工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 技術(shù)正在迅速發(fā)展。遠程監(jiān)控和分析領(lǐng)域的 IIoT 應(yīng)用正在徹底改變企業(yè)，并為他們提供模范效益。邊緣計算通常直接發(fā)生在傳感器所連接的設(shè)備或物理上靠近傳感器的網(wǎng)關(guān)設(shè)備上。
    在工業(yè)用例中，許多傳感器需要與邊緣網(wǎng)關(guān)接口，解決方案架構(gòu)師和開發(fā)人員需要決定邊緣網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計和開發(fā)，以及如何處理來自各種傳感器的數(shù)據(jù)并在設(shè)計和開發(fā)期間執(zhí)行數(shù)據(jù)分析階段。在這種情況下，如果沒有開源框架，新的軟件開發(fā)、bug修復(fù)可能會耗費大量的精力和成本。

    這個由兩部分組成的系列文章的篇文章描述了工業(yè)傳感器和用例，并提供了邊緣網(wǎng)關(guān)要求的概述，并討論了如何使用 EdgeX Foundry 滿足邊緣網(wǎng)關(guān)要求——一個用作邊緣的開源邊緣計算框架物理傳感和驅(qū)動“事物”與信息技術(shù) (IT) 系統(tǒng)之間的中間件（圖 1）。

    圖 1. EdgeX Foundry（.edgexfoundry.org）
    本文提供了一個將工業(yè)傳感器與 EdgeX 連接以實現(xiàn)邊緣計算功能的研究。
    本研究的目的是通過連接工業(yè)溫度和濕度傳感器來評估在 Raspberry Pi 網(wǎng)關(guān)上運行的稱為 EdgeX Foundry 的邊緣計算框架之一。 這是解釋研究的塊和數(shù)據(jù)流圖：

    

    圖 2. 框圖（.edgexfoundry.org）
    通訊總線
    Modbus 是一種開放協(xié)議，傳輸是標(biāo)準(zhǔn)的。與許多專有協(xié)議不同，它不需要特定的物理層，因此 Modbus 網(wǎng)絡(luò)建立在廉價且通用的基礎(chǔ)設(shè)施（例如 RS-485 鏈路）之上。
    Modbus 實現(xiàn)了一種非常簡單且易于理解的數(shù)據(jù)表示。它的主要目的只是在 Modbus 主設(shè)備和從設(shè)備之間移動數(shù)據(jù)。要移動的數(shù)據(jù)只有兩種，寄存器和線圈。寄存器是 16 位無符號整數(shù)，用于存儲模擬值，例如溫度、濕度和壓力值。線圈是用于在 Modbus 內(nèi)存映射中存儲數(shù)字值的單個位，通常是狀態(tài)值，例如開關(guān)狀態(tài)（ON 或 OFF）、電機運行狀態(tài)（UP 或 DOWN）和閥門狀態(tài)（OPEN 或 CLOSE）。
    它需要很少的代碼空間，通常只有 1K。RAM 隨數(shù)據(jù)空間的大小而變化。幾乎沒有任何 RAM 空間就可以實現(xiàn)具有少量數(shù)據(jù)的簡單自動化設(shè)備。
    Modbus 很容易被非程序員理解。制造膠水機、儀表、測量設(shè)備等的工程師可以輕松理解線圈/寄存器的概念以及讀寫它們的簡單命令。
    通常多臺儀器連接到同一個 Modbus 網(wǎng)絡(luò)。沒有儀器支持所有的儀器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，但幾乎都支持Modbus。通過選擇 Modbus，您很有可能避免兼容性問題和未來的升級問題。
    體溫監(jiān)測
    物聯(lián)網(wǎng)溫度監(jiān)測系統(tǒng)允許行業(yè)在基于網(wǎng)絡(luò)/移動的安全平臺上跟蹤環(huán)境參數(shù)，并實時提供即時通知。可以從遠程端訪問這些溫度傳感器數(shù)據(jù)。
    從溫度傳感器收集的數(shù)據(jù)可用于創(chuàng)建統(tǒng)計見解。這將有助于各行業(yè)提高其倉庫和冷庫的可靠性。
    許多工業(yè)用例都使用此應(yīng)用程序：
    實驗室和診所的數(shù)字溫度監(jiān)測，
    食品安全合規(guī)，
    倉庫和庫存管理，
    貨物正在運送中，
    設(shè)備監(jiān)控。
    對于這些用例，溫度和濕度監(jiān)控應(yīng)用程序非常相關(guān)。此應(yīng)用程序需要一個網(wǎng)關(guān)來監(jiān)控溫度和濕度。網(wǎng)關(guān)需要邊緣計算框架。這里使用的Modbus傳感器、網(wǎng)關(guān)和邊緣計算框架分別是SHT20工業(yè)溫濕度傳感器、Raspberry Pi 4和EdgeX Foundry。
    如何使用 Edgex？
    使用 Modbus 從站模擬器 (ModbusPal) 進行 Modbus 設(shè)備服務(wù)驗證
    ModbusPal 是一個 Modbus 從站模擬器，且開源，在 GPL 許可下發(fā)布。其目的是提供一個易于使用的界面，具有重現(xiàn)復(fù)雜和逼真的 Modbus 環(huán)境的能力。它原生支持TCP/IP，如果計算機上安裝了RxTx庫，則支持串口通信。
    ModbusPal 多可以模擬 247 個 Modbus 從站。每個從站都可以有保持寄存器和線圈。每個寄存器或線圈都可以通過與稱為“自動化”的動態(tài)值生成器相關(guān)聯(lián)來進行動畫處理。
    使用 ModbusPal 模擬器和從屬設(shè)備作為功率計的 modbus 設(shè)備服務(wù)的驗證是通過以下提到的步驟完成的。同樣，我們可以使用溫度、濕度和壓力傳感器等從屬設(shè)備模擬任何類型的 Modbus 支持環(huán)境。
    設(shè)置 ModbusPal 環(huán)境，
    添加從設(shè)備并配置它們的可尋址、值和自動化，
    在 EdgeX 中發(fā)布 Modbus 設(shè)備配置文件，
    在 EdgeX 中發(fā)布一個 Modbus 設(shè)備，
    向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)或啟動從設(shè)備 (PUT)，
    從從設(shè)備接收數(shù)據(jù) (GET)。

    安裝任何可以安裝 docker 和 docker-compose 的操作系統(tǒng)。在這個例子中，我們使用 Ubuntu 20.04.2 LTS 來使用 docker 部署 EdgeX。

    圖 3. 為 ModbusPal 模擬器設(shè)置環(huán)境

    添加從屬設(shè)備，配置保持寄存器，輸入值和名稱并將它們綁定到適當(dāng)?shù)淖詣踊?/p>

    圖 4. 在 ModbusPal 模擬器中添加和配置從屬設(shè)備（.edgexfoundry.org）

    使用 POST 命令發(fā)布設(shè)備配置文件。

   

    圖 5. 在 EdgeX 中發(fā)布設(shè)備配置文件
    使用 POST 命令發(fā)布設(shè)備。使用以下命令作為文件上傳或使用截圖命令作為內(nèi)容上傳。

    curl –X POST https://:48081/api/v1/device/uploadfile -F “文件=@”

    圖 6. 在 EdgeX 中發(fā)布設(shè)備
    執(zhí)行 PUT 命令發(fā)送數(shù)據(jù)。

    curl –X PUT https://:48082/api/v1/設(shè)備//命令/-H “Content-Type:application/json” –d '{“”：“”,“”：“”}'

    圖 7. EdgeX 中的 PUT 命令執(zhí)行
    執(zhí)行 GET 命令接收數(shù)據(jù)。
    curl –X 獲取 https://:48082/api/v1/設(shè)備/名稱//命令/配置 | json_pp

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    圖 8. EdgeX 中的 GET 命令執(zhí)行
    設(shè)備配置文件
    設(shè)備配置文件描述了 EdgeX 系統(tǒng)中的一種設(shè)備。設(shè)備服務(wù)管理的每個設(shè)備都與設(shè)備配置文件相關(guān)聯(lián)，設(shè)備配置文件根據(jù)其支持的操作定義該設(shè)備類型。設(shè)備配置文件定義了設(shè)備的值和操作方法，可以是Read 或Write。設(shè)備配置文件由以下標(biāo)簽組成：
    標(biāo)識：配置文件包含各種標(biāo)識字段。名稱字段是必需的，并且在 EdgeX 部署中必須是的。其他字段是可選的——它們不被設(shè)備服務(wù)使用，但可能出于提供信息的目的而填充，
    DeviceResources： deviceResource 指定設(shè)備內(nèi)的傳感器值，可以單獨或作為 deviceCommand 的一部分讀取或?qū)懭?。它具有用于識別的名稱和用于信息目的的描述，
    DeviceCommands： DeviceCommands 定義對多個同步設(shè)備資源的讀寫訪問。每個命名的 deviceCommand 應(yīng)該包含一些 get 和/或 set resourceOperations，分別描述讀取或?qū)懭耄?br>    CoreCommands： CoreCommands 指定可通過命令微服務(wù)讀取和寫入設(shè)備的命令。deviceResources和deviceCommands都可以用coreCommands來表示（coreCommand的名字是指deviceCommand或者deviceResource的名字）。