RS232 TO ETH (B) MQTT 和 JSON使用手册
概述
- MQTT 和 JSON 可以单独使用也可以合起来使用。其中的 JSON 支持Modbus RTU 格式转化为 JSON 格式。
主要特点是：
1. 采用 MQTT 为基础的协议和服务器建立连接，采用订阅发布的形式进行数据通讯。
2. 支持 Modbus RTU 寄存器的自主设计和自动采集。
3. 支持将特定的 Modbus 寄存器内容转化为 JSON 格式定时主动上发。
4. 支持在 JSON 格式中加入设备 ID、时间、任意字符串。
5. 支持 JSON 格式的嵌套书写方法。
6. 支持 NTP 协议，自动获取时间。
7. 支持无符号数据和有符号数据，支持小数点表示，支持 4 字节长度数据。
8. 所有配置都可以界面化配置完成，用户自主配置无需定制。
JSON 简单例子
MODBUS RTU 转 JSON
- Modbus RTU 转 JSON 可以实现 Modbus RTU 表的自动采集，并按照JSON 格式自动上发给云端服务器。
- 这里我们通过一个具体的案例来讲解这个用法。
MODBUS 表
- 假设现在有一个功能码为 3，地址为 1 的 Modbus 表，其寄存器地址和参数名如下。其中字节长度为 4 的表示需要连续读 2 个寄存器。
| 寄存器地址 | 参数名 | 字节长度 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 0 | 当前总有功电能 | 4 | 无符号，保留2位小数 |
| 97 | A相电压 | 2 | 无符号，保留1位小数 |
| 98 | B相电压 | 2 | |
| 99 | C相电压 | 2 | |
| 100 | A相电流 | 2 | 无符号，保留2位小数 |
| 101 | B相电流 | 2 | |
| 102 | C相电流 | 2 | |
| 119 | 频率 | 2 | |
| 356 | A相有功功率 | 4 | 无符号，保留3位小数 |
| 358 | B相有功功率 | 4 | |
| 360 | C相有功功率 | 4 | |
| 362 | 总有功功率 | 4 |
- 所谓有符号是指，2 字节或者 4 字节最高 bit 为符号位，例如 0xFFFF 将被认为是-1。保留 2 位小数是指将数据当作整型转化之后，小数点从最右边向左移动 2 位。
设备配置
- 我们按照设备作为客户端的方式进行配置。
- 使用 SSCOM 工具，在本地计算机 1883 端口监听一个 TCP 服务器。
- 使用 Vircom 对设备进行配置：
- 点击修改配置，可以让设备连接上 SSCOM 工具。再次进入设备编辑对话框。点击“固件和配置”按钮。
- 首先点击“网页目录下载”进入配置下载模式。然后选择一个新的空目录，比如MQTTHTTPD目录。防止之前的设计有残留，请先点击“清除全部”按钮，这样可以清空之前的设计内容。设计文件将会保存在这个目录，等一下可以通过点击“下载”按钮下载到设备内部。
- 点击“JSON 配置”按钮
- 这里的参数说明如下：
1.上发服务器时间：默认JSON数据每隔多少时间上发到服务器，服务器就是刚刚在设备配置界面设置的目的IP，单位是毫秒。
2.选择接入的云平台：提供海量设备连接上云、设备和云端双向消息通信、批量设备管理、远程控制和监控、OTA 升级、设备联 动规则等能力，并可将设备数据灵活流转到华为云其他服务。
3.JSON的上层协议：三种选择（NONE/MQTT、HTTP POST、HTTP GET）,选择NONE/MQTT，下面不用设置域名、地址和变量名，选择另外两种根据实际使用去填写即可。
4.上发数据增加帧头、帧头格式：用户可自行选择是否需要添加，主要用来区分设备
5.上发多少次后输出指令和输出条件：这里主要是用来判断一个循环，该功能根据需求使用即可
6.添加或者删除Modbus寄存器：点击后可以进行Modbus寄存器的设计，也可以查看目前已经内容，删除是删除设计的所有的Modbus寄存器，方便重新开始设计。
7.保存JSON设置：设计完成后只有点击这个按钮才可以保存数据到刚才的下载目录，之后可以下载到设备内部。
8.导出/导入EXCELL格式文件配置：方便导出跟导入JSON配置
- 现在点击“添加/查看”按钮。对于之前的Modbus表的第一行：
| 寄存器地址 | 参数名 | 字节长度 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 0 | 当前总有功电能 | 4 | 无符号，保留2位小数 |
- 对应的配置如下：
- 这里的参数说明如下：
1.第1个寄存器：这里的1，表示现在的设计界面是配置第一个寄存器。
2.已经添加过：如果打勾说明是已经添加的，查看已经配置的信息的时候会出现打勾的情况。
3.JSON数据节点类型：根据需求选择对象数据跟数组数据
4.对应的JSON关键词：对应上发的JSON中的keyword。例如”CurrentW”:232.12。
5.从站地址：Modbus的表地址。
6.Modbus功能码：目前支持03和04功能码。
7.寄存器地址：这里对应的0。
8.数据长度：这里对应是4字节。
9.保留小数点：这里保留2位。
10.根据需求启用平移跟缩放
11.数据格式：这里对应是无符号整型。
12.数据和增加单位：根据数据，设置对应的单位
13.数据是否需要用引号包含：是打勾，否不打勾
14.串口轮询时间：这里设为100ms。是指这个寄存器和下个寄存器的轮询的间隔，而不是这条指令的轮询间隔。
15跟16.功能选择，根据需要选择
17.设计下一个：点击后进入下一个寄存器的设置。
18.删除并到下一个：删除现在已添加的，配置下一个寄存器
19.保存设计：完成设计，之后点击上一个界面的“保存JSON配置”即可。
20.取消设计：取消当前的所有设计，如果是查看设计内容，可以点击这个按钮退出。
- 这里点击“设计下一个”按钮继续设计Modbus表中的其它寄存器。全部设计完表格中的寄存器后，点击“完成设计”，然后点击“保存JSON配置”后退出。然后点击“下载web”页面的“下载按钮”
- 然后点击“确定”，设备会自动重启。如果没有重启请手动重启。
新建 MODBUS 模拟表
- 这里使用 Modbus Slave 来模拟一个表(需要一个串口设备，用来模拟Modbus设备，我这边使用的是USB TO RS232/485/TTL)
- 测试结果显示，使用 Modbus slave 工具模拟的仪表能够被网关所采集。同时可以定时，按照 json 格式上发到 SSCOM 模拟的服务器软件端。
JSON 转 MODBUS RTU
- JSON 转 Modbus RTU 支持 05/06/16 指令。如果需要用 15 指令设置多个线圈请多次使用05 指令即可。
- 根据字节数的长度系统会自动选择 06 或者 16 指令来发送。这里分别举一个设置线圈和设置寄存器的例子。
- 假如收到{alert:”on”}的 JSON 数据需要用 05 指令设置站地址 02，寄存器03 开始的线圈。则在：JSON 转 Modbus 界面中点击“JSON 下发”
- 配置界面如下：注意这里的 alert:”on 置需要写入部分就可以了。
- 点击“下一步”可以再增加一个下发转化，否则点击“保存全部并退出”。回到主界面后点击“保存JSON 设置”，然后点击“返回”。然后注意在下载界面点击“下载”。这样就完成了配置。
- 假如现在有发送{power:”12345”}下来则需要将 power 的值 12345 设置到站地址2，寄存器3。则设置如下：
- 注意这里的关键词只需要输入 power:”即可，不需要将后面的 12345 输入，因为这个数值是变化，但是需要输入冒号，如果引号在下发数据中有的也需要输入引号。
MQTT
设备配置
- 首先搜索到设备，然后点击编辑设备:
- 点击“固件与配置”，弹出配置下载和设计对话框：
- 这里选择“网页目录下载”，然后选择一个空的目录，比如 MQTTHTTPD 目录，然后点击MQTT 配置。
这里配置说明如下：
1.服务器域名或 IP：这里填写的是 MQTT 服务器的 IP，最长为 30 个字符。
2.用户名：是 MQTT 服务器的用户名。
3.密码：是这个用户的登录密码。
4.客户端 ID：是 MQTT 的 client ID。
5.订阅主题：是这个设备订阅的主题，有其它设备发布这个主题的时候，服务 器会下发给这个设备。如果只是发布，一般无需填写这个字段。
6.发布主题：这个设备串口转 MQTT 的时候向服务器发送的数据的主题。
7.MQTT 高级参数：用于配置高级参数。
8.保存 MQTT 设置：设计完毕点击这个按钮进行保存，然后点击网页下载目录的“下载按钮”下载。
- 现在先点击“MQTT 高级参数”（一般无需配置高级参数）：
说明如下： 1.协议版本：目前主流的是 3.1.1 版本，如果需要选择 3.1 版本，请在这里选择。
2.保活时间：MQTT 的心跳时间，最少为 10 秒，默认为 60 秒。
3.服务器清除订阅：客户端断线后服务器是否清除订阅信息。
4.是否启用遗愿：是否有遗愿。
5.遗愿主题：遗愿主题。
6.遗愿信息：遗愿的信息。
7.是否保存遗愿：服务器是否需要保持客户端异常离线时发送给客户端的遗愿消息。
8.遗愿质量：服务器发送的遗愿消息的交付质量级别。
9.订阅质量：订阅的交付质量级别。有的情况下需要设置为 0，防止重传引起断线。
10.发布质量：客户端发布消息的交付质量级别。有的情况下需要设置为 0，防止重传引起断线。
11.是否保存发布：服务器是否保持最后一条消息（如果有新的客户端订阅则发送给客户端）
- 我们这里不修改高级参数。直接点击“保存 MQTT 设置”。然后点击“下载”
- 下载完毕点击确定，此时会回到设备管理对话框，看到设备的目的 IP、工作模式、目的端口已经自动修改为 MQTT 的设置：
- 如果没有自动修改则需要在设备编辑对话框下，设置目的 IP、工作模式、目的端口。然后点击“修改设置”。
数据收发测试
- 连接完成后设备的 LINK 灯（一般为中间的蓝色灯）变亮。说明设备正常连接上MQTT 服务器。
- 将串口设备跟RS485 TO POE ETH (B)连接好，再打开串口工具：
- 使用和设备一样的波特率打开串口，并发送数据“dev send”，此后在接收窗口看到返回的数据“dev send”。这是由于我们将 dev send 这个信息以 mqtt 的主题发布给MQTT 服务器。但是同时我们的设备也订阅了 mqtt 这个主题，所以服务器立刻会给我们发送一个订阅信息，订阅信息的内容就是 dev send。这个信息作为 MQTT 的载荷发送下载，通过透传的方式从串口输出。如果其它设备发布信息过来，这个设备也能够收到数据。
- 一般来说，用户可以直接将串口指令（比如 Modbus RTU）指令直接透传给MQTT 服务器。另外也可以使用 JSON 功能，采用自动 Modbus RTU 格式采集，定时 JSON 格式上发的形式。另外也可以找微雪电子定制一些非标的仪表和上位机协议格式。
MQTT+JSON 转 MODBUS RTU
- 将上述的 JSON 和 MQTT 相组合可以实现如下的功能：
1. 采用 MQTT 为基础的协议和服务器建立连接，采用订阅发布的形式进行数据通讯。
2. 支持 Modbus RTU 寄存器的自主设计和自动采集。
3. 支持将特定的 Modbus 寄存器内容转化为 JSON 格式定时主动上发。
4. 支持在 JSON 格式中加入设备 ID，方便云端识别设备。
- 如果需要 MQTT+JSON 转 Modbus RTU 功能的，可以分别设计 MQTT 和 JSON，不分先后次序。设计完一种不要点击“清除设计”按钮，两个设计完，一起点击“下载”按钮下载到设备内容。一般可以下载后手动重启设备，加载设置。
- 效果展示
- MQTT网页版设置：
图 MQTT网页版配置
- JSON设置
- MODBUS 模拟表设置
- MQTT+JSON 转 Modbus RTU的通信效果
HTTP POST/GET+JSON
- 上位机协议除了选择 MQTT 外还可以选择 HTTP 协议，通过 POST 和GET 指令来上传数据。下面以 POST 指令为例来介绍。
- Vircom 版本增加了 JOSN 转 Modbus RTU 设置中的两个选项，如图所示：
1. JSON 的上层协议：如果是无协议或者 MQTT 协议，请选择第一项：“NONE/MQTT”。如果为HTTP POST 请选择第二项“HTTP POST”，如果为 HTTP GET 请选择第三项“HTTP GET”。
2. POST/GET 的 URL：选择 POST 或者 GET 的时候必须填写 URL，例如 URL 为http://s.a.com/wri/v2 则去掉前面的http://，直接将 s.a.com/wri/v2 填写进入。
- 其它的 JSON 结构设计方法和之前介绍的方法一样，之后点击“保存 JSON 设置”按钮时，如果选择了 POST/GET 的会在 JSON 数据的前面增加 HTTP 的头格式信息，用以支持HTTP 传输协议。
- 此POST/GET 设计方法简便、实用，可以简单、快速实现将 Modbus RTU 等仪表数据以 HTTP POST/GET+JSON 的方式传输到服务器。
