【EsDA 應(yīng)用】Modbus RTU Master 轉(zhuǎn) MQTT

隨著物聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，越來越多的工業(yè)自動化設(shè)備需要上報數(shù)據(jù)到云。本文將基于EsDA開發(fā)套件快速實(shí)現(xiàn)將Modbus RTU協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MQTT格式，實(shí)現(xiàn)更靈活的數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制。

項(xiàng)目簡介

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中，Modbus RTU是一種串行通信協(xié)議通常用于工業(yè)自動化領(lǐng)域，MQTT則是基于發(fā)布/訂閱模式的消息傳遞的協(xié)議，并廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間的通信。本文將介紹如何使用 EPC6450-AWI開發(fā)板 ，以及圖形化設(shè)計(jì)工具AWFlow Designer將Modbus RTU協(xié)議轉(zhuǎn)換為MQTT協(xié)議，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸與遠(yuǎn)程控制。

項(xiàng)目概述

本項(xiàng)目主要將Modbus RTU數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MQTT消息，然后通過MQTT協(xié)議將Modbus采集到的數(shù)據(jù)以主題消息的形式發(fā)送到MQTT服務(wù)器(在PC本地自搭建的emqx代理服務(wù)器)，最后在PC端的MQTTX客戶端上顯示(MQTTX訂閱相關(guān)主題的消息后，即可收到由MQTT服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的Modbus數(shù)據(jù)主題的消息)。具體可以分為以下幾個步驟：

Modbus RTU數(shù)據(jù)采集：通過modbus_master_in節(jié)點(diǎn)去采集Modbus RTU從站設(shè)備的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：將采集到的Modbus RTU從站設(shè)備的數(shù)據(jù)，通過modbus_parse_in和fscript節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為有效且能被mqtt_out節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)；MQTT發(fā)布：mqtt_out節(jié)點(diǎn)可發(fā)布Modbus主題消息到MQTT云端服務(wù)器；MQTT訂閱：由MQTTX客戶端工具訂閱Modbus相關(guān)主題，接收并顯示發(fā)布的Modbus主題消息。

項(xiàng)目準(zhǔn)備

客戶可閱讀以下相關(guān)文章，對Modbus協(xié)議和MQTT協(xié)議在EsDA上的使用操作上可以有更多的了解：

Modbus?RTU?Master?轉(zhuǎn)?TCP?ServerModbus?TCP?Master轉(zhuǎn)ZWS云IO設(shè)備接入MQTTEsDA?MPC-ZC1應(yīng)用——串口服務(wù)器（一）

1. 硬件準(zhǔn)備

在標(biāo)有絲印為TF Card 絲印的卡槽處，插入SD卡。在標(biāo)有絲印為UTX5和URX5的模塊上，將TTL轉(zhuǎn)USB串口模塊的TX與板子絲印為RXD連接，TTL轉(zhuǎn)USB串口模塊的RX與板子絲印為TXD相連；并將串口模塊的USB端口接入電腦。在標(biāo)有絲印為Type-C 的接口處，插上Type-C線，并將Type-C的USB端口插入電腦。在標(biāo)有絲印為NET0?或 NET1的RJ45網(wǎng)絡(luò)插座處，插上網(wǎng)線水晶頭，另一端的網(wǎng)線水晶頭插在PC的網(wǎng)絡(luò)插座上。

2. 軟件準(zhǔn)備

2.1 網(wǎng)絡(luò)搭建因?yàn)镸QTT服務(wù)器是在PC端本地搭建的，所以與開發(fā)板通信的網(wǎng)口網(wǎng)絡(luò)和PC的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)在同一局域網(wǎng)下即可，不需要接入互聯(lián)網(wǎng)。出廠固件的NET0默認(rèn)網(wǎng)口IP為：192.168.137.251，NET1默認(rèn)網(wǎng)口IP為：192.168.137.252。所以配置PC上的以太網(wǎng)的IP與開發(fā)板的IP地址在同一局域網(wǎng)下如圖所示。

PC端的網(wǎng)口配置成功后，執(zhí)行電腦ping開發(fā)板的操作。

在應(yīng)用開發(fā)中，可以使用shell命令行，執(zhí)行開發(fā)板ping電腦的操作。硬件連接上將絲印為DUART的調(diào)試串口上接TTL轉(zhuǎn)USB的串口設(shè)備，TTL轉(zhuǎn)USB設(shè)備另一端接PC電腦上(TX接RX，RX接TX)；軟件上打開第三方串口助手工具，在設(shè)備管理器中查看調(diào)試串口的端口信息，在串口助手工具上配置相對應(yīng)的端口號和波特率(115200)等串口參數(shù)，就可以在輸入窗口輸入相關(guān)的shell命令了，也可在輸出框查看打印信息。輸入ping + PC設(shè)備的IP地址(本機(jī)電腦的IP地址是192.168.137.223)，在輸出框中可以看到開發(fā)板是可以ping通電腦的（若ping不通可以將電腦端的防火墻關(guān)閉了再試試）。至此開發(fā)板和電腦之間互ping結(jié)束，網(wǎng)絡(luò)搭建完成。

2.2 MQTT服務(wù)器搭建2.2.1 下載EMQX。進(jìn)入EMQX官網(wǎng)下載EMQX(開源物聯(lián)網(wǎng)的MQTT消息服務(wù)器)，選擇Windows系統(tǒng)下的服務(wù)器版壓縮包，點(diǎn)擊下載。EMQX官網(wǎng)：www.emqx.io/zh/downloads

2.2.2?對下載的壓縮包解壓后，cmd到bin目錄下執(zhí)行 emqx start 指令啟動MQTT服務(wù)器。

2.2.3?在瀏覽器上輸入 http://localhost:18083?網(wǎng)址登錄MQTT服務(wù)器的網(wǎng)站，可以在此查看和配置MQTT服務(wù)器相關(guān)的參數(shù)，初始用戶名是admin，初始密碼是public。

2.3 MQTTX客戶端使用

用戶可以在【EsDA應(yīng)用】IO設(shè)備接入MQTT 文章中的

3.1.1 下載MQTTX章節(jié)查看相關(guān)內(nèi)容，在此不再贅述。

2.4 Modbus?Slave安裝并使用2.4.1 下載并安裝Modbus Slave(Modbus從機(jī)模擬工具，軟件可以免費(fèi)試用30天)。

https://www.modbustools.com/modbus_slave.html

2.4.2?配置Modbus?Slave工具

打開剛才安裝的Modbus Slave軟件。點(diǎn)擊Connection–>Connection Setup,根據(jù)用戶實(shí)際使用情況配置Modbus串行通信的設(shè)備參數(shù)，隨后點(diǎn)擊OK即可保存設(shè)置。

點(diǎn)擊Setup->Slave Definition，根據(jù)用戶實(shí)際使用情況配置Modbus通信協(xié)議的從設(shè)備參數(shù)，點(diǎn)擊OK保存。

配置Modbus從設(shè)備對應(yīng)寄存器的值如下圖。

項(xiàng)目實(shí)施

本項(xiàng)目主要分為以下四個部分：

Modbus RTU Master采集Modbus從站設(shè)備寄存器的值；將Modbus數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MQTT協(xié)議消息內(nèi)容的主體；開發(fā)板上搭建的MQTT客戶端發(fā)送Modbus主題消息到MQTT服務(wù)器；MQTT服務(wù)器將消息轉(zhuǎn)發(fā)給訂閱Modbus主題的MQTT客戶端。

1. 流圖繪制

添加modbus_master_in，modbus_parse_in，fscript和mqtt_out節(jié)點(diǎn)到畫布中并連線如下圖。

2. 節(jié)點(diǎn)配置

雙擊modbus_master_in節(jié)點(diǎn)，配置需要讀取的Modbus從機(jī)ID和寄存器的參數(shù)，該節(jié)點(diǎn)的相關(guān)屬性需要與前面配置的Modbus Slave模擬從機(jī)工具的參數(shù)一致。點(diǎn)擊完成即可保存配置。

雙擊modbus_master_in節(jié)點(diǎn)的主機(jī)參數(shù)配置屬性旁邊的鉛筆圖標(biāo)配置Modbus主機(jī)的參數(shù)配置，根據(jù)用戶實(shí)際需要選擇相關(guān)參數(shù)。本項(xiàng)目主要是使用rtu傳輸數(shù)據(jù)，EPC6450-AWI開發(fā)板用絲印為UTX/RX5的串口設(shè)備與從站進(jìn)行Modbus通信。點(diǎn)擊更新即可保存配置。

雙擊modbus_parse_in節(jié)點(diǎn)，根據(jù)用戶實(shí)際需要選擇進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方式，該節(jié)點(diǎn)接收modbus輸入形節(jié)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)，支持將不同數(shù)量的寄存器地址的值按序向其消費(fèi)者節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輸出。點(diǎn)擊完成即可保存配置。

雙擊fscript節(jié)點(diǎn)，將讀到的Modbus從站寄存器的值轉(zhuǎn)換為mqtt_out節(jié)點(diǎn)可以接收的數(shù)據(jù)類型的值。點(diǎn)擊完成即可保存配置。

var a = "modbus data is "
for(var i=0; i<array_size(msg.payload); i=i+1) { ? ?a = join(",",a,array_get(msg.payload, i))}

wb = wbuffer_create()wbuffer_write_string(wb,a)output.payload = wbuffer_get_data(wb)output.payloadLength = len(a)

雙擊mqtt_out節(jié)點(diǎn)，填寫需要發(fā)布的主題名。點(diǎn)擊完成即可保存配置。

雙擊mqtt_out節(jié)點(diǎn)的配置屬性旁邊的鉛筆圖標(biāo)，相關(guān)參數(shù)根據(jù)用戶實(shí)際使用情況填寫，需注意的是主機(jī)地址填寫與開發(fā)板網(wǎng)口進(jìn)行MQTT通信的以太網(wǎng)IP地址，若使用emqx服務(wù)器則端口號通用為1883。點(diǎn)擊更新按鈕即可保存配置。

3. 下載驗(yàn)證

下載AWFlow流圖到核心板中。

用戶在MQTTX上位機(jī)上創(chuàng)建一個隨機(jī)的MQTT客戶端如下所示，點(diǎn)擊連接按鈕。

打開EMQX服務(wù)器網(wǎng)址，可以看到所有客戶端的連接情況。由下圖可知EPC6450-AWI開發(fā)板上的MQTT客戶端和MQTTX上位機(jī)創(chuàng)建的MQTT客戶端都已連接到EMQX服務(wù)器上了。

在MQTTX上創(chuàng)建的客戶端上訂閱開發(fā)板上發(fā)布的Modbus主題名，就可以收到來自MQTT服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的Modbus主題消息如下圖所示。至此，Modbus Master RTU轉(zhuǎn)MQTT協(xié)議的項(xiàng)目就已實(shí)現(xiàn)。