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)測量的集成化裝置，廣泛應(yīng)用于于泳池，自來水，小區(qū)二次供水，地表水，市政管網(wǎng)等場所的自動化水質(zhì)檢測

二、企業(yè)所面臨的問題

1. 企業(yè)生產(chǎn)的水質(zhì)分析儀，目前僅支持現(xiàn)場查看監(jiān)測的水質(zhì)數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)遠程監(jiān)控，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)上云。

2. 由于需要與第三方廠商進行項目集成，廠商要求將水質(zhì)分析數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)上報，實現(xiàn)遠端監(jiān)測。

3. 項目預(yù)算卡的比較緊，急需一款價格低廉，性能優(yōu)秀的網(wǎng)關(guān)，通過Modbus協(xié)議對接水質(zhì)分析儀，并將采集到的數(shù)據(jù)上報給云端平臺，實現(xiàn)遠程監(jiān)測

4. 由于企業(yè)對云端平臺技術(shù)并不了解，因此希望網(wǎng)關(guān)廠商能夠提供專業(yè)的對接方案，咨詢我方使用什么協(xié)議與云端平臺進行對接，能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)低成本，高效率的數(shù)據(jù)上報。

三、方案總體設(shè)計

了解客戶的訴求后，為了解決上述問題，我們推薦使用藍蜂LF210網(wǎng)關(guān)與明柏的水質(zhì)分析儀進行設(shè)備對接， LF210系列網(wǎng)關(guān)價格低廉，性價比高，作為一款邊緣計算網(wǎng)關(guān)，南向支持多種PLC和儀表，北向支持標準MQTT協(xié)議，能夠滿足客戶的需求

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

目前MQTT技術(shù)比較成熟，開源項目比較多，平臺方能夠快速搭建基于MQTT協(xié)議的服務(wù)器和云平臺，能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)低成本，高效率的數(shù)據(jù)對接。我方建議通過MQTT協(xié)議將水質(zhì)分析儀的數(shù)據(jù)通上報給云端平臺

四、詳細方案說明

（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蜂 網(wǎng)關(guān)，使用4G卡進行聯(lián)網(wǎng)通信

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

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

4.2云端平臺對接方案

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

2．我方與平臺方約定好MQTT服務(wù)器的對接的服務(wù)器地址，賬號，用戶名密碼，以及報文傳輸協(xié)議，經(jīng)過測試，順利通過MQTT協(xié)議進行數(shù)據(jù)上報

3．我方提供藍蜂MQTT網(wǎng)關(guān)配置工具，通過藍蜂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)器用戶名，地址，賬號，上報數(shù)據(jù)主題，系統(tǒng)設(shè)置等，支持遠程進行控制

4.2 方案實際應(yīng)用落地

4.2.1 接入客戶自建MQTT服務(wù)器

打開藍蜂MQTT網(wǎng)關(guān)配置工具，點擊MQTT鏈接配置選項，可進行MQTT服務(wù)器鏈接配置

通過設(shè)置MQTT鏈接參數(shù)，可填寫客戶端ID，服務(wù)器IP/域名，用戶名，密碼，端口號等參數(shù)，支持SSL/TLS加密，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸單向和雙向加密認證，最大限度保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/span>

配置成功后，即可連接至客戶搭建的MQTT服務(wù)器

4.2.2                      平臺方與網(wǎng)關(guān)約定報文協(xié)議

根據(jù)與平臺方的溝通，平臺方最終選擇了根據(jù)藍蜂LF210網(wǎng)關(guān)提供的默認的報文格式進行數(shù)據(jù)對接，使用JSON格式數(shù)據(jù)進行上報，藍蜂提供的報文協(xié)議具備如下優(yōu)點：

1.可上報設(shè)備設(shè)備標識，msgId, 時間, 采集數(shù)據(jù)value，以及自定義的系統(tǒng)變量，比如型號，版本，位置等，能最大限度的滿足客戶對于數(shù)據(jù)的需求

2.上報主題支持使用通配符${} 代替設(shè)備表示，能否方便平臺方進行數(shù)據(jù)對接

2.報文為JSON格式，跨平臺通用

約定的報文協(xié)議具體如下：

實時數(shù)據(jù)上報主題：

data/report/${sn}

上報主題示例：

data/report/200121011004

上報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json參數(shù)說明：

      數(shù)據(jù)說明：

4.2.3                 配置驅(qū)動和變量

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

如圖。配置，需要進行添加驅(qū)動的操作，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)動后，即可添加變量，變量管理可用來配置網(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 配置上報主題

點擊數(shù)據(jù)傳輸配置慘淡，可配置MQTT網(wǎng)關(guān)上報數(shù)據(jù)的主題,通過約定好的主題名稱，設(shè)置好上報的周期，點擊保存按鈕，即可按照約定好的報文協(xié)議進行數(shù)據(jù)上報。

針對于該客戶的需求,LF210網(wǎng)關(guān)，僅需一個主題，即可將客戶要求的：余氯，PH，溫度，低濁，COD 等數(shù)值進行上報

配置好后，通過第三方MQTT工具可以看到，數(shù)據(jù)已上報至MQTT平臺

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

4.3.1 支持異常狀態(tài)上報

藍蜂MQTT網(wǎng)關(guān)對于異常數(shù)據(jù)或網(wǎng)關(guān)異常狀態(tài)均支持上報機制，開啟狀態(tài)上報后，通過設(shè)置的主題將網(wǎng)關(guān)會將運行中的錯誤信息或狀態(tài)變化信息，比如（網(wǎng)關(guān)離線）上報給服務(wù)器。

能源平臺可訂閱對應(yīng)主題，及時了解網(wǎng)關(guān)異常情況，達到實時預(yù)警報警的效果

4.3.2 數(shù)據(jù)傳輸安全

藍蜂MQTT網(wǎng)關(guān)支持SSL/TLS加密，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸單向和雙向加密認證，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，不會導(dǎo)致數(shù)據(jù)安全問題。

五、方案總結(jié)

5.2 本方案的優(yōu)勢和特點

1.MQTT協(xié)議具有較低的帶寬占用和低功耗特點，數(shù)據(jù)傳輸高效，省流量，節(jié)約成本，藍蜂LF210網(wǎng)關(guān)支持標準MQTT協(xié)議，可快速實現(xiàn)對接平臺

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

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，西門子PPI協(xié)議，能夠滿足水質(zhì)分析儀的接入需求

4.  LF210為邊緣側(cè)計算網(wǎng)關(guān)，相比傳統(tǒng)的透傳網(wǎng)關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)自主采集，自主上報，數(shù)據(jù)格式自動轉(zhuǎn)換，能夠極大減少云端的開發(fā)工作，輕松實現(xiàn)與云端對接，進行數(shù)據(jù)上報

5.  LF210網(wǎng)關(guān)價格低廉，性價比高，極大降低節(jié)約項目成本。

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

六、客戶現(xiàn)場圖片

藍蜂MQTT網(wǎng)關(guān)安裝現(xiàn)場1

        藍蜂MQTT網(wǎng)關(guān)安裝現(xiàn)場2