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使用 N3uron、MQTT 和 Modbus 将工业数据发布到 AWS 云

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本文档由 AI 翻译。如您发现内容有误或有改进建议，欢迎通过页面下方的评论区，或在以下 Issue 页面中告诉我们：https://github.com/Seeed-Studio/wiki-documents/issues

简介​

在工业自动化领域，Modbus 是最常见的协议之一。由于其众多特点，MQTT 已成为工业自动化中 IoT 的领先协议。其轻量化设计、高效性、可扩展性以及对异步消息的支持尤为显著。在 MQTT 中，设备仅在有可报告事件时进行通信，与持续更新检查形成鲜明对比。这种事件驱动的方法结合异常报告——仅在数据偏离正常值或触发特定事件时发送数据——节省了带宽和资源，从而优化了关键 IoT 应用的数据传输。

强大的 reComputer R1000 和 N3uron Duo 的结合，通过提供强大的连接和数据处理能力，实现了高效的工厂管理。本 Wiki 强调了 Modbus TCP 在工业环境中的重要性，并突出了 MQTT 设备的无缝集成以进一步增强连接性。

前提条件​

硬件​

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软件​

我们强烈建议学习 N3uron 入门指南。该指南提供了关于如何使用 N3uron Web 界面的重要信息，包括理解 Web UI 和 Web Vision 模块的概念、掌握标签的概念以及创建基本仪表板。如果您尚未了解这些基础知识，建议在继续之前先进行学习。您可以通过提供的链接访问该指南。

配置 Modbus TCP/IP 的以太网设置​

由于您的 PLC/设备 IP 域与无线设置不同，您可能需要手动更改 IP 配置。具体步骤如下：

  • 步骤 01：如果您运行的是 Bullseye，请运行以下命令：
sudo nano /etc/dhcpcd.conf
  • 步骤 02：然后根据您的 PLC/设备网络域配置以太网端口设置，并使用 metric 命令设置优先级。数值越低优先级越高。
  • 步骤 01：如果您运行的是 Bookworm OS，您可以使用 GUI 点击网络图标。在高级选项中选择“编辑连接”。
  • 步骤 02：选择“有线连接 2”（ETH 1），并在 IPv4 设置中添加地址、子网掩码和网关。

Modbus 模块创建与配置​

在 N3uron 的 WebUI 界面中创建模块实例

  • 步骤 01：在导航面板中，选择 Config。
  • 步骤 02：在资源管理器面板中，选择 Modules。
  • 步骤 03：点击 Model 菜单并选择 New Module。
  • 步骤 04：实例可以命名为任意名称，但在本例中，我们将使用 ModbusClient。
  • 步骤 05：将 Module Type 属性设置为 ModbusClient。其余属性保持默认值，然后点击 Save。

通道创建与配置​

  • 步骤 01：在创建的 Modbus Client 和 Model 下，选择 New Channel。将通道命名为 Client。
  • 步骤 02：现在，我们将使用 Modbus TCP 与 PLC 通信。请提供 PLC 的 IP 地址 和 端口地址。
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如果您使用的是 Modbus RTU，则需要考虑各种配置。为此，您需要提供诸如 COM 端口、波特率等详细信息。有关在 N3uron 上配置 Modbus RTU 和 TCP 协议的更多信息，请参考提供的指南。

  • 步骤 03：添加设备：每个通道可以有一个或多个设备。为设备设置一个 名称 并继续配置。在本例中，设备名称为 PLC。
  • 步骤 04：通过此界面，您可以调整一些设置。您可以通过此链接找到更多详细信息。然而，在本例中，我们将保持默认设置。

标签配置​

  • 步骤 01：进入 WebUI，选择 Config，然后点击 Tag。在 Model 部分，点击菜单并选择 New Tag。将其命名为 Q1。通常，Q 用于表示输出线圈。
  • 步骤 02：然后需要进行以下配置：
    - Source：Enabled/Yes
    - Module Type：ModbusClient 
    - ModuleName：ModbusClient
    - Config：Device: Client/PLC
    - Modbus address：008931
    - Data type：Boolean
    并点击 Save。
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建议参考 PLC 或设备制造商的技术手册中关于 Modbus 地址的说明。在那里，您可以找到关于输入、输出和保持地址的详细信息。根据这些规范，应在标签配置中的 Modbus 地址行进行调整。例如，如果制造商将输出线圈 Q1 标记为 8193，则地址应配置为 008193。同样，如果网络输入标记为 1 且为线圈类型，则地址应设置为 000001。

  • 步骤 03：实时模拟

连接到系统后，您可以查看输出线圈和输入线圈的实时状态。

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通过 N3uron 界面与 PLC 交互需要适当的访问权限，包括读写能力。

在 N3uron 的 WebUI 界面中创建一个 MQTT 模块实例​

  • 步骤 01：在导航面板中选择 Config。
  • 步骤 02：在资源管理器面板中选择 Modules。
  • 步骤 03：点击模型菜单并选择 New Module。
  • 步骤 04：实例可以命名为任意名称，但在本示例中，我们将使用 MQTT。
  • 步骤 05：将模块类型属性设置为 MqttClient。保持其他属性为默认值并点击 Save。

配置 N3uron 的 MQTT 模块​

  • 步骤 01：在资源管理器面板中选择刚刚创建的 MQTT 实例。

  • 步骤 02：点击模型菜单按钮并选择 New Connection。

  • 步骤 03：为新连接命名。在本示例中，它被命名为 MqttClient：

    - 目标代理：Custom 
    - 认证模式：Password
    - 用户名：您的代理用户名
    - 密码：您的代理密码
    - 协议：MQTT
    - 代理 URL：代理 IP

    保存配置

使用 N3uron 的 MQTT 模块订阅主题​

  • 步骤 01：在模型面板中右键点击 AWS Connection，选择 New Subscriber，并为其命名。在本示例中，我们将简单地使用 Subscriber。
  • 步骤 02：点击它并在 Topic 字段中添加一个名称。在本示例中，我们使用了 device/data。
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为了测试和实践，我们为您提供了一个 Arduino 代码，可以在 XIAO 上运行。此外，您需要在上传代码之前输入自己的凭据。

  • 步骤 03：使用以下值设置属性，保持其他属性为默认值：

    - Qos：Qos 0。
    - 编码：UTF8
    - 压缩：None
    - 序列化：JSON
    - 数据解析器/类型：MqttClient JSON

    然后点击 Save。

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在这里，我们使用了为 MQTTClient JSON 格式配置的数据解析器。XIAO 设备以此格式向代理发布数据。如果您的设备未以此特定格式发布数据，您需要识别它使用的格式并创建一个自定义 JavaScript 代码片段来处理这些设备。有关进一步指导，请参考提供的 指南。

创建一个 Tag​

  • 步骤 01：在资源管理器面板中选择 Tags。
  • 步骤 02：在模型菜单中右键点击文件夹图标，选择 New Tag，并为其命名。在本示例中，我们将使用 test。

  • 步骤 03：在配置面板中使用以下值设置属性，保持其他属性为默认值：

    - 类型：Number。
    - 来源/启用：Yes
    - 模块类型：MqttClient
    - 模块名称：MQTT
    - 配置/订阅者：MqttClient/Subscriber

    点击 Save。

  • 步骤 04：实时模拟
    连接到系统后，您可以查看来自 MQTT Broker 的输出的实时状态。

奖励：让我们使用 AWS 发布工厂状态​

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我们提供了逐步的说明，指导您如何将 AWS 云连接到您的 reComputer R1000 设备。如果您是第一次访问此 Wiki，请参考此链接。

  • 第一步：在 Explorer 面板中，选择您刚刚创建的 MQTT 实例。
  • 第二步：点击 Model 菜单按钮并选择 New Connection。
  • 第三步：为新连接命名。在本示例中，它被命名为 MqttPublisher。

  • 第四步：配置连接属性：

    • A: 从 Destination Broker 下拉菜单中选择 Amazon Web Services。Authentication mode 将为 Certificate。此外，Client Id 在本示例中为 N3uron。
    • B: 加载您在 AWS IoT 控制台中创建 Thing 时下载并保存的 Certificate, Private key 和 CA certificate。
    • C: 在 AWS IoT 控制台的左侧菜单中，转到 Settings 并复制您的 Device Data Endpoint。返回 N3uron 并将其粘贴到 Broker URL 字段中。
    • D: 保留其余属性为默认值，然后点击 Save。
  • 第五步：在 Model 面板中，右键单击您刚刚配置的 MqttPublisher 连接，选择 New Publisher，并为其命名。在本示例中，我们将其命名为 AWS。

  • 第六步：点击它，并在 Topic 字段中添加一个名称。在本示例中，我们使用了 N3uron。

  • 第七步：点击 Tag Filter 按钮，选择 New Tag Filter，并更改默认名称。在本示例中，我们使用了 TagFilter。保留 Mode、Path 和 Regex pattern 为默认值。通过此配置，N3uron 中配置的每个标签都将发布到我们的 AWS Broker。

  • 第八步：转到 AWS IoT 控制台，在左侧菜单中选择 MQTT test client。点击 Subscribe to a topic 标签，在 Topic filter 中输入 N3uron 以订阅所有内容，然后点击 Subscribe。

技术支持与产品讨论​

感谢您选择我们的产品！我们为您提供多种支持，以确保您使用我们的产品时体验顺畅。我们提供了多种沟通渠道，以满足不同的偏好和需求。

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