基于MPC-ZC1工控單板的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計

本文將基于 MPC-ZC1 工控單板，通過 EsDA 設(shè)計工具，分享如何搭建出一個常用的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測控制系統(tǒng)。



簡介


在大多數(shù)嵌入式物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景中，溫度、濕度、電壓、電流等基本數(shù)據(jù)的采集是必不可少的。且需將數(shù)據(jù)上報至物聯(lián)網(wǎng)平臺，并支持云端遠(yuǎn)程控制。對于安全性、實時性要求較高的場合，還需要支持本地數(shù)據(jù)處理和及時響應(yīng)。本文將基于MPC-ZC1工控單板，通過EsDA設(shè)計工具，搭建出一個常用的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測控制系統(tǒng)。



前期準(zhǔn)備

可通過 EsDA MPC-ZC1 系列文章，掌握 EsDA 開發(fā)流程：

一、項目需求

項目開發(fā)前，先對項目需求進(jìn)行梳理和拆解，主要有以下幾點：

• 采集溫濕度數(shù)據(jù)；

• 溫度異常報警；

• 數(shù)據(jù)上報云端物聯(lián)網(wǎng)平臺；

• 控制風(fēng)機(jī)降溫；

• 接收云端控制命令。

二、業(yè)務(wù)框圖

根據(jù)項目需求，大致將系統(tǒng)劃分為以下幾大模塊：

1. 溫濕度采集

• 采集環(huán)境溫濕度；
• 可配置周期性采集。

2. 異常警報

• 可配置警報溫度閾值；

• 輸出高溫異常警報提示；

• 輸出低溫異常警報提示。

3. 云端監(jiān)控

• 接入物聯(lián)網(wǎng)平臺；

• 上報數(shù)據(jù)至云平臺；

• 接收云平臺控制命令；

• 組態(tài)設(shè)計。

4. 風(fēng)機(jī)降溫

• 可配置降溫溫度閾值；
• 控制風(fēng)機(jī)開關(guān)。

業(yè)務(wù)開發(fā)

一、溫濕度采集

本項目選用通用的 RS485 接口溫濕度變送器來實現(xiàn)溫濕度采集，該設(shè)備使用 Modbus RTU 通信協(xié)議。AWFlow 集成了通用的 RS485 溫濕度變送器節(jié)點，包括 modbus_master_rtu 、th_transmitter_in 2個節(jié)點。

1. 節(jié)點介紹

1.1 modbus_master_rtuModbus RTU 主機(jī)（客戶端）配置節(jié)點，屬于隱式節(jié)點，不會被顯示在畫布中，需要配套對應(yīng)的功能節(jié)點一起使用。該節(jié)點提供了Modbus RTU 主機(jī)通信服務(wù)。


1.1.1 屬性

• 名稱（name）：節(jié)點名稱，用于索引查找本節(jié)點；

• 顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；

• 端口（port）：用于索引串口設(shè)備；

• 波特率（baudrate）：串口波特率參數(shù)；

• 數(shù)據(jù)位（bytesize）：數(shù)據(jù)位參數(shù)；

• 校驗位（parity）：串口奇偶校驗位參數(shù)；

• 停止位（stopbits）：串口停止位參數(shù)；

• 響應(yīng)超時（respond_timeout）：通信應(yīng)答超時時間。

* 配置節(jié)點（config類型）只存在節(jié)點屬性，不具備輸入輸出功能。

1.2 th_transmitter_in

通用 Modbus RTU 溫濕度變送器節(jié)點，負(fù)責(zé)讀取指定從機(jī)設(shè)備溫濕度數(shù)據(jù)。

1.2.1 屬性

• 名稱（name）：節(jié)點名稱，用于索引查找本節(jié)點；

• 顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；

• modbus配置參數(shù)（modbus）：綁定一個Modbus RTU配置節(jié)點；

• 從機(jī)ID（slave_id）：從機(jī)（服務(wù)端）地址；

• 溫度寄存器地址（temp_addr）：溫度數(shù)據(jù)所在的寄存器地址；

• 濕度寄存器地址（humidity_addr）：濕度數(shù)據(jù)所在的寄存器地址；

• 輸出周期（period）：輪詢讀取寄存器數(shù)據(jù)的周期。

1.2.2 輸入

* pump類型節(jié)點通常不具備數(shù)據(jù)輸入。

1.2.3 輸出

• slaveID：從機(jī)（服務(wù)端）地址，通常用于后級節(jié)點區(qū)別設(shè)備；
• temperature：溫度數(shù)據(jù)，float 類型；
• humidity：濕度數(shù)據(jù)，float 類型。

1.3 to_json

由于 th_transmitter_in 節(jié)點是以 temperature 和 humidity 屬性輸出數(shù)據(jù)，不能直接使用 log 節(jié)點輸出到調(diào)試窗口，所以我們通過 to_json 將屬性轉(zhuǎn)換成 json 數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。


1.3.1 屬性

• 名稱（name）：節(jié)點名稱，用于索引查找本節(jié)點；

• 顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；

• 模板（template）：可指定字符進(jìn)行替換操作。

1.3.2 輸入

• msg：用于轉(zhuǎn)換的對象

1.3.3 輸出

• payload：轉(zhuǎn)換后的 json 字符串?dāng)?shù)據(jù)；

• payloadType：數(shù)據(jù)類型，json；

• payloadLength：數(shù)據(jù)長度。

2.采集測試

我們將溫濕度數(shù)據(jù)采集并打印到調(diào)試窗口，驗證數(shù)據(jù)的正確性。

2.1 添加節(jié)點

添加 th_transmitter_in、to_json、log 節(jié)點到畫布上。

2.2 配置節(jié)點

雙擊 th_transmitter_in 節(jié)點，打開屬性面板。

選擇“添加新的 modbus_master_rtu 節(jié)點”，點擊編輯配置，進(jìn)入配置節(jié)點屬性面板。

• 端口：Uart1

• 波特率：9600

• 數(shù)據(jù)位：8bits

• 校驗位：None

• 停止位：1bits

• 響應(yīng)時間：0

完成串口參數(shù)配置，回到 th_transmitter_in 配置界面。

• 從機(jī)ID：1

• 溫度寄存器地址：0

• 濕度寄存器地址：1

• 輸出周期：1000

可以看到已經(jīng)創(chuàng)建了一個新的配置節(jié)點，名為 modbus_master_rtu。同時配置傳感器從機(jī)地址和寄存器地址，點擊完成，完成節(jié)點配置。

* 傳感器從機(jī)ID、寄存器地址可根據(jù)實際產(chǎn)品手冊進(jìn)行配置。

2.3 繪制流圖

連接 th_transmitter_in、to_json、log 節(jié)點。

2.4 下載驗證

確保硬件正確連接。

選擇流圖下載接口，并點擊運(yùn)行按鈕。

完成流圖下載，通過調(diào)試窗口可以看到讀回的傳感器數(shù)據(jù)。

二、異常警報

這里以實現(xiàn)對高溫、低溫2個閾值的監(jiān)測，作為異常警報條件，以一個紅色LED作為警報提示。此處，需要用到 fscript、led 2個節(jié)點來實現(xiàn)異常警報業(yè)務(wù)。

* fscript、led 節(jié)點使用可參考以往教程。

1. 添加節(jié)點添加 fscript、led 節(jié)點到畫布上。

2. 配置節(jié)點

雙擊 fscript 節(jié)點，打開屬性面板，這里需要配置 Initialize、Function 2個階段的腳本。

/* 初始化高溫預(yù)警環(huán)境變量*/

global.high_temp = 30

/* 初始化低溫預(yù)警環(huán)境變量*/

global.low_temp = 15

在腳本加載階段，初始化了2個變量，分別為 high_temp 和 low_temp，用于保存高溫預(yù)警和低溫預(yù)警的溫度判定值。

此處使用 global 對象的屬性來做為變量，相當(dāng)于全局的環(huán)境變量。后續(xù)可以通過其他腳本來訪問和修改此2個變量，為后續(xù)可以動態(tài)修改這2個參數(shù)做準(zhǔn)備。

/* 當(dāng)溫度大于高溫閾值 或 低于低溫閾值，則屬于異常 */

if (msg.temperature >= global.high_temp ||

msg.temperature <= global.low_temp) {

/* 點亮警報信號 */

output.payload = 1

} else {

/* 熄滅報警信號 */

output.payload = 0

}

腳本運(yùn)行階段，通過判斷輸入的溫度值 msg.temperature 是否超過預(yù)警值邊界，如超過，則向后級節(jié)點輸出有效預(yù)警信號，否則輸出無效信號。

led 節(jié)點配置為紅色LED。

3.繪制流圖

連接 th_transmitter_in、fscript、led節(jié)點。

4. 下載驗證

選擇流圖下載接口，并點擊運(yùn)行按鈕。

完成流圖下載，通過外部暖風(fēng)機(jī)加熱周圍空氣，可以看到溫度值逐漸上升。

當(dāng)超過高溫預(yù)警值（30℃）時，紅色LED被點亮。

三、云端監(jiān)控

云端監(jiān)控業(yè)務(wù)，需要實現(xiàn)設(shè)備接入、上報數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制 3部分功能。

本項目，選擇同為 EsDA 組成部分的 ZWS（ZLG物聯(lián)網(wǎng)平臺）作為云服務(wù)平臺。

* 可通過ZLG物聯(lián)網(wǎng)平臺教程深入學(xué)習(xí) ZWS 的應(yīng)用：

https://www.zlgcloud.com/index.html#/home/service

1.接入云端

登錄https://www.zlgcloud.com/

1.1 ZWS-創(chuàng)建設(shè)備

1.1.1 創(chuàng)建設(shè)備類型

打開設(shè)備類型管理頁面。

點擊添加類型。

選擇basic模板，并將新設(shè)備類型命名為iot_mpc_zc1 。

點擊確定，完成設(shè)備類型的創(chuàng)建。

1.1.2 添加設(shè)備

打開設(shè)備列表頁面。

點擊添加設(shè)備。

選擇新建的 iot_mpc_zc1 類型，并將設(shè)備的名稱和ID命名為 mpc_zc1_0。

*設(shè)備名稱和設(shè)備ID并不一定要一致，此處僅為了方便描述。

點擊保存，完成設(shè)備添加。

返回設(shè)備列表。

可以在設(shè)備列表中看到新添加的設(shè)備，并且設(shè)備處于離線狀態(tài)。

1.2 ZC1-連接云端

接入 ZWS 并上報數(shù)據(jù)需要使用到 zws_iot、zws_iot_data_out 2個節(jié)點。

1.2.1 zws_iot

zws_iot 配置節(jié)點，屬于隱式節(jié)點，不會被顯示在畫布中，需要配套對應(yīng)的功能節(jié)點一起使用，主要用于配置 ZWS 服務(wù)所需參數(shù)，并提供與 ZWS 云平臺通信的服務(wù)

1.2.1.1 屬性

• 名稱（name）：節(jié)點名稱，用于索引查找本節(jié)點；

• 顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；

• 是否連接（connection_status）：使能立即連接；

• 設(shè)備類型（dev_type）：ZWS 三元組-設(shè)備類型；

• 設(shè)備ID（dev_id）：ZWS 三元組-設(shè)備ID；

• 設(shè)備密鑰（dev_secret）：ZWS 三元組-設(shè)備密鑰；

• 固件版本（firmware_version）：設(shè)備固件版本，產(chǎn)品自定；

• 設(shè)備心跳周期（keep_alive_interval）：心跳周期。

*配置節(jié)點（config類型）只存在節(jié)點屬性，不具備輸入輸出功能。

1.2.2 zws_iot_data_out

ZWS 數(shù)據(jù)上報節(jié)點，提供ZWS數(shù)據(jù)點上報服務(wù)。

1.2.2.1 屬性

• 名稱（name）：節(jié)點名稱，用于索引查找本節(jié)點；
• 顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；
• 設(shè)備配置（config）：綁定一個 zws_iot 配置節(jié)點；
• 數(shù)據(jù)上報方式（output_type）：選擇上報數(shù)據(jù)方式；
• 目標(biāo)鍵值對（key_names）：指定上報的數(shù)據(jù)點名稱。

1.2.2.2輸入

• payload：當(dāng)上報方式為 RAW 類型時有效；

• 其他屬性：當(dāng)與 key_names 匹配時有效。

① 添加節(jié)點

添加 zws_iot_data_out 節(jié)點到畫布上。

② 配置節(jié)點

雙擊 zws_iot_data_out 節(jié)點，打開屬性面板。

選擇“添加新的 zws_iot 節(jié)點”，點擊編輯配置，進(jìn)入配置節(jié)點屬性面板。

• 是否連接：conncected

• 設(shè)備類型：iot_mpc_zc1

• 設(shè)備ID：mpc_zc1_0

• 設(shè)備密鑰：以個人創(chuàng)建的設(shè)備密鑰為準(zhǔn)

* 只需配置立即連接和ZWS三元組（類型、ID、密鑰）即可，其他默認(rèn)。三元組信息必須與云端設(shè)備一致。

完成 zws_iot 參數(shù)配置，回到 zws_iot_data_out 配置界面。

選擇創(chuàng)建的配置 zws_iot，其他參數(shù)保持默認(rèn)。

③ 繪制流圖連接 th_transmitter_in、zws_iot_data_out節(jié)點。

④ 下載驗證

選擇流圖下載接口，并點擊運(yùn)行按鈕。

完成流圖下載，等待片刻，可以從ZWS平臺看到設(shè)備已經(jīng)上線。

2. 上報數(shù)據(jù)

ZWS 平臺需要配置與設(shè)備上報的數(shù)據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)點，才能正確展示接收到的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

2.1 ZWS-添加數(shù)據(jù)點2.1.1 添加溫度數(shù)據(jù)點打開設(shè)備類型頁面。



點擊編輯 iot_mpc_zc1 類型。

點擊添加新數(shù)據(jù)點。

添加溫度數(shù)據(jù)點，點擊保存。

2.1.2 添加濕度數(shù)據(jù)點

繼續(xù)添加濕度數(shù)據(jù)點。2.2 ZC1-上報溫濕度

要在ZWS云平臺正確顯示出上報的數(shù)據(jù)，則需要上報與添加的的數(shù)據(jù)點匹配的數(shù)據(jù)。

2.2.1 配置節(jié)點

雙擊 zws_iot_data_out 節(jié)點，打開屬性面板。

選擇 Key_Values 上報方式，同時配置 temperature，humidity 2個鍵名。

* temperature，humidity 鍵名必須與ZWS數(shù)據(jù)點一致。2.2.2 下載驗證

保存并下載流圖。

完成流圖下載，等待設(shè)備上線。

進(jìn)入設(shè)備詳情。

查看實時數(shù)據(jù)。

可以看到，溫度、濕度數(shù)據(jù)已經(jīng)可以正確上報。

至此，已經(jīng)完成了溫濕度采集、異常警報、數(shù)據(jù)上報等業(yè)務(wù)，將在后續(xù)章節(jié)，繼續(xù)完成遠(yuǎn)程控制、風(fēng)機(jī)降溫、云端組態(tài)等業(yè)務(wù)。

最后整理已完成流圖，如下：

審核編輯：湯梓紅