基于MPC-ZC1工控單板的物聯網監測控制系統設計

本文將基于 MPC-ZC1 工控單板，通過 EsDA 設計工具，分享如何搭建出一個常用的物聯網監測控制系統。



簡介


在大多數嵌入式物聯網應用場景中，溫度、濕度、電壓、電流等基本數據的采集是必不可少的。且需將數據上報至物聯網平臺，并支持云端遠程控制。對于安全性、實時性要求較高的場合，還需要支持本地數據處理和及時響應。本文將基于MPC-ZC1工控單板，通過EsDA設計工具，搭建出一個常用的物聯網監測控制系統。



前期準備

可通過 EsDA MPC-ZC1 系列文章，掌握 EsDA 開發流程：

一、項目需求

項目開發前，先對項目需求進行梳理和拆解，主要有以下幾點：

• 采集溫濕度數據；

• 溫度異常報警；

• 數據上報云端物聯網平臺；

• 控制風機降溫；

• 接收云端控制命令。

二、業務框圖

根據項目需求，大致將系統劃分為以下幾大模塊：

1. 溫濕度采集

• 采集環境溫濕度；
• 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. 云端監控

• 接入物聯網平臺；

• 上報數據至云平臺；

• 接收云平臺控制命令；

• 組態設計。

4. 風機降溫

• 可配置降溫溫度閾值；
• 控制風機開關。

業務開發

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溫濕度采集，該設備使用 Modbus RTU 通信協議。AWFlow 集成了通用的 RS485 溫濕度變送器節點，包括 modbus_master_rtu 、th_transmitter_in 2個節點。

1. 節點介紹

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


1.1.1 屬性

• 名稱（name）：節點名稱，用于索引查找本節點；

• 顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；

• 端口（port）：用于索引串口設備；

• 波特率（baudrate）：串口波特率參數；

• 數據位（bytesize）：數據位參數；

• 校驗位（parity）：串口奇偶校驗位參數；

• 停止位（stopbits）：串口停止位參數；

• 響應超時（respond_timeout）：通信應答超時時間。

* 配置節點（config類型）只存在節點屬性，不具備輸入輸出功能。

1.2 th_transmitter_in

通用 Modbus RTU 溫濕度變送器節點，負責讀取指定從機設備溫濕度數據。

1.2.1 屬性

• 名稱（name）：節點名稱，用于索引查找本節點；

• 顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；

• modbus配置參數（modbus）：綁定一個Modbus RTU配置節點；

• 從機ID（slave_id）：從機（服務端）地址；

• 溫度寄存器地址（temp_addr）：溫度數據所在的寄存器地址；

• 濕度寄存器地址（humidity_addr）：濕度數據所在的寄存器地址；

• 輸出周期（period）：輪詢讀取寄存器數據的周期。

1.2.2 輸入

* pump類型節點通常不具備數據輸入。

1.2.3 輸出

• slaveID：從機（服務端）地址，通常用于后級節點區別設備；
• temperature：溫度數據，float 類型；
• humidity：濕度數據，float 類型。

1.3 to_json

由于 th_transmitter_in 節點是以 temperature 和 humidity 屬性輸出數據，不能直接使用 log 節點輸出到調試窗口，所以我們通過 to_json 將屬性轉換成 json 數據進行輸出。


1.3.1 屬性

• 名稱（name）：節點名稱，用于索引查找本節點；

• 顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；

• 模板（template）：可指定字符進行替換操作。

1.3.2 輸入

• msg：用于轉換的對象

1.3.3 輸出

• payload：轉換后的 json 字符串數據；

• payloadType：數據類型，json；

• payloadLength：數據長度。

2.采集測試

我們將溫濕度數據采集并打印到調試窗口，驗證數據的正確性。

2.1 添加節點

添加 th_transmitter_in、to_json、log 節點到畫布上。

2.2 配置節點

雙擊 th_transmitter_in 節點，打開屬性面板。

選擇“添加新的 modbus_master_rtu 節點”，點擊編輯配置，進入配置節點屬性面板。

• 端口：Uart1

• 波特率：9600

• 數據位：8bits

• 校驗位：None

• 停止位：1bits

• 響應時間：0

完成串口參數配置，回到 th_transmitter_in 配置界面。

• 從機ID：1

• 溫度寄存器地址：0

• 濕度寄存器地址：1

• 輸出周期：1000

可以看到已經創建了一個新的配置節點，名為 modbus_master_rtu。同時配置傳感器從機地址和寄存器地址，點擊完成，完成節點配置。

* 傳感器從機ID、寄存器地址可根據實際產品手冊進行配置。

2.3 繪制流圖

連接 th_transmitter_in、to_json、log 節點。

2.4 下載驗證

確保硬件正確連接。

選擇流圖下載接口，并點擊運行按鈕。

完成流圖下載，通過調試窗口可以看到讀回的傳感器數據。

二、異常警報

這里以實現對高溫、低溫2個閾值的監測，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個節點來實現異常警報業務。

* fscript、led 節點使用可參考以往教程。

1. 添加節點添加 fscript、led 節點到畫布上。

2. 配置節點

雙擊 fscript 節點，打開屬性面板，這里需要配置 Initialize、Function 2個階段的腳本。

/* 初始化高溫預警環境變量*/

global.high_temp = 30

/* 初始化低溫預警環境變量*/

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，用于保存高溫預警和低溫預警的溫度判定值。

此處使用 global 對象的屬性來做為變量，相當于全局的環境變量。后續可以通過其他腳本來訪問和修改此2個變量，為后續可以動態修改這2個參數做準備。

/* 當溫度大于高溫閾值 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

}

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

led 節點配置為紅色LED。

3.繪制流圖

連接 th_transmitter_in、fscript、led節點。

4. 下載驗證

選擇流圖下載接口，并點擊運行按鈕。

完成流圖下載，通過外部暖風機加熱周圍空氣，可以看到溫度值逐漸上升。

當超過高溫預警值（30℃）時，紅色LED被點亮。

三、云端監控

云端監控業務，需要實現設備接入、上報數據、遠程控制 3部分功能。

本項目，選擇同為 EsDA 組成部分的 ZWS（ZLG物聯網平臺）作為云服務平臺。

* 可通過ZLG物聯網平臺教程深入學習 ZWS 的應用：

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

1.接入云端

登錄https://www.zlgcloud.com/

1.1 ZWS-創建設備

1.1.1 創建設備類型

打開設備類型管理頁面。

點擊添加類型。

選擇basic模板，并將新設備類型命名為iot_mpc_zc1 。

點擊確定，完成設備類型的創建。

1.1.2 添加設備

打開設備列表頁面。

點擊添加設備。

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

*設備名稱和設備ID并不一定要一致，此處僅為了方便描述。

點擊保存，完成設備添加。

返回設備列表。

可以在設備列表中看到新添加的設備，并且設備處于離線狀態。

1.2 ZC1-連接云端

接入 ZWS 并上報數據需要使用到 zws_iot、zws_iot_data_out 2個節點。

1.2.1 zws_iot

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

1.2.1.1 屬性

• 名稱（name）：節點名稱，用于索引查找本節點；

• 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；

• 設備類型（dev_type）：ZWS 三元組-設備類型；

• 設備ID（dev_id）：ZWS 三元組-設備ID；

• 設備密鑰（dev_secret）：ZWS 三元組-設備密鑰；

• 固件版本（firmware_version）：設備固件版本，產品自定；

• 設備心跳周期（keep_alive_interval）：心跳周期。

*配置節點（config類型）只存在節點屬性，不具備輸入輸出功能。

1.2.2 zws_iot_data_out

ZWS 數據上報節點，提供ZWS數據點上報服務。

1.2.2.1 屬性

• 名稱（name）：節點名稱，用于索引查找本節點；
• 顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；
• 設備配置（config）：綁定一個 zws_iot 配置節點；
• 數據上報方式（output_type）：選擇上報數據方式；
• 目標鍵值對（key_names）：指定上報的數據點名稱。

1.2.2.2輸入

• payload：當上報方式為 RAW 類型時有效；

• 其他屬性：當與 key_names 匹配時有效。

① 添加節點

添加 zws_iot_data_out 節點到畫布上。

② 配置節點

雙擊 zws_iot_data_out 節點，打開屬性面板。

選擇“添加新的 zws_iot 節點”，點擊編輯配置，進入配置節點屬性面板。

• 是否連接：conncected

• 設備類型：iot_mpc_zc1

• 設備ID：mpc_zc1_0

• 設備密鑰：以個人創建的設備密鑰為準

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

完成 zws_iot 參數配置，回到 zws_iot_data_out 配置界面。

選擇創建的配置 zws_iot，其他參數保持默認。

③ 繪制流圖連接 th_transmitter_in、zws_iot_data_out節點。

④ 下載驗證

選擇流圖下載接口，并點擊運行按鈕。

完成流圖下載，等待片刻，可以從ZWS平臺看到設備已經上線。

2. 上報數據

ZWS 平臺需要配置與設備上報的數據對應的數據點，才能正確展示接收到的數據內容。

2.1 ZWS-添加數據點2.1.1 添加溫度數據點打開設備類型頁面。



點擊編輯 iot_mpc_zc1 類型。

點擊添加新數據點。

添加溫度數據點，點擊保存。

2.1.2 添加濕度數據點

繼續添加濕度數據點。2.2 ZC1-上報溫濕度

要在ZWS云平臺正確顯示出上報的數據，則需要上報與添加的的數據點匹配的數據。

2.2.1 配置節點

雙擊 zws_iot_data_out 節點，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數據點一致。2.2.2 下載驗證

保存并下載流圖。

完成流圖下載，等待設備上線。

進入設備詳情。

查看實時數據。

可以看到，溫度、濕度數據已經可以正確上報。

至此，已經完成了溫濕度采集、異常警報、數據上報等業務，將在后續章節，繼續完成遠程控制、風機降溫、云端組態等業務。

最后整理已完成流圖，如下：

審核編輯：湯梓紅