水質(zhì)分析儀MQTT應(yīng)用案例

一、公司介紹

某儀器股份有限公司，集研發(fā)，生產(chǎn)，銷(xiāo)售于一體的水質(zhì)分析儀器公司。產(chǎn)品主要包括PH/ORP分析儀，電導(dǎo)度分析儀，溶氧分析儀，離子濃度分析儀，濁度分析儀及重金屬分析儀等。

公司的核心產(chǎn)品水質(zhì)分析儀是一款集PH,水溫，TOC,電導(dǎo)率，余氯，濁度，溶解氧，色度等多種參數(shù)測(cè)量的集成化裝置，廣泛應(yīng)用于于泳池，自來(lái)水，小區(qū)二次供水，地表水，市政管網(wǎng)等場(chǎng)所的自動(dòng)化水質(zhì)檢測(cè)

二、企業(yè)所面臨的問(wèn)題

1. 企業(yè)生產(chǎn)的水質(zhì)分析儀，目前僅支持現(xiàn)場(chǎng)查看監(jiān)測(cè)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上云。

2. 由于需要與第三方廠(chǎng)商進(jìn)行項(xiàng)目集成，廠(chǎng)商要求將水質(zhì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)。

3. 項(xiàng)目預(yù)算卡的比較緊，急需一款價(jià)格低廉，性能優(yōu)秀的網(wǎng)關(guān)，通過(guò)Modbus協(xié)議對(duì)接水質(zhì)分析儀，并將采集到的數(shù)據(jù)上報(bào)給云端平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)

4. 由于企業(yè)對(duì)云端平臺(tái)技術(shù)并不了解，因此希望網(wǎng)關(guān)廠(chǎng)商能夠提供專(zhuān)業(yè)的對(duì)接方案，咨詢(xún)我方使用什么協(xié)議與云端平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)低成本，高效率的數(shù)據(jù)上報(bào)。

三、方案總體設(shè)計(jì)

了解客戶(hù)的訴求后，為了解決上述問(wèn)題，我們推薦使用藍(lán)蜂LF210網(wǎng)關(guān)與明柏的水質(zhì)分析儀進(jìn)行設(shè)備對(duì)接， LF210系列網(wǎng)關(guān)價(jià)格低廉，性?xún)r(jià)比高，作為一款邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，南向支持多種PLC和儀表，北向支持標(biāo)準(zhǔn)MQTT協(xié)議，能夠滿(mǎn)足客戶(hù)的需求

對(duì)接云平臺(tái)協(xié)議方面，我方建議使用MQTT協(xié)議作為與云平臺(tái)與網(wǎng)關(guān)的通訊協(xié)議，MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議），是一種基于發(fā)布/訂閱（publish/subscribe）模式的"輕量級(jí)"通訊協(xié)議，優(yōu)點(diǎn)是可以以極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠(yuǎn)程設(shè)備提供實(shí)時(shí)可靠的消息服務(wù)。作為一種低開(kāi)銷(xiāo)、低帶寬占用的即時(shí)通訊協(xié)議，使其在物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)用等方面有較廣泛的應(yīng)用。

目前MQTT技術(shù)比較成熟，開(kāi)源項(xiàng)目比較多，平臺(tái)方能夠快速搭建基于MQTT協(xié)議的服務(wù)器和云平臺(tái)，能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)低成本，高效率的數(shù)據(jù)對(duì)接。我方建議通過(guò)MQTT協(xié)議將水質(zhì)分析儀的數(shù)據(jù)通上報(bào)給云端平臺(tái)

四、詳細(xì)方案說(shuō)明

（系統(tǒng)架構(gòu)圖）

4.1 硬件部署

1. 水質(zhì)分析儀控制柜中安裝藍(lán)蜂 網(wǎng)關(guān)，使用4G卡進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信

2. 在通過(guò)藍(lán)蜂網(wǎng)關(guān)RS485端口與水質(zhì)分析儀進(jìn)行連接，通過(guò)Modbus協(xié)議進(jìn)行通訊

3. 網(wǎng)關(guān)上電并調(diào)試好后，網(wǎng)關(guān)通過(guò)MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上報(bào)

4.2云端平臺(tái)對(duì)接方案

1.根據(jù)溝通，我方建議平臺(tái)方使用自行搭建MQTT云服務(wù)器，目前MQTT技術(shù)比較成熟，開(kāi)源項(xiàng)目比較多，平臺(tái)方能夠快速搭建基于MQTT協(xié)議的云端服務(wù)器和平臺(tái)。

2．我方與平臺(tái)方約定好MQTT服務(wù)器的對(duì)接的服務(wù)器地址，賬號(hào)，用戶(hù)名密碼，以及報(bào)文傳輸協(xié)議，經(jīng)過(guò)測(cè)試，順利通過(guò)MQTT協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)

3．我方提供藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)配置工具，通過(guò)藍(lán)蜂MQTT配置工具，能夠快速調(diào)試網(wǎng)關(guān)的相關(guān)MQTT參數(shù)，包括服務(wù)器用戶(hù)名，地址，賬號(hào)，上報(bào)數(shù)據(jù)主題，系統(tǒng)設(shè)置等，支持遠(yuǎn)程進(jìn)行控制

4.2 方案實(shí)際應(yīng)用落地

4.2.1 接入客戶(hù)自建MQTT服務(wù)器

打開(kāi)藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)配置工具，點(diǎn)擊MQTT鏈接配置選項(xiàng)，可進(jìn)行MQTT服務(wù)器鏈接配置

通過(guò)設(shè)置MQTT鏈接參數(shù)，可填寫(xiě)客戶(hù)端ID，服務(wù)器IP/域名，用戶(hù)名，密碼，端口號(hào)等參數(shù)，支持SSL/TLS加密，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸單向和雙向加密認(rèn)證，最大限度保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/span>

配置成功后，即可連接至客戶(hù)搭建的MQTT服務(wù)器

4.2.2                      平臺(tái)方與網(wǎng)關(guān)約定報(bào)文協(xié)議

根據(jù)與平臺(tái)方的溝通，平臺(tái)方最終選擇了根據(jù)藍(lán)蜂LF210網(wǎng)關(guān)提供的默認(rèn)的報(bào)文格式進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，使用JSON格式數(shù)據(jù)進(jìn)行上報(bào)，藍(lán)蜂提供的報(bào)文協(xié)議具備如下優(yōu)點(diǎn)：

1.可上報(bào)設(shè)備設(shè)備標(biāo)識(shí)，msgId, 時(shí)間, 采集數(shù)據(jù)value，以及自定義的系統(tǒng)變量，比如型號(hào)，版本，位置等，能最大限度的滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)于數(shù)據(jù)的需求

2.上報(bào)主題支持使用通配符${} 代替設(shè)備表示，能否方便平臺(tái)方進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接

2.報(bào)文為JSON格式，跨平臺(tái)通用

約定的報(bào)文協(xié)議具體如下：

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上報(bào)主題：

data/report/${sn}

上報(bào)主題示例：

data/report/200121011004

上報(bào)json示例：

{

"code": "200",

"data": {

"msgId": "976",

"sn": "200121011045",

"time": 1655185922470,

"value": {

"ci": "0",

"ph": "0",

"temp": "0",

"turbidity": "0",

"cod": "0",

}

}

}

上報(bào)json參數(shù)說(shuō)明：

      數(shù)據(jù)說(shuō)明：

4.2.3                 配置驅(qū)動(dòng)和變量

驅(qū)動(dòng)管理用來(lái)配置網(wǎng)關(guān)與下位機(jī)的驅(qū)動(dòng)管理，支持創(chuàng)建/編輯，刪除驅(qū)動(dòng)，設(shè)置通訊口配置信息等

如圖。配置，需要進(jìn)行添加驅(qū)動(dòng)的操作，企業(yè)的水質(zhì)分析儀支持Modbus協(xié)議，選擇Modbus通用協(xié)議即可

創(chuàng)建好驅(qū)動(dòng)后，即可添加變量，變量管理可用來(lái)配置網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)變量，支持新增、編輯、導(dǎo)入、導(dǎo)出、復(fù)制等功能，按照企業(yè)提供的地址表，可創(chuàng)建余氯，PH，溫度，低濁，COD 

4.2.4 配置上報(bào)主題

點(diǎn)擊數(shù)據(jù)傳輸配置慘淡，可配置MQTT網(wǎng)關(guān)上報(bào)數(shù)據(jù)的主題,通過(guò)約定好的主題名稱(chēng)，設(shè)置好上報(bào)的周期，點(diǎn)擊保存按鈕，即可按照約定好的報(bào)文協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)。

針對(duì)于該客戶(hù)的需求,LF210網(wǎng)關(guān)，僅需一個(gè)主題，即可將客戶(hù)要求的：余氯，PH，溫度，低濁，COD 等數(shù)值進(jìn)行上報(bào)

配置好后，通過(guò)第三方MQTT工具可以看到，數(shù)據(jù)已上報(bào)至MQTT平臺(tái)

4.3 網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定機(jī)制

4.3.1 支持異常狀態(tài)上報(bào)

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)對(duì)于異常數(shù)據(jù)或網(wǎng)關(guān)異常狀態(tài)均支持上報(bào)機(jī)制，開(kāi)啟狀態(tài)上報(bào)后，通過(guò)設(shè)置的主題將網(wǎng)關(guān)會(huì)將運(yùn)行中的錯(cuò)誤信息或狀態(tài)變化信息，比如（網(wǎng)關(guān)離線(xiàn)）上報(bào)給服務(wù)器。

能源平臺(tái)可訂閱對(duì)應(yīng)主題，及時(shí)了解網(wǎng)關(guān)異常情況，達(dá)到實(shí)時(shí)預(yù)警報(bào)警的效果

4.3.2 數(shù)據(jù)傳輸安全

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)支持SSL/TLS加密，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸單向和雙向加密認(rèn)證，最大限度保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，可以保證數(shù)據(jù)不被，不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)安全問(wèn)題。

五、方案總結(jié)

5.2 本方案的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)

1.MQTT協(xié)議具有較低的帶寬占用和低功耗特點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳輸高效，省流量，節(jié)約成本，藍(lán)蜂LF210網(wǎng)關(guān)支持標(biāo)準(zhǔn)MQTT協(xié)議，可快速實(shí)現(xiàn)對(duì)接平臺(tái)

2.MQTT技術(shù)比較成熟，開(kāi)源項(xiàng)目比較多，平臺(tái)方能夠快速搭建基于MQTT協(xié)議的云端服務(wù)器和平臺(tái)。

3．LF210系列網(wǎng)關(guān)支持多種協(xié)議PLC和儀表，包括Modbus, 三菱FX系列，西門(mén)子PPI協(xié)議，能夠滿(mǎn)足水質(zhì)分析儀的接入需求

4.  LF210為邊緣側(cè)計(jì)算網(wǎng)關(guān)，相比傳統(tǒng)的透?jìng)骶W(wǎng)關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)自主采集，自主上報(bào)，數(shù)據(jù)格式自動(dòng)轉(zhuǎn)換，能夠極大減少云端的開(kāi)發(fā)工作，輕松實(shí)現(xiàn)與云端對(duì)接，進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)

5.  LF210網(wǎng)關(guān)價(jià)格低廉，性?xún)r(jià)比高，極大降低節(jié)約項(xiàng)目成本。

5.  性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大：客戶(hù)端軟件操作簡(jiǎn)單容易上手，方便基層人員操作

六、客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)圖片

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)安裝現(xiàn)場(chǎng)1

        藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)安裝現(xiàn)場(chǎng)2