使用4G LTE、MQTT和JSON升级传统路灯
第一步:传统城市照明面临的挑战
大多数传统的街道照明系统依赖于简单的天文定时器或光敏传感器,本质上是“盲目的”和“呆板的”。当灯光熄灭或继电器故障时,维修人员只能通过市民投诉才能得知。
我们无需拆除全部电气基础设施即可解决此问题,或者通过在现有控制柜中加装边缘计算网关进行改造。您可以使用4G LTE I/O控制器,通过MQTT和JSON协议将传统的电气接触器连接到现代云平台(如AWS、阿里云)。
第二步:硬件设置与接线
本次构建中,我使用的是Valtoris 8CH-IO-LTE。这是一款工业级网关设备,具备8个数字输入、8个模拟输入,最重要的是,对于我们的项目而言,还配备了8个继电器输出(DO),额定电流为5A,工作电压为AC250V。
为节点供电:将稳定的24V直流电源连接到DC 9-24V端子上。
接线接触器:我们不会直接将路灯通过网关驱动。相反,我们将交流接触器的线圈连接到DO1端子(R和L)。当DO1闭合时,会触发接触器,从而处理路灯所承受的较大交流负载。
天线:将50Ω SMA LTE天线旋紧安装,以确保金属控制柜内有稳定的蜂窝网络连接。
第三步:网络与MQTT配置
要让此边缘设备与云端通信,我们需要配置其4G模块。使用USB转RS485转换器,将网关的485-4G端口连接到您的电脑。
打开配置工具(波特率:115200,8N1)。使用默认密钥登录:666666。
通过进入高级参数来配置MQTT客户端:
•工作类型:MQTT
•MQTT 版本:V3.1.1
•客户端 ID / 用户名 / 密钥:请输入您的云服务提供商的凭证。
•主题:.../user/test(接收来自云端的开关命令) 订阅
•发布主题:.../user/1(用于将传感器数据和中继状态推送到云端)
第4步:关键环节:Modbus转JSON解析
通常,处理 Modbus RTU 需要在云服务器上编写复杂的解析脚本。而这款特定网关最出色的特性之一是其内置的 JSON 解析器,它能够自动轮询 Modbus 寄存器,并将原始的十六进制数据封装成清晰的 JSON 格式,再通过 LTE 发送。
在 JSON 转 Modbus RTU 设置中:
将数据传输间隔设置为1000毫秒。
添加一个对应于光感器或电表Modbus寄存器的JSON节点。
分配一个JSON关键词(例如:“Streetlight_Voltage”)。
您的云服务器将直接接收到结构化数据,而不是像 01 03 02 00 B9 D4 这样的晦涩十六进制代码。
第五步:云仪表盘与操作
配置保存并重启设备后,4G LINK指示灯将变为稳定的蓝色。
如果我们查看云服务提供商的日志服务(此处为阿里云物联网),就可以看到网关成功发布了JSON数据体:
要远程开启路灯,我们只需向订阅主题发布一条包含 TEST(或您定义的十六进制触发码)负载的消息。网关接收到该消息后,会关闭 DO1,交流接触器随即闭合,路灯随即亮起。
结论
我们通过添加一个4G I/O控制器,成功为传统照明柜实现了实时远程控制和遥测功能。这种架构无需编写任何嵌入式C代码,即可轻松扩展到城市中数百个柜体。
本文编译自hackster.io





