ThingsEdge 4G DTU 接入 ThingsCloud 完全手册


ThingsEdge 4G DTU 接入 ThingsCloud 完全手册

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介绍

ThingsEdge 系列 DTU 基于 ThingsCloud 开放平台接入协议,除了具备普通 DTU 的串口透传功能,还具备可配置的边缘能力,在一些依赖边缘控制和数据实时采集的物联网场景中应用广泛,例如:

  • 农业大棚
  • 燃气监测
  • 能耗监测
  • 市政交通
  • 智能风机
  • 污水处理
  • 远程抄表
  • 资产追踪

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提示

ThingsCloud 广泛支持不同厂商的物联网设备接入,了解详细的设备接入方法,请浏览:

功能特性

  • 4G Cat.1 网络连接,支持国内移动、电信、联通物联网卡。
  • 开箱即用,无需 PC 上位机软件配置,直连 ThingsCloud。
  • 串口连接支持 RS485/RS232,可连接所有 Modbus 协议的传感器、执行器、控制器。
  • 支持 ThingsCloud 设备自动注册协议,项目大规模设备接入无需预先创建设备。
  • 支持 ThingsCloud 设备属性下发,自动转为 Modbus 指令,包括开关量和数值属性。
  • 支持 Modbus 边缘轮询,自动同步 ThingsCloud 设备类型的 Modbus 寄存器配置,在边缘自动完成 Modbus 转 JSON。
  • 支持多种边缘轮询上报模式,包括:周期轮询上报、周期轮询仅变化上报、实时上报。
  • 支持 Modbus 控制器 IO 输入实时采集,不需要从云平台下发 Modbus 查询。
  • 支持 Modbus 传感器数值上报变化量,节省通信流量和设备消息量。
  • 支持设备重启后 Modbus 寄存器状态自动恢复,适合用于继电器通断状态和云平台保持同步。
  • 支持云平台控制开关量延迟控制和延迟反转。
  • 支持基站定位上报。

视频教程

相关案例

硬件说明

设备特性

名称说明
供电范围12 ~ 36V
工作电流12V 供电,平均 30ma
工作温度-35°C ~ 75°C
工作湿度5% ~ 95%RH (无凝露)
防静电能力接触放电 ±8KV,空气放电 ±15KV
支持频段4G 国内全网通
LTE-FDD: B1/B3/B5B8
LTE-TDD: B34/B38/B39/B40/B41

引脚说明

编号引脚功能说明
1VIN电源正极供电电源,支持 12~36V 直流电源,电源最少支持 10W 功率以保障稳定运行。
2GND电源负极
3RXRS232RS232 端口
4TX
5CTS
6RTS
7GNDGND当使用 RS232 端口时,用于和设备共地
8ARS485RS485 端口,和设备的 A 和 B 请勿接反。
9B

DTU 连线指南

DTU 支持多种场景

DTU Modbus RTU 透传模式

Modbus 云解析

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Modbus 云网关

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DTU 边缘解析模式

DTU 直连模式

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DTU 网关子设备模式

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下发控制

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实时采集变化量

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DTU 如何接入 ThingsCloud

使用 ThingsCloud 控制台

ThingsEdge DTU X1 采用 4G 连网方式,开机直连 ThingsCloud,无需通过 PC 上位机软件进行配置。

提示

ThingsEdge DTU 完全基于 ThingsCloud 开放标准协议,包括 MQTT 接入协议和自定义数据流,详情可浏览:

关联 DTU 到项目

在进行以下操作之前,请先联系设备经销商,将 DTU 关联到您在 ThingsCloud 的指定项目中。

创建设备类型

我们先创建设备类型,选择产品类型,输入产品 ID 1871114718,直接使用标准产品库的模板,已包含 DTU 的功能定义。

提示

请注意,这里的产品 ID 不是设备背面的 IMEI 编号,而是输入以上的固定 ID。

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设备类型的名称,您可以随意修改。

创建设备

接下来,为 DTU 创建对应的设备,关联到刚创建的设备类型。

在设备外壳背面可以找到 15位的 IMEI 编号,作为设备的唯一标识。

开机自动连接

进入创建的设备,可以看到初始属性来自设备类型中的功能定义。

设备出厂默认未开启基站定位功能,您可以根据需要来开启。

接下来可以给 DTU 上电开机。

提示

上电前确保检查以下事项:

  • 是否安装 4G 天线,否则影响网络稳定性。
  • 是否插入物联网卡,插入的方向是否正确,外壳有示意图。

稍等片刻,DTU 设备显示已连接,会上报一些系统属性。

远程重启设备

如果需要重启设备,可以下发命令,如下:

开启基站定位(可选)

DTU 支持 4G 基站定位,开启基站定位后,需要重启 DTU,重新启动后会上报位置信息,由于基站定位误差较大,仅供参考。

自动创建设备(可选)

当我们正式在项目中部署大量设备时,可以开通设备自动注册功能。

首先在设备类型中找到自动创建设备配置,开启允许设备自动创建,然后复制 TypeKey,提供给 DTU 经销商。

配置生效后,我们测试一台新的 DTU,开机后自动创建。默认的设备名称会包含 DTU 的 IMEI 后四位数字。

修改 RS485 波特率(可选)

DTU 的 RS485 端口默认波特率是 9600,如需修改,可在控制台的设备概览中,为波特率属性选择需要的数值,下发后 DTU 立即生效。如下图:

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若使用调试窗口或 API,可以直接向设备下发属性:

{
    "baud_rate": "115200"
}

DTU 每次重启后,会自动同步为最近一次设置的波特率。

DTU Modbus RTU 透传模式

Modbus RTU 串口透传功能几乎是所有 DTU 产品的标配,我们在教程中也介绍了一些厂商的 DTU 接入示例。

ThingsEdge DTU 使用 Modbus 透传功能和其它 DTU 完全相同,这里列举一些常用方法。

使用 DTU 集成模式

ThingsCloud 对所有 DTU 的接入通常支持两种模式:

  • 集成模式:也就是 DTU 以及它连接的所有传感器等设备,在 ThingsCloud 上体现为一台设备。这种方式适合 DTU 和子设备都比较少的情况。如果数量较多,不利于设备功能定义的复用性。

  • 网关模式:将 DTU 和它的多个子设备,在 ThingsCloud 上对应独立的设备。这样便可以对子设备进行独立的功能定义,便于设备资产的组织和维护管理,非常清晰。

这一节我们先介绍集成模式。为了便于管理,我们用之前的方法新建一个设备类型,改个新的名称。

接线示例

在这个示例中,我们在 DTU 的 RS485 总线上连接了两个 Modbus 设备:

  • 8进8出 IO 控制器,从机站号是 1,波特率 9600
  • 温湿度传感器,从机站号是 2,波特率 9600

其中,在 IO 控制器的继电器端,我们连接了两个指示灯,在IO输入端,连接了两个行程开关。

添加 IO 控制器的属性定义

我们先在 DTU 的设备类型中,找到功能定义,通过添加标准功能,找到对应的设备模型,添加 8 个 IO 输入开关量属性,和 8 个继电器输出开关量属性。

创建好的属性定义如下:

配置 IO 控制器的 Modbus 寄存器

然后在 DTU 的设备类型中,找到Modbus 配置,将刚创建的属性加入 IO 寄存器。如下图:

然后配置正确的从机地址寄存器地址,如下图:

最后,开启属性智能转换,并绑定自定义数据流。如下图:

下发 Modbus 开关量控制

现在我们回到设备的概览面板,可以直接下发继电器输出。

在设备的调试功能中,可以看到属性下发被自动转成了 Modbus 指令,通过自定义数据流下发到了 DTU,再被透传到 IO 控制器,然后接收到了 DTU 回传的 Modbus 回复消息。如下图:

到目前为止,我们已经可以通过 ThingsCloud 控制台远程控制继电器开关。

通过 Modbus 任务查询继电器状态

有时候继电器断电会归位,云平台可能不知道继电器的最新状态,所以我们来建立一个继电器状态查询的 Modbus 任务。如下图:

这里我们将任务的目标类型选为设备类型,而不是设备,这使得任务对该设备类型下的所有设备生效,未来有更多设备添加后不需要再单独创建同样的任务。

推送方式选择 MQTT,自定义数据流填写 stream,这是 DTU 内置连接 ThingsCloud 的默认自定义数据流标识符。

选择 Modbus RTU 下发 任务,用 01 功能码查询继电器状态,这里需要略懂 Modbus 指令,通常可以从设备手册中找到 Modbus 协议。

任务创建成功后,我们可以手动运行一次。如下图:

可以在设备调试中看到 3 条消息,分别是:

  • 下发的 Modbus 查询指令
  • 收到 Modbus 回复指令
  • 解析后转换成属性上报消息

配置温湿度传感器 Modbus 寄存器

接下来我们再配置另一个连接到 DTU 的温湿度传感器,同样先添加功能定义,添加温度和湿度两个属性,如下图:

添加新的属性后,如下图:

接着在 Modbus 配置中,设置温度、湿度属性对应的传感器寄存器,如下图:

不同厂家的温湿度传感器,支持的 Modbus 寄存器略有不同,请您参考实际产品手册。

通过 Modbus 任务查询温湿度

普通的温湿度传感器,只有上报数据的功能,我们来建立一个 Modbus 任务,定时查询温湿度。如下图:

这里我们用到任务的定时功能,我们选 间隔时间重复,如下图:

保存任务后,任务自动启动运行,等待我们设置的间隔时间后,任务首次运行,温湿度数据成功获得。

其它透传 DTU 的支持

ThingsCloud 的 Modbus RTU 透传方式适用于所有厂商支持串口透传的 DTU 产品,可参考这些示例:

DTU 边缘解析模式

边缘功能是 ThingsEdge DTU 支持的特有功能,所有的边缘功能配置都在 ThingsCloud 云平台完成,达到云端边缘一体化的使用体验。

我们来列举几个常用的使用示例:

边缘 Modbus 轮询温湿度

边缘 Modbus 查询功能,是指在边缘设备上直接轮询 Modbus 子设备,并自动解析 Modbus 返回消息,生成 JSON 属性消息,通过 ThingsCloud 的标准 MQTT 接入协议,上报到云平台。

我们来创建一个边缘任务,选择 Modbus RTU 读取轮询,设置内容和从云端下发的 Modbus RTU 读取温湿度基本相同,不同的是,它支持三种轮询上报模式:

  • 周期轮询上报:按固定间隔时间进行轮询,每次获取数据均上报。
  • 周期轮询仅变化上报:按固定间隔时间进行轮询,仅当数据变化时上报。适用于需要节省设备消息量和网络流量和场景。
  • 实时上报:不需要设置轮询间隔时间,边缘设备以尽可能短的间隔时间进行轮询,当数据变化时立即上报。适用于实时获取Modbus设备IO输入,或者需要实时采集数据波动的场景。

这里我们用第一种周期轮询上报,设置为 30 秒轮询上报一次。

这里我们先关闭云平台下发的温湿度查询任务,然后点击新创建的边缘任务的更新到边缘,将这个任务实时更新到 DTU。

接下来,就可以看到 DTU 直接上报的温湿度 JSON 数据。

传感器数值仅变化上报

在一些场景中,我们不希望周期轮询后每次都上报重复的数据,比较浪费 4G 流量以及云平台的设备消息数,这些都增加了设备运营成本。

那么就可以使用另一种轮询上报模式:周期轮询仅变化上报。我们修改刚创建的边缘任务,如下图:

更新边缘任务后,陆续可以看到 DTU 上报的温湿度数据,只包含变化的属性。如下图:

实时获取 IO 输入

另一个需要边缘 Modbus 轮询的重要场景,是实时获取 Modbus IO 控制器的输入变化。由于 Modbus 协议机制是基于主机查询后从机回复,所以必须以较短间隔时间来轮询 IO 输入寄存器,才可以实时采集变化。

这使得通过云平台下发 Modbus 查询是不适合的,而在边缘进行快速轮询是最佳方案。

在前边的透传功能示例中,我们没有实现 IO 控制器输入的状态查询,现在我们用边缘任务来实现它。

类似边缘查询温湿度,我们新创建一个边缘任务,用功能码 02 读取输入状态,轮询模式选择实时上报。如下图:

更新任务到 DTU 后,会立即收到首次上报,包括所有 IO 输入寄存器的状态。如下图:

接下来,当我们波动行程开关,改变 IO 输入状态时,云平台可以立即收到上报消息。如下图:

下发属性到边缘

边缘 Modbus 服务还可以直接接收云平台下发的 JSON 属性,自动转为 Modbus 指令,发给子设备。

为了让 DTU 可以收到云平台下发的开关量属性,我们先得禁用云平台自动将属性下发转成 Modbus,将 Modbus 配置 中的 属性智能转换 关闭。如下图:

然后,我们就可以直接在设备概览中点击继电器的开关,下发属性到 DTU。如下图:

在 DTU 上会自动转为 Modbus 并转发给 IO 控制器。

需要注意的是,当您更新 Modbus 配置后,并不会自动同步到 DTU。在确定配置修改无误后,您需要向 DTU 下发更新 Modbus 配置的命令,或者重启 DTU,使得 DTU 读取最新的 Modbus 配置。

下发开关量控制命令

ThingsEdge DTU 内置了 Modbus 开关量边缘控制功能,通过响应云平台下发的命令,可实现对一个或多个继电器,执行闭合或断开的动作,并支持延迟执行和延迟反转功能,例如:控制一个继电器在 10 秒后闭合,再过 10 秒后自动断开。

提示

如何通过向设备下发命令?请学习 使用设备消息调试界面,向设备下发消息open in new window

开关量控制命令的标识符为 switch_relay,命令参数支持多种形式,接下来学习几种常用的命令参数。

单路继电器闭合

例如:让 继电器#1 马上闭合。

下发一个命令消息给 DTU,如下:

{
    "method": "switch_relay",
    "params": {
        "attribute": "relay1",
        "state": true,
    },
    "id": 1000
}
  • attribute 表示开关量属性名称,这里用了继电器#1
  • state 表示更新状态,true 表示闭合,false 表示断开

单路继电器闭合后延迟反转

例如:让 继电器#1 马上闭合,10 秒后断开。

命令参数中增加一个新的参数,如下:

{
    "method": "switch_relay",
    "params": {
        "attribute": "relay1",
        "state": true,
        "delay_reverse": 10
    },
    "id": 1000
}
  • delay_reverse 代表延迟反转的时间,单位是秒

下发命令后,观察设备消息,DTU 收到命令后,闭合继电器并上报通知云平台,接着 10 秒后断开继电器并上报通知云平台。

单路继电器延迟闭合再延迟反转

这一次,让 继电器#1 在 10 秒后闭合,再等 10 秒自动断开。

{
    "method": "switch_relay",
    "params": {
        "attribute": "relay1",
        "state": true,
        "delay": 10,
        "delay_reverse": 10
    },
    "id": 1000
}
  • delay 代表延迟执行的时间,单位是秒

多路继电器延迟闭合再延迟反转

这一次,让 8 个继电器同时在 10 秒后闭合,再等 10 秒自动断开。

{
    "method": "switch_relay",
    "params": {
        "attributes": ["relay1", "relay2", "relay3", "relay4", "relay5", "relay6", "relay7", "relay8"],
        "state": true,
        "delay": 10,
        "delay_reverse": 10
    },
    "id": 1000
}
  • attributes 表示开关量属性数组,支持多个属性标识符。

以上就是常用的几种开关量控制命令,您也可以在任务中使用这些命令,来实现定时任务。

云端设备联动规则

通过 DTU 的边缘 Modbus 服务,大大简化了云平台和 Modbus 设备的通信,所有的 Modbus 转换细节都在 DTU 上完成。这使得我们在 ThingsCloud 规则引擎中实现各种设备联动更加简单。

我们来实现一个非常典型的联动控制规则,当 IO 控制器连接的行程开关闭合时,例如关门、窗帘到位等行为触发,我们希望某个继电器闭合,反之亦然。

我们建立一个消息规则,规则类型使用属性上报,设备来源类型选设备或设备类型都可以,这取决于您希望这个规则对单个设备有效,还是对设备类型下所有设备有效。

当选择单个设备来源时,规则操作可以选择向指定设备下发属性。如下图:

选择 DTU 作为下发的设备,其实就是下发到同一个设备,当然也可以下发到其它任何设备,完全没有物理空间限制,例如上海的行程开关联动控制北京的继电器。

同时编写一段 JavaScript 云函数,如下:

这里要注意的是,一定要先判断上报属性对象 report_attributes 中是否存在 di1,如果存在,我们让下发的继电器 relay1 状态跟随变化。

module.exports = function (report_attributes) {
    /**
     * report_attributes:   上报的属性对象,作为函数参数传入
     * push_attributes:     构造下发的属性对象,作为函数返回值,下发到硬件
     */
    var push_attributes = {
        
    };
    if (report_attributes.di1 !== undefined) {
        push_attributes.relay1 = report_attributes.di1
    }
    return push_attributes;
}

规则建立后,我们试试波动行程开关,可以看到继电器立刻跟随变化。

边缘设备联动规则

除了在云平台实现设备联动规则,有时我们也需要在边缘实现联动,它具有一些优势,例如:

  • 对控制的实时性有严苛要求的场景,边缘设备的实时性可以确保就近处理控制规则。
  • 在设备偶尔断网的情况下,边缘设备可以脱离部署在互联网上的云平台,直接对子设备就近完成联动控制。但这种控制仅限于边缘设备的子设备之间,存在一定的物理空间限制。

该功能正在内测中,即将支持。

启用 DTU 网关模式

ThingsEdge DTU 不仅可以通过直连方式接入云平台,还可以通过网关方式接入。

在使用网关方式接入时,除了像所有透传 DTU 一样支持 ThingsCloud 的 Modbus 云网关模式,还内置了对 ThingsCloud 网关 MQTT 协议的支持,这使得它同样支持子设备的边缘功能,使用方法和直连模式下基本相同。

该部分内容即将完善。

生成用户 App

最后,我们给这个示例生成一个用户 App,包括:

  • 显示 DTU 的温湿度数据
  • 显示其中两个 IO 输入实时状态
  • 显示其中两个继电器状态

提示

关于用户 App 的详细介绍,请浏览 用户 App 通用版

从设备类型中进入 App 编辑,如下图:

在 App 编辑器中,支持可视化零代码开发界面上的布局和组件。如下图:

然后创建用户 App 通用版,即可使用多平台的 App。

生成项目 SaaS

不同于 ThingsCloud 控制台,项目应用 SaaS 通用版是一个面向设备使用者的 Web 管理平台,我们来为本示例创建一个 SaaS 通用版。

提示

关于项目 SaaS 的详细介绍,请浏览 项目 SaaS 通用版

创建项目应用,选择 SaaS 通用版。

创建成功后,会生成项目 SaaS 的专属登录地址,进入登录界面,如下图:

在设备列表中,可以看到控制台上创建的所有设备。

进入 DTU 设备,可以方便的查看数据和下发控制。