基于MPC-ZC1工控单板的物联网监测控制系统设计

 

本文将基于 MPC-ZC1 工控单板，通过 EsDA 设计工具，分享如何搭建出一个常用的物联网监测控制系统。



 简介


在大多数嵌入式物联网应用场景中，温度、湿度、电压、电流等基本数据的采集是必不可少的。且需将数据上报至物联网平台，并支持云端远程控制。对于安全性、实时性要求较高的场合，还需要支持本地数据处理和及时响应。本文将基于 MPC-ZC1 工控单板，通过 EsDA 设计工具，搭建出一个常用的物联网监测控制系统。


 
  前期准备

可通过 EsDA MPC-ZC1 系列文章，掌握 EsDA 开发流程：

一、项目需求

项目开发前，先对项目需求进行梳理和拆解，主要有以下几点：

• 采集温湿度数据；

• 温度异常报警；

• 数据上报云端物联网平台；

• 控制风机降温；

• 接收云端控制命令。

二、业务框图

根据项目需求，大致将系统划分为以下几大模块：

1. 温湿度采集

• 采集环境温湿度；
• 可配置周期性采集。

2. 异常警报

• 可配置警报温度阈值；

• 输出高温异常警报提示；

• 输出低温异常警报提示。

3. 云端监控

• 接入物联网平台；

• 上报数据至云平台；

• 接收云平台控制命令；

• 组态设计。

4. 风机降温

• 可配置降温温度阈值；
• 控制风机开关。

   业务开发

一、温湿度采集

本项目选用通用的 RS485 接口温湿度变送器来实现温湿度采集，该设备使用 Modbus RTU 通信协议。AWFlow 集成了通用的 RS485 温湿度变送器节点，包括 modbus_master_rtu 、th_transmitter_in 2个节点。

1. 节点介绍

1.1 modbus_master_rtuModbus RTU 主机（客户端）配置节点，属于隐式节点，不会被显示在画布中，需要配套对应的功能节点一起使用。该节点提供了Modbus RTU 主机通信服务。


1.1.1 属性

• 名称（name）： 节点名称，用于索引查找本节点；

• 显示名称（displayName）： 用于画布上显示的名称；

• 端口（port）： 用于索引串口设备；

• 波特率（baudrate）： 串口波特率参数；

• 数据位（bytesize）： 数据位参数；

• 校验位（parity）： 串口奇偶校验位参数；

• 停止位（stopbits）： 串口停止位参数；

• 响应超时（respond_timeout）： 通信应答超时时间。

* 配置节点（config类型）只存在节点属性，不具备输入输出功能。

1.2 th_transmitter_in

通用 Modbus RTU 温湿度变送器节点，负责读取指定从机设备温湿度数据。

1.2.1 属性

• 名称（name）： 节点名称，用于索引查找本节点；

• 显示名称（displayName）： 用于画布上显示的名称；

• modbus配置参数（modbus）： 绑定一个Modbus RTU配置节点；

• 从机ID（slave_id）： 从机（服务端）地址；

• 温度寄存器地址（temp_addr）： 温度数据所在的寄存器地址；

• 湿度寄存器地址（humidity_addr）： 湿度数据所在的寄存器地址；

• 输出周期（period）： 轮询读取寄存器数据的周期。

1.2.2 输入

* pump类型节点通常不具备数据输入。

1.2.3 输出

• slaveID： 从机（服务端）地址，通常用于后级节点区别设备；
• temperature： 温度数据，float 类型；
• humidity： 湿度数据，float 类型。

1.3 to_json

由于 th_transmitter_in 节点是以 temperature 和 humidity 属性输出数据，不能直接使用 log 节点输出到调试窗口，所以我们通过 to_json 将属性转换成 json 数据进行输出。


1.3.1 属性

• 名称（name）： 节点名称，用于索引查找本节点；

• 显示名称（displayName）： 用于画布上显示的名称；

• 模板（template）： 可指定字符进行替换操作。

1.3.2 输入

• msg： 用于转换的对象

1.3.3 输出

• payload： 转换后的 json 字符串数据；

• payloadType： 数据类型，json；

• payloadLength： 数据长度。

2. 采集测试

我们将温湿度数据采集并打印到调试窗口，验证数据的正确性。

2.1 添加节点

添加 th_transmitter_in、to_json、log 节点到画布上。

2.2 配置节点

双击 th_transmitter_in 节点，打开属性面板。

选择 “添加新的 modbus_master_rtu 节点” ，点击编辑配置，进入配置节点属性面板。

• 端口：Uart1

• 波特率：9600

• 数据位：8bits

• 校验位：None

• 停止位：1bits

• 响应时间：0

完成串口参数配置，回到 th_transmitter_in 配置界面。

• 从机ID：1

• 温度寄存器地址：0

• 湿度寄存器地址：1

• 输出周期：1000

可以看到已经创建了一个新的配置节点，名为 modbus_master_rtu。同时配置传感器从机地址和寄存器地址，点击完成，完成节点配置。

* 传感器从机ID、寄存器地址可根据实际产品手册进行配置。

2.3 绘制流图

连接 th_transmitter_in、to_json、log 节点。

2.4 下载验证

确保硬件正确连接。

选择流图下载接口，并点击运行按钮。

完成流图下载，通过调试窗口可以看到读回的传感器数据。

二、异常警报

这里以实现对高温、低温2个阈值的监测，作为异常警报条件，以一个红色LED作为警报提示。此处，需要用到 fscript、led 2个节点来实现异常警报业务。

* fscript、led 节点使用可参考以往教程。

1. 添加节点添加 fscript、led 节点到画布上。

2. 配置节点

双击 fscript 节点，打开属性面板，这里需要配置 Initialize、Function 2个阶段的脚本。

/* 初始化高温预警环境变量 */

global.high_temp = 30

/* 初始化低温预警环境变量 */

global.low_temp = 15

在脚本加载阶段，初始化了2个变量，分别为 high_temp 和 low_temp， 用于保存高温预警和低温预警的温度判定值。

此处使用 global 对象的属性来做为变量，相当于全局的环境变量。后续可以通过其他脚本来访问和修改此2个变量，为后续可以动态修改这2个参数做准备。

/* 当温度大于高温阈值 或 低于低温阈值，则属于异常 */

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

    msg.temperature <= global.low_temp) {

/* 点亮警报信号 */     

output.payload = 1

} else {

    /* 熄灭报警信号 */

    output.payload = 0

}

脚本运行阶段，通过判断输入的温度值 msg.temperature 是否超过预警值边界，如超过，则向后级节点输出有效预警信号，否则输出无效信号。

led 节点配置为红色LED。

3. 绘制流图

连接 th_transmitter_in、fscript、led节点。

4. 下载验证

选择流图下载接口，并点击运行按钮。

完成流图下载，通过外部暖风机加热周围空气，可以看到温度值逐渐上升。

 

当超过高温预警值（30℃）时，红色LED被点亮。

三、云端监控

云端监控业务，需要实现 设备接入、上报数据、远程控制 3部分功能。

本项目，选择同为 EsDA 组成部分的 ZWS（ZLG物联网平台） 作为云服务平台。

* 可通过ZLG物联网平台教程 深入学习 ZWS 的应用：

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

1. 接入云端

登录 https://www.zlgcloud.com/

1.1 ZWS-创建设备

1.1.1 创建设备类型

打开设备类型管理页面。

点击添加类型。

选择 basic 模板，并将新设备类型命名为 iot_mpc_zc1 。

点击确定，完成设备类型的创建。

1.1.2 添加设备

打开设备列表页面。

点击添加设备。

选择新建的 iot_mpc_zc1 类型，并将设备的名称和ID命名为 mpc_zc1_0 。

* 设备名称和设备ID并不一定要一致，此处仅为了方便描述。

点击保存，完成设备添加。

返回设备列表。

可以在设备列表中看到新添加的设备，并且设备处于离线状态。

1.2 ZC1-连接云端

接入 ZWS 并上报数据需要使用到 zws_iot、zws_iot_data_out 2个节点。

1.2.1 zws_iot

zws_iot 配置节点，属于隐式节点，不会被显示在画布中，需要配套对应的功能节点一起使用，主要用于配置 ZWS 服务所需参数，并提供与 ZWS 云平台通信的服务

1.2.1.1 属性

• 名称（name）： 节点名称，用于索引查找本节点；

• 显示名称（displayName）： 用于画布上显示的名称；

• 是否连接（connection_status）： 使能立即连接；

• 设备类型（dev_type）：ZWS 三元组-设备类型；

• 设备ID（dev_id）：ZWS 三元组-设备ID；

• 设备密钥（dev_secret）：ZWS 三元组-设备密钥；

• 固件版本（firmware_version）： 设备固件版本，产品自定；

• 设备心跳周期（keep_alive_interval）： 心跳周期。

* 配置节点（config类型）只存在节点属性，不具备输入输出功能。

1.2.2 zws_iot_data_out

ZWS 数据上报节点，提供ZWS数据点上报服务。

1.2.2.1 属性

• 名称（name）： 节点名称，用于索引查找本节点；
• 显示名称（displayName）： 用于画布上显示的名称；
• 设备配置（config）： 绑定一个 zws_iot 配置节点；
• 数据上报方式（output_type）： 选择上报数据方式；
• 目标键值对（key_names）： 指定上报的数据点名称。

1.2.2.2 输入

• payload： 当上报方式为 RAW 类型时有效；

• 其他属性： 当与 key_names 匹配时有效。

① 添加节点

添加 zws_iot_data_out 节点到画布上。

② 配置节点

双击 zws_iot_data_out 节点，打开属性面板。

选择 “添加新的 zws_iot 节点” ，点击编辑配置，进入配置节点属性面板。

• 是否连接：conncected

• 设备类型：iot_mpc_zc1

• 设备ID：mpc_zc1_0

• 设备密钥：以个人创建的设备密钥为准

* 只需配置立即连接和ZWS三元组（类型、ID、密钥）即可，其他默认。三元组信息必须与云端设备一致。

完成 zws_iot 参数配置，回到 zws_iot_data_out 配置界面。

选择创建的配置 zws_iot，其他参数保持默认。

③ 绘制流图连接 th_transmitter_in、zws_iot_data_out节点。

④ 下载验证

选择流图下载接口，并点击运行按钮。

完成流图下载，等待片刻，可以从ZWS平台看到设备已经上线。

2. 上报数据

ZWS 平台需要配置与设备上报的数据对应的数据点，才能正确展示接收到的数据内容。

2.1 ZWS-添加数据点2.1.1 添加温度数据点打开设备类型页面。



点击编辑 iot_mpc_zc1 类型。

点击添加新数据点。

添加温度数据点，点击保存。

2.1.2 添加湿度数据点

继续添加湿度数据点。2.2 ZC1-上报温湿度

要在ZWS云平台正确显示出上报的数据，则需要上报与添加的的数据点匹配的数据。

2.2.1 配置节点

双击 zws_iot_data_out 节点，打开属性面板。

选择 Key_Values 上报方式，同时配置 temperature，humidity 2个键名。

* temperature，humidity 键名必须与ZWS数据点一致。2.2.2 下载验证

保存并下载流图。

完成流图下载，等待设备上线。

进入设备详情。

查看实时数据。

可以看到，温度、湿度数据已经可以正确上报。

至此，已经完成了 温湿度采集、异常警报、数据上报 等业务，将在后续章节，继续完成 远程控制、风机降温、云端组态 等业务。

最后整理已完成流图，如下：

 

　　审核编辑：汤梓红