Передача данных датчика RS485 на сервер/облачную платформу

 Подробное объяснение передачи данных от датчиков RS485 на серверы/облачные платформы 

В области промышленной автоматизации и Интернета вещей (IoT) датчики RS485 пользуются популярностью из-за их возможностей передачи на большие расстояния, высокой устойчивости к электромагнитным помехам и многоузловой связи. В этой статье будет дано подробное объяснение того, как объединить датчики RS485 (питаемые от DC12V) с коллекторами данных (также питаемыми от DC12V) для эффективной и безопасной передачи данных на серверы или облачные платформы с использованием различных методов связи, таких как 3G/4G/5G, Ethernet и WiFi, и использования таких протоколов, как MQTT, HTTP, TCP/IP, UDP и JSON для удаленного мониторинга и анализа.

 Что такое датчик RS485? 

Датчик RS485 — это устройство, использующее протокол связи RS485, широко используемый для измерения различных физических величин в промышленных условиях, таких как температура, давление и сила. К его преимуществам относятся возможности связи на больших расстояниях и многоточечной связи, а также высокая устойчивость к электромагнитным помехам, что делает его пригодным для сложных и рассредоточенных промышленных объектов.

 Кто такой сборщик данных ? 

Сборщик данных, или шлюз, служит мостом между полевыми датчиками и удаленными серверами. Современные сборщики данных не только поддерживают традиционные проводные соединения (например, RS485), но и интегрируют беспроводные модули связи, такие как 3G/4G/5G, Ethernet и WiFi, чтобы обеспечить гибкость и надежность передачи данных.

 Объяснение протоколов связи 

- MQTT (Message Queuing Telemetry Transport): легкий протокол обмена сообщениями с публикацией/подпиской, особенно подходящий для сетевых сред с низкой пропускной способностью, высокой задержкой или ненадежных сетей, что делает его предпочтительным выбором для приложений Интернета вещей.

- HTTP/HTTPS: стандартные протоколы для передачи веб-данных, подходящие для сценариев, требующих прямого взаимодействия с веб-сервисами.

- TCP/IP: основополагающий протокол Интернета, обеспечивающий сквозную передачу данных, гарантируя надежность и порядок.

- UDP (протокол пользовательских датаграмм): по сравнению с TCP, UDP легче и жертвует надежностью ради более высокой скорости передачи, что делает его подходящим для передачи данных в реальном времени.

- JSON (подписание и шифрование объектов JSON): в основном используется для аутентификации и шифрования безопасности, также может обеспечивать целостность и безопасность данных при взаимодействии с облачными платформами, требующими подписей и шифрования данных. 

В этой статье подробно описывается, как подключить датчики RS485 к устройствам сбора данных с помощью различных методов и протоколов связи для эффективной и безопасной передачи данных на серверы или облачные платформы, включая подготовку оборудования, архитектуру системы, сбор и обработку данных, передачу данных и выбор протокола, прием и обработку данных, а также устранение неисправностей и техническое обслуживание.

 I. Подготовка и подключение оборудования 

 1.1 Датчик RS485:

- Выберите датчик, поддерживающий протокол связи RS485, исходя из требований области применения (например, датчик температуры, датчик влажности, датчик влажности почвы , датчик солнечного излучения , датчик освещенности).

- Обеспечьте наличие источника питания постоянного тока напряжением 12 В с соответствующим адаптером питания.

- Подключите датчик к сборщику данных через интерфейс RS485. 

 1.2 Сборщик данных или шлюз:

- Выберите сборщик данных или шлюз, поддерживающий необходимые протоколы связи (MQTT, HTTP, TCP/IP, UDP и т. д.).

- Убедитесь, что сборщик данных или шлюз имеет стабильное сетевое подключение (проводной Ethernet, Wi-Fi, 3G/4G/5G), чтобы выбрать подходящий метод связи в зависимости от среды объекта.

- Сборщик данных также должен поддерживать интерфейс RS485 для считывания данных датчиков и выбранных протоколов связи.

 1.3 Источник питания:

- Обеспечьте стабильное питание постоянного тока 12 В как для датчика, так и для сборщика данных, используя отдельные адаптеры питания или получая питание от сборщика данных, если это поддерживается. 

 1.4 Соединительные провода:

- Используйте соединительные провода RS485 для подключения датчика к интерфейсу RS485 сборщика данных, соблюдая правильную полярность (провод A к клемме A, провод B к клемме B). 

 1.5 Сервер или облачная платформа:

- Выберите надежный сервер или облачную платформу, способную принимать и обрабатывать данные датчиков.

- Выбранный сервер или облачная платформа должны поддерживать форматы MQTT, HTTP, TCP/IP, UDP и JSON, а также соответствующие меры безопасности для защиты конфиденциальности данных. 

 II. Архитектура системы и соединения 

 2.1 Система питания:

- Обеспечьте питание DC12V как для датчика RS485, так и для сборщика данных. Если сборщик данных поддерживает питание датчика, рассмотрите возможность получения питания от него, чтобы минимизировать количество линий электропередач.

- Убедитесь, что источник питания стабилен, чтобы избежать повреждений из-за колебаний напряжения.

 2.2 Физическое подключение:

- Используйте кабели RS485 для подключения датчика к интерфейсу RS485 сборщика данных, соблюдая правильную полярность.

- Подключите сборщик данных к соответствующей сети связи (модуль 3G/4G, порт Ethernet, антенна WiFi) в зависимости от выбранного способа связи. 

 III. Сбор и обработка данных 

 3.1 Считывание данных датчика:

- Настройте сборщик данных с протоколом связи Modbus на основе паспорта датчика.

- Сборщик данных отправляет команды запроса через интерфейс RS485 и получает ответные данные от датчика.

- Встроенное программное обеспечение или прошивка сборщика данных отвечает за анализ данных датчика и преобразование их в подходящий формат (например, JSON, XML).

 3.2 Предварительная обработка данных:

- Перед передачей сборщику данных может потребоваться предварительная обработка данных, включая проверку данных, преобразование формата и сжатие данных.

- Предварительно обработанные данные будут упакованы в пакеты данных, готовые к передаче по выбранному протоколу связи.

 IV. Передача данных и выбор протокола 

 4.1 Выбор метода связи:

- Выберите подходящий метод связи на основе среды сайта и требований к передаче данных. Например, используйте Ethernet там, где доступен проводной доступ, WiFi там, где хорошее покрытие беспроводной связи, и 3G/4G/5G для областей с плохой беспроводной связью.

- Для удаленных или мобильных сценариев беспроводные технологии (например, Bluetooth, ZigBee, LoRa) могут передавать данные на промежуточные устройства (например, смартфоны, шлюзы LoRaWAN, встроенные системы), которые затем загружают данные на серверы или облачные платформы. 

 4.2 Выбор протокола связи:

- Выберите подходящие протоколы связи на основе требований сервера или облачной платформы.

  - MQTT для сценариев IoT с низким энергопотреблением и низкой пропускной способностью.

  - HTTP для надежной передачи данных с более высокой пропускной способностью.

  - TCP/IP и UDP для поддержки сетевых коммуникаций нижнего уровня.

  - JSON для шифрования и подписи данных для обеспечения безопасности. 

 4.3 Конфигурация протокола связи:

- Настройте параметры протокола связи сборщика данных в соответствии с требованиями сервера или облачной платформы, включая IP-адрес, номер порта, имя пользователя и пароль. Обеспечьте согласованность протоколов связи между сборщиком данных и сервером/облачной платформой для правильной передачи данных.

 4.4 Передача данных:

- Сборщик данных передает проанализированные и преобразованные пакеты данных на сервер или облачную платформу на основе выбранного метода связи и протокола.

  - Используя MQTT, сборщик данных подключается к брокеру MQTT как клиент и публикует данные в указанных темах.

  - При использовании HTTP сборщик данных отправляет на сервер запросы HTTP POST, включая пакеты данных в теле запроса.

  - Для TCP/IP или UDP сборщик данных устанавливает соединения с сервером для отправки пакетов данных по мере необходимости. 

Во время передачи сборщик данных может шифровать данные для обеспечения безопасности, одновременно обеспечивая надежность и стабильность с помощью механизмов повторной передачи, обнаружения ошибок и методов исправления. 

 V. Прием и обработка данных (на стороне сервера/облачной платформы)

  5.1 Прием данных:

- Сервер или облачная платформа получает пакеты данных от сборщика данных в соответствии с выбранным методом связи и протоколом.

  - Для MQTT сервер подписывается на соответствующие темы для получения данных.

  - Для HTTP он обрабатывает HTTP-запросы POST и анализирует данные в теле запроса.

  - Для TCP/IP или UDP прослушивает указанные порты для получения пакетов данных. 

Серверная/облачная платформа обрабатывает полученные пакеты данных, которые могут содержать данные с нескольких датчиков, в соответствии с заранее определенными форматами. 

 5.2 Хранение и анализ данных:

- Сервер или облачная платформа сохраняет полученные данные в базе данных для последующего анализа и обработки.

- Инструменты анализа данных могут использоваться для анализа сохраненных данных, что позволяет своевременно выявлять аномалии и принимать соответствующие меры.

- Следует также уделить внимание вопросам безопасности данных и стратегиям резервного копирования для предотвращения их потери или повреждения. 

 5.3 Визуализация данных:

- Сервер или облачная платформа могут дополнительно анализировать и обрабатывать сохраненные данные, включая очистку данных, добычу данных и статистический анализ. Инструменты визуализации могут представлять результаты анализа в виде диаграмм, отчетов и т. д., помогая пользователям лучше понимать и использовать данные.

 VI. Устранение неполадок и техническое обслуживание 

В процессе передачи данных могут возникать различные неисправности и проблемы, требующие комплексного механизма устранения неполадок и обслуживания для своевременного выявления и решения проблем. Это включает проверку правильности работы аппаратных устройств, обеспечение беспрепятственности линий связи, проверку согласованности протоколов и подтверждение правильности формата данных. Регулярное обслуживание и ремонт оборудования также необходимы для обеспечения долгосрочной стабильной работы. 

 Пример случая

Используя в качестве примера сборщик данных TR341 от Niubol, это устройство поддерживает интерфейсы RS485 и включает в себя различные модули связи и протоколы. Пользователи могут выполнить следующие шаги для передачи данных: 

1. Подключите датчик RS485 к интерфейсу RS485 сборщика данных, убедившись в правильности подключения питания.

2. Выберите способ связи в зависимости от среды и настройте соответствующие параметры связи (IP-адрес, номер порта, имя пользователя, пароль и т. д.).

3. Настройте MQTT, HTTP и другие протоколы связи на сборщике данных, обеспечив надлежащую связь с сервером или облачной платформой.

4. Запустите сборщик данных, чтобы начать считывать данные датчиков и отправлять их на сервер или облачную платформу через выбранный метод связи и протокол.

5. Получайте, храните и анализируйте данные на сервере или облачной платформе для обеспечения мониторинга в реальном времени и удаленного управления. 

Выполнив эти шаги, мы сможем эффективно передавать данные с датчиков RS485 на серверы или облачные платформы для хранения, анализа и визуализации. 

Подводя итог, можно сказать, что передача данных датчиков на серверы или облачные платформы включает в себя несколько этапов и компонентов, работающих вместе. Подготовив оборудование, собрав и обработав данные, настроив протоколы передачи данных и связи, а также управляя приемом и обработкой данных, можно добиться надежной передачи данных и эффективного использования.

Ссылки:

1.  Изменение адреса устройства датчика RS485：

/Technical-Support/RS485-sensor-data-transfer-to-server/cloud-platform.html

2. Несколько датчиков RS485, подключенных к промышленному маршрутизатору：

/Technical-Support/Multiple-RS485-sensors-connected-to-an-industrial-router.html

3. Данные датчиков загружаются на облачную платформу по протоколу MQTT：

/Technical-Support/Sensor-data-is-uploaded-to-cloud-platform-via-MQTT-protocol.html

4. Метод подключения датчика интерфейса RS485:

/Technical-Support/RS485-interface-sensor-wiring-method.html

5. Как подключить сенсорное устройство RS-485 к ПК? 

/Technical-Support/How-to-connect-RS-485-sensor-device-to-PC.html

6. Как собрать сигналы нескольких датчиков, если RTU имеет только один интерфейс RS485. 

/Technical-Support/RTU-How-to-collect-multiple-sensor-signals.html

Руководство по передаче данных MODBUS+MQTT+JSON

MODBUS+MQTT+JSON-Руководство по передаче данных.pdf