智能家居硬件篇——数据采集之Modbus转MQTT网关的应用

01 前言

本文章原文发表于我的微信公众号,请大家关注阅读,涉及的源代码等都在公众号,扫描以下二维码即可关注。

f2d17f83703f4876ba3db930a7037e78.jpeg

02 采集方案及设备

首先声明这不是给某个厂家打广告,只是我个人对产品的使用方法和心得的分享且仅代表个人观点。

上一节说到部署了电能计量采集模块,现在就讲如何进行数据的采集。

Modbus数据采集的方法有很多,例如直接通过HA或NodeRed读取Modbus,或者采用转ModbusTCP后再读取,这几种方法我都使用过,具体操作方法就不再赘述,下面要说的是目前我采用的一种方案。

我希望数据的采集是可靠的,分布式的,类似于边缘网关的方式。当然不能用一台边缘网关来做,家庭环境必须得考虑成本。既然不希望主机直接解析Modbus协议,最好的方式就是把数据解析后直接用MQTT传输到HA或NodeRed,于是找到了几款Modbus转MQTT的网关,经过对几个设备的测试和对比最终确定了这款,现在买第一只价格包邮只要46元。

 

 

e5ca34b29f4017946c0c8cd21dcde459.jpeg

 

以下是官方提供的一些功能参数:

❖1路RS485;

❖支持Modbus地址

<think>嗯,用户这次的问题很具体,是关于传感器数据传输到外部系统的技术原理和方式。看来用户对物联网或工业自动化有一定基础,但需要系统化的技术梳理。从用户两次提问的关联性看,之前问过传感器数据融合,现在聚焦数据传输,说明ta可能在设计一个完整的传感系统。用户应该需要既包含底层原理又涵盖实际应用场景的解答,特别是工业场景的实例。 传输技术确实是个大话题,得分层展开。首先物理层的有线/无线区别是关键分水岭。有线方案里RS-485和工业以太网必须重点讲,因为用户提到“外部系统”,工业环境可能性大。无线部分要强调LPWAN这类低功耗技术,用户没提功耗但这是传感器常有的约束条件。 协议栈部分用户可能容易混淆,得用OSI模型分层解释。特别要区分传输层和应用层——比如为什么MQTT应用层而TCP在传输层。引用里的数据融合技术[^1]可以关联到传输前的预处理环节,这样能体现知识连贯性。安全机制必须单列,这是用户没提但实际部署时的大坑。工业场景的加密和民用不一样,TLS1.3和硬件加密模块这些得点明。最后传输流程的四个步骤要可视化,从采集到平台接入环环相扣。用户可能需要据此设计系统架构,所以每个环节都给出典型技术选项,比如边缘计算用RaspberryPi还是工业网关。 相关问题设计成进阶路线很合适:第一个问题引导用户思考技术选型依据,第二个指向具体实施,第三个拓展到新兴技术。这样ta可以按需深入。</think>传感器数据传输到外部系统的过程涉及多种传输方式和技术原理,以下是关键技术的详细分析: --- ### **一、传输方式与技术原理** #### **1. 有线传输** - **工业总线协议** - **RS-485/CAN总线**:差分信号抗干扰,支持多节点(≤32设备/段),传输距离达1200米(速率12Mbps时降至100米)[^1]。 - **工业以太网**(如Profinet、EtherCAT):基于IEEE 802.3,实时性达μs级,带宽100Mbps~1Gbps,适用于工厂自动化控制。 - **数字接口** - **USB/RS-232**:点对点直连,USB 3.0速率达5Gbps,但距离限制(USB≤5米,RS-232≤15米)。 #### **2. 无线传输** - **短距离技术** - **蓝牙5.2**:速率2Mbps,功耗1mW,Mesh组网支持多跳传输。 - **Zigbee 3.0**:基于IEEE 802.15.4,速率250kbps,低功耗(电池寿命数年),自组网能力适用于智能家居[^1]。 - **长距离技术** - **LoRa**:Sub-GHz频段,传输距离≥10km(郊区),功耗10mA@接收态,适合广域物联网(如智慧农业)。 - **NB-IoT**:授权频谱,深度覆盖(比GSM强20dB),单基站支持5万连接,时延1.5~10s。 - **蜂窝网络** - **4G/5G**:5G URLLC场景时延低至1ms,支持每平方公里百万级连接(如车联网V2X)。 #### **3. 网络协议栈** ```mermaid graph LR A[传感器] -->|原始数据| B(边缘网关) B -->|MQTT/CoAP| C[云平台] C -->|REST API| D[外部系统] ``` - **MQTT**:发布/订阅模式,QoS分级(0~2级可靠性),最小报文仅2字节。 - **CoAP**:基于UDP的轻量协议,支持多播,适用于受限设备(RAM<10KB)。 --- ### **二、数据传输流程** 1. **数据采集** - 传感器通过ADC(模数换器)将模拟信号为数字信号,分辨率12~24位(如温度传感器±0.1℃精度)。 2. **边缘预处理** - 网关执行滤波(如卡尔曼滤波)、压缩(哈夫曼编码压缩率50%+),减少传输量。 3. **协议封装** - 数据包结构:帧头(同步字)+ 载荷(加密数据)+ CRC校验(如CRC-32误码检测概率>99.99%)。 4. **平台接入** - 云平台解析数据并存储(时序数据库InfluxDB),通过API提供JSON/XML格式数据。 --- ### **三、安全机制** - **传输层加密**:TLS 1.3(握手时延<1 RTT),AES-256加密算法。 - **设备认证**:数字证书(X.509)或PSK(预共享密钥)。 - **防篡改**:MAC(消息认证码)验证数据完整性。 --- ### **四、典型应用场景** - **工业4.0**:振动传感器→Modbus TCP→边缘网关→5G专网→预测性维护平台。 - **智慧城市**:空气质量传感器→LoRaWAN→NB-IoT基站→云平台→环保监测系统。 --- ### **引用说明** > 传感器数据融合技术需依赖可靠传输保障多源数据同步[^1]。工业场景中,温度、振动等异构传感器通过统一协议栈接入,确保融合算法准确性。 ---
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值