4G Modbus Json邊緣網關接入阿里云IoT平臺

LTE-669P 4G邊緣網關系列 阿里云平臺連接教程

今天介紹物聯設備 LTE-669P 4G邊緣網關如何接入阿里云平臺系列。

LTE-669P是一款工業級4G JSON無線邊緣解析網關，支持RS485/232采集上報，支持TCP/UDP/HTTP/MQTT協議，支持Modbus RTU轉JSON輪詢上報功能，支持本地、遠程參數配置，支持移動、聯通、電信4G網絡，支持連接自建服務器和阿里云IOT物聯云平臺，JSON網關內部自動解析Modbus報文轉為JSON格式，支持JSON網關切換為DTU工作模式，雙向底層報文透傳。

硬件準備

1） LTE-669P 4G邊緣網關一套，包含4G主機、4G天線、12V電源。

2） 4G 數據卡一張，移動，聯通，電信均可。

3） USB轉232/485串口線配件，用于連接電 腦和設備。

電源和串口接線說明：

電源紅線接VIN，白線接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，用于配置現場傳感器MODBUS寄存器表

接下來分別描述以下幾個方面：

網關工作流程

MODBUS參數說明

阿里云IoT平臺接入

NTP時間和GPS數據獲取

自定義json模板

其他特殊關鍵字(服務器下發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型解析，并且打包成key-value的json格式上報到服務器，支持服務器下發json格式命令，省去了用戶自己解析數據和轉換格式的麻煩。支持連接自建服務器和阿里云IoT平臺。

1.2 網關工作流程

json網關DTU通過配置Modbus相關參數往串口發送相應的Modbus指令，485設備收到指令以后會返回采集的數據，網關DTU通過數據類型進行解析，并將解析以后的數值以key-value的格式打包成json發送到服務器。流程如下：

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

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

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

（4）服務器接收到打包的json數據。

二、MODBUS參數說明

參數項

說明

功能標識符

用戶自定義，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

采集數據類型

共7種數據類型，上傳的報文根據數據類型進行解析

int16: 兩字節，有符號

uint16: 兩字節，無符號

int32: 四字節，有符號

uint32: 四字節，無符號

float: 單精度浮點數，四字節

bool: bool類型值，只有0,1兩種類型，一般用于開關量

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類型數據才有字節序，其他類型此參數無效

公式

采集數據的計算公式，格式為valuey=valuex*a+b，valuex為原始值，valuey為經過公式計算后的值，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

配置Modbus參數

三、使用說明

3.1 阿里云IoT平臺接入

3.1.1 進入阿里云IoT平臺官網https://www.aliyun.com，登錄賬號，然后點擊右上角的控制臺。

3.1.2 進入控制臺后選擇產品與服務-物聯網平臺。

注：第一次使用阿里云IoT平臺物聯網服務器需要先開通服務才能使用。

3.1.3 選擇產品-創建產品。

3.1.4 創建產品，產品名稱可以自己定義，其他參數按圖片上的配置即可。

3.1.5 創建產品成功以后添加設備。

3.1.6 添加好設備后會彈出設備鑒權證書，新建一個文本文檔，點擊一鍵復制，將信息復制到一個TXT文檔里。

3.1.7配置連接阿里云IoT平臺的相關參數。

打開參數配置軟件左下角的MQTT客戶端，選擇阿里云登錄信息合成器，將信息復制到粘貼區，點擊生成登錄信息，將相關信息填入參數配置軟件對應的位置。

打開“DTUCFG-V1.1.5”，將生成的阿里云IoT平臺MQTT相關參數配置進對應的參數項。發布號配置“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”，變化周期表示發送Modbus指令的時間間隔，固定上傳周期表示將json包發送到服務器的周期，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開關打開，json格式設置為阿里云IoT平臺。

3.1.8切換到Modbus RTU參數，根據實際需要采集的Modbus RTU設備配置相應的參數，本手冊用一個溫濕度-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字節，溫度有符號，數據類型是int16；濕度無符號，數據類型是uint16，轉換為十進制以后都需要除以10，公式配置為valuey=valuex/10。光照度為四個字節，無符號，數據類型為uint32，字節序為1234，無公式，取原始值。參數配置如下：

點擊工具-Modbus參數配置可以進入Modbus配置界面

注：點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復位設備，參數才會生效

3.1.9阿里云IoT平臺物理模型配置

在阿里云IoT平臺的產品-功能定義里面設置每個功能標識符的定義（根據每個寄存器的實際類型定義，不然阿里云IoT平臺平臺會提示參數類型錯誤），定義好以后點發布。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協議解析后的數據。

注：雖然實際溫度是int16類型，濕度是uint16類型，但經過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型為float浮點數類型才能正確解析；光照度不需要通過公式計算，上報的值為原始值，類型為uint32。

點擊產品-功能定義，選擇編輯草稿。

點擊添加自定義功能

按照采集數據的類型添加功能。

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)功能定義完以后點左下角發布

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 阿里云下發設置

如果配置了可讀可寫的開關量類型，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繼電器。

3.1.12 在Modbus參數配置軟件配置IO口的Modbus RTU相關參數（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，數據類型為bool）

3.1.13 從阿里云IoT平臺的在線調試功能下發控制繼電器的指令

阿里云IoT平臺下發的原始指令為json格式，網關DTU會轉換為相應的Modbus指令控制繼電器，RTU返回的Modbus指令也會打包成json然后立即上報，這樣可以實時控制和獲取繼電器狀態。

3.2.3 json指令下發

4G網關支持中心服務器端下發json格式的數據讀寫指令，然后自動轉換為本地Modbus RTU串口讀寫寄存器的指令，讀取指令格式為{"key1":"?","key2":"?",...}；也支持下發寄存器設置指令，設置指令格式為{"key1":0,"key2":100,...}?？梢宰x取/設置一個key或多個key，也可以同時讀取和設置key，比如{"key1":"?","key2":1,...}，key必須為已經在Modbus參數里配置好的功能標識符名稱，或者是系統關鍵字（第六章有詳細說明），對順序沒要求。響應的Modbus RTU指令或者系統關鍵字參數也會立即打包成key-value的json格式并上報，value值為獲取的實時數據或者配置的數據。

四、Lua本地控制代碼說明

用戶可以配置Lua代碼來判斷獲取數據的大小，并根據上下限閾值執行不同的操作，實現本地控制。

示例：采集一個溫濕度、光照度傳感器數據，并根據傳感器閾值控制繼電器動作進行本地報警或控制。

按照2.2節說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，配置的對話框也很長，可以直接點Enter回車配置

正常模式Lua代碼為(方便閱讀)：

Lua代碼實現效果：

當光照度小于或等于1000時，串口打印illumination normal，關閉DO1，并且不往服務器上報數據；當光照度大于1000時，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，并且將采集的數據立即上報到服務器。

賦值語句為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一直上報數據，通過ModbusTojson.count計數可以設置上傳周期。

說明：

①data.x為獲取功能標識符的值，標識符只能配置為英文

②count為計數的個數，初始為0，可以通過判斷count數量設置告警周期

③@PUB指令表示是否立即發布數據到服務器，@PUB=1表示發送，@PUB=0或者不配置表示不發送，只有等到了上報周期才發送。

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SHELL腳本執行，比如打印信息，上報數據，開/關繼電器等。

五、NTP時間和GPS數據獲取

5.1 NTP時間獲取

當把功能標識符設置為TS時，表示獲取NTP時間，其他Modbus RTU相關參數可以不用設置（無效），上報的json包里面會獲取NTP時間，格式為年/月/日，星期，時：分：秒，比如獲取的TS時間為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時間功能，需要先把NTP時間開關打開

參數配置

2）TS時間上報

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> 經度，格式為dddmm.mmmm(第一位零也將傳送)；

<5> 經度半球，E 或W(東經或西經)

<6> 定位質量指示，0=定位無效，1=定位有效；

<7>使用衛星數量，從00到12(第一個零也將傳送)

<8>水平精確度，0.5到99.9

<9天線離海平面的高度，-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，則只返回經緯度信息，比如104.10194,30.65984。104.10194為經度，30.65984為緯度，可以用此經緯度在地圖上定位。

六、用戶自定義json模板

用戶可以自定義json格式，通過用戶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。

注："ts":"?1"返回UNIX格式的時間戳；"ts":"?2"返回年/月/日,星期,時:分:秒格式的時間戳

采集溫濕度、光照度數據，原始json包為:

{

"illuminance" : 300,

"humidity" : 65.7,

"temperature" : 19.7

}

例1：添加到原始的json包內

配置json模板為：

{"DTU ID":"0001","Device name":"test01","Location":"chengdu","ts":"?2"}

上報到服務器的json包為：

例2：添加到原始的json包外

配置json模板為：

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

上報到服務器的json包為：

例3：添加到原始的json包內部和外部

配置json模板為：

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

上報到服務器的json包為：

例4：添加多重json包

{"Devicename":"test01","DTU ID":"0001","Location":"chengdu",

"params":[{"property":"?1","value":"?2"}]}

注：紅色的"?1"和"?2"是固定的格式，不能修改。"?1"表示獲取標識符名稱，"?2"表示獲取標識符對應的值。

上報到服務器的json包為：

七、其他特殊關鍵字(服務器下發json指令)

7.1 SHELL

可以從服務器下發json格式的SHELL腳本，DTU會臨時執行一次腳本。

7.1.1 阿里云IoT平臺下發SHELL腳本

(1)在阿里云IoT平臺定義物理模型功能標識符為SHELL，數據類型為text，長度為1024。

(2)切換到在線調試，從標識符“SHELL”下發腳本，就可以實現阿里云IoT平臺下發SHELL腳本，執行完畢后會返回腳本內容。腳本的內容為所有支持的腳本指令，具體請參考《LTE-XXX 4G DTU腳本編程手冊》。

7.1.2 自建服務器下發SHELL腳本

連接上服務器以后，直接從服務器下發{"SHELL":"@C=010300000001V1@D=1"}

7.2 luaCode

可以從服務器下發json報文配置用戶Lua代碼。

7.2.1 阿里云IoT平臺配置用戶Lua代碼

(1)在阿里云IoT平臺定義物理模型功能標識符為luaCode，數據類型為text，長度為2048。

(2)切換到在線調試，從標識符“luaCode”下發用戶Lua代碼。例如采集溫濕度傳感器數據，可以在lua代碼里面獲取溫度值，然后在做相應的操作，Lua代碼設置成功以后會返回到服務器。

7.2.2 自建服務器配置用戶Lua代碼

連接上服務器以后，直接從服務器下發{"luaCode":"local temp=data.temperature ...(some thing you do)"}

7.3 Reg1-Reg10

LTE-xxx網關版本有10個可讀可寫的寄存器供用戶調用，可以用做閾值判斷。用戶可以自己配置Reg參數的值，只能是數字（可以是小數）。

7.3.1 阿里云IoT平臺配置Reg

(1)在阿里云IoT平臺定義物理模型功能標識符為Reg1~Reg10，數據類型為int32，取值范圍為0~int32最大范圍，這里定義的1000。

切換到在線調試，從標識符“Reg1”下發設置的值。

7.3.2 自建服務器配置Reg

連接上服務器以后，直接從服務器下發{"Reg1":100}

設置成功后，DTU會立即上報配置的Reg值。