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基于MPC-ZC1工控单板的物联网监测控制系统设计

AGk5_ZLG_zhiyua 来源:ZLG致远电子 作者:ZLG开发者社区 2022-09-15 12:06 次阅读

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:

fd3a043a-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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

fd68d22e-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

  • 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

fd98af62-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png
  • 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

fdcdcf8a-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

  • 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。

fde2f57c-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

2.2 配置节点

双击 th_transmitter_in 节点,打开属性面板。


fe083d32-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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。

fe1f41c6-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

  • 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。


fe4b266a-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png
  • 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。

fe62adc6-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

2.4 下载验证

确保硬件正确连接。


fe810c08-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.jpg

选择流图下载接口,并点击运行按钮。

fe9dd93c-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.jpg

feba715a-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

完成流图下载,通过调试窗口可以看到读回的传感器数据。

fecd0504-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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。fee2beda-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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。ff252c16-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

/* 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。

ff455fd6-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

/* 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。


ff84fdda-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

3.绘制流图

连接 th_transmitter_in、fscript、led节点。


ffa14e22-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

4. 下载验证

选择流图下载接口,并点击运行按钮。

fe9dd93c-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.jpg

feba715a-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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。

0006b3c0-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

当超过高温预警值(30℃)时,红色LED被点亮。

003469aa-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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。

00783e14-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

点击添加类型。

00b2322c-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

选择basic模板,并将新设备类型命名为iot_mpc_zc1 。

00df8e70-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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。

011176ce-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

点击添加设备。

012410d6-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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。

014b2d88-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

*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。

01886680-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

返回设备列表。

01a0c964-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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。

01bacc10-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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

01f5eba6-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png
  • 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

022544b4-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png
  • 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。

0272612c-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

② 配置节点

双击 zws_iot_data_out 节点,打开属性面板。

02ad2ab4-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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。

02c7f43e-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

  • 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。

02ecdccc-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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

032d4640-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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。

03479612-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

④ 下载验证

选择流图下载接口,并点击运行按钮。

fe9dd93c-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.jpgfeba715a-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

完成流图下载,等待片刻,可以从ZWS平台看到设备已经上线。

03e0f1ea-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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。



00783e14-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png点击编辑 iot_mpc_zc1 类型。

045bf67e-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

点击添加新数据点。

046ad090-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

添加温度数据点,点击保存。

0491df46-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

2.1.2 添加湿度数据点

继续添加湿度数据点。04d4b384-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png2.2 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。

04ecc05a-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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。

feba715a-34a7-11ed-ba43-dac502259ad0.png

完成流图下载,等待设备上线。

03e0f1ea-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

进入设备详情。

0529c5fe-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

查看实时数据。

0546a11a-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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:

05624b7c-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.png05b57ef0-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.jpg05eee17c-34a8-11ed-ba43-dac502259ad0.jpg

审核编辑:汤梓红


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原文标题:【Z站推荐】EsDA MPC-ZC1 应用——IoT 监测控制系统(一)

文章出处:【微信号:ZLG_zhiyuan,微信公众号:ZLG致远电子】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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