或S(北纬或南纬)

<4> 经度，格式为dddmm.mmmm(第一位零也将传送)；

<5> 经度半球，E 或W(东经或西经)

<6> 定位质量指示，0=定位无效，1=定位有效；

<7>使用卫星数量，从00到12(第一个零也将传送)

<8>水平精确度，0.5到99.9

<9天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米M指单位米

<10>大地水准面高度，-9999.9到9999.9米M指单位米

<11>差分GPS数据期限(RTCMSC-104)，最后设立RTCM传送的秒数量

<12>差分参考基站标号，从0000到1023(首位0也将传送)。

2）配置标识符为GPS_JW，则只返回经纬度信息，比如104.10194,30.65984。104.10194为经度，30.65984为纬度，可以用此经纬度在地图上定位。

六、用户自定义json模板

用户可以自定义json格式，通过用户json模板参数可以在json包里添加一些自定义标识符，比如DTU ID，Device name，Location，ts时间戳等信息。自定义json内容可以直接添加到原始json包内，也可以添加到原始的json包外，或者添加多重json。

注：”ts”:”?1″返回UNIX格式的时间戳；”ts”:”?2″返回年/月/日,星期,时:分:秒格式的时间戳

采集温湿度、光照度数据，原始json包为:

{

“illuminance” : 300,

“humidity” : 65.7,

“temperature” : 19.7

}

例1：添加到原始的json包内

配置json模板为：

{“DTU ID”:”0001″,”Device name”:”test01″,”Location”:”chengdu”,”ts”:”?2″}

上报到服务器的json包为：

例2：添加到原始的json包外

配置json模板为：

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

上报到服务器的json包为：

例3：添加到原始的json包内部和外部

配置json模板为：

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

上报到服务器的json包为：

例4：添加多重json包

{“Devicename”:”test01″,”DTU ID”:”0001″,”Location”:”chengdu”,

“params”:[{“property”:”?1″,”value”:”?2″}]}

注：红色的”?1″和”?2″是固定的格式，不能修改。”?1″表示获取标识符名称，”?2″表示获取标识符对应的值。

上报到服务器的json包为：

七、其他特殊关键字(服务器下发json指令)

7.1 SHELL

可以从服务器下发json格式的SHELL脚本，DTU会临时执行一次脚本。

7.1.1 阿里云IoT平台下发SHELL脚本

(1)在阿里云IoT平台定义物理模型功能标识符为SHELL，数据类型为text，长度为1024。

(2)切换到在线调试，从标识符“SHELL”下发脚本，就可以实现阿里云IoT平台下发SHELL脚本，执行完毕后会返回脚本内容。脚本的内容为所有支持的脚本指令，具体请参考《LTE-XXX 4G DTU脚本编程手册》。

7.1.2 自建服务器下发SHELL脚本

连接上服务器以后，直接从服务器下发{“SHELL”:”@C=010300000001V1@D=1″}

7.2 luaCode

可以从服务器下发json报文配置用户Lua代码。

7.2.1 阿里云IoT平台配置用户Lua代码

(1)在阿里云IoT平台定义物理模型功能标识符为luaCode，数据类型为text，长度为2048。

(2)切换到在线调试，从标识符“luaCode”下发用户Lua代码。例如采集温湿度传感器数据，可以在lua代码里面获取温度值，然后在做相应的操作，Lua代码设置成功以后会返回到服务器。

7.2.2 自建服务器配置用户Lua代码

连接上服务器以后，直接从服务器下发{“luaCode”:”local temp=data.temperature …(some thing you do)”}

7.3 Reg1-Reg10

LTE-xxx网关版本有10个可读可写的寄存器供用户调用，可以用做阈值判断。用户可以自己配置Reg参数的值，只能是数字（可以是小数）。

7.3.1 阿里云IoT平台配置Reg

(1)在阿里云IoT平台定义物理模型功能标识符为Reg1~Reg10，数据类型为int32，取值范围为0~int32最大范围，这里定义的1000。

切换到在线调试，从标识符“Reg1”下发设置的值。

7.3.2 自建服务器配置Reg

连接上服务器以后，直接从服务器下发{“Reg1”:100}

设置成功后，DTU会立即上报配置的Reg值。

审核编辑：汤梓红