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