使用 EMQ X Neuron 构建基于 Modbus 的 IIoT 应用

随着物联网、大数据、云计算等新一代信息技术的发展变革，IoT 深入到各种行业与应用场景，整体呈现设备多态化、业务多样化、应用碎片化的趋势。尤其在工业物联场景中，工业设备种类繁多，设计总线、协议复杂多样，业务应用灵活多变，如何顺利实现工业设备上云是亟待解决的问题。 EMQ X 系列产品提供解耦工业设备与应用的能力，构造边缘到云端数据通路，建立智能、网络、轻量的数字化产品与服务模式，并与 5G 相融合，支撑工业行业应用创新 。

IIoT 即 Industrial Internet of Things 的简称，是指数以亿计的工业设备所形成的工业物联网。广义上来讲，是指在交通、能源、工业等部门的机械、车辆上应用仪器、连接传感器等设备。

随着 工业 40 概念的普及与行业实践的深入，传统的集中式控制模式向分散式增强型控制模式转变。同时，5G 时代的到来，也加速了传统工业改造和工业物联网化的进程。为了实现个性化、数字化的产品与服务的灵活生产，在工业设备智能化、网络化的过程中，需要将新旧工业设备连接到互联网中，实现对工业设备的数据采集、远程控制、配置更新等业务。EMQ X 系列产品可提供从工业网关到平台的整体解决方案，支持在厂区和工业现场等边缘端实现工业设备的数据汇聚并发送到云端。同时，其对边缘计算流数据的处理能力，可在平台端为工业物联网应用提供云端工业设备数据接入、数据存储以及与云端组态和应用的对接，方便工业互联网应用的快速开发。

以下，我们将通过 EMQ X Neuron 、 EMQ X Broker 构建基于 Modbus 的简易 IIoT 应用，并使用 MQTT X 订阅/展示数据。

EMQ 于近日发布了布署在边缘网关上的 工业协议接入软件 Neuron 。作为人与机器之间的桥梁，它可以把 TCP/IP 协议的 0/1 数据，转化重组成通俗易懂的 JSON 格式，并使用 MQTT 协议 输出到云端，更好地处理人与物之间的交互。

EMQ X Neuron 支持包括 Modbus、OPC 等在内的各类工业协议，可以基本满足大部分工业接入的需求，详细协议列表见下图。

1首先解压安装 EMQ X Neuron 软件包。

2在配置文件配置连接到 EMQ X Broker 的地址，配上用户名密码作为认证。

neuronconf 中修改 EMQ X Broker 服务端的 IP/ 端口，用户名/密码信息。

3启动 EMQ X Neuron 软件，无报错即为启动完成。

4登陆 EMQ X Neuron Web 界面，访问 IP:7000，默认用户名密码 admin/0000。

5点击 Edit Driver，编辑 Modbus tcp 地址。

6创建 Object，定义 Object 里面的内容。

在这个 Object 里面创建一个 Attribute，然后配置 Attribute 的信息，

这里模拟定义名称为 Err1@@2D7WS_GAS 的报警点位，点位位置为 1!1!07497。

在 EMQ X Broker 界面上可以查看连接的 EMQ X Neuron 网关，Client ID 为 EMQ X Neuron 网关随机生成一串字符。

配置刚才 1!1!07497 点位值为 1，然后进行数据上报。

点击 EMQ X Neuron 界面中的 Data Monitoring，Attribute 中配置 1!1!07497 点位的数值已经为 1。

打开连接好的 MQTT X，连接到 EMQ X Broker，订阅上面 EMQ X Neuron 发布的主题，在 MQTT X 可以收到 AlarmObj 里 2D7WS 的值为 1。客户端收到这些数据后，可以在应用界面上显示告警，也可以通过业务逻辑实现业务上的其它业务转换

以上我们使用 EMQ X Neuron、EMQ X Broker、MQTT X 等工具完整进行全流程的工业接入模拟测试，对于工业设备上云形成更加清晰与直观的认知。当然，您也可以结合 EMQ X Neuron 强大协议支持与 EMQ X Broker 强大的接入/转发能力，自己开发一套应用展示系统，构建一整套 IIoT 平台。

2020 年 9 月 底，我们将通过集成 Neuron ， Edge 和 Kuiper 等软件，实现在边缘端的工业协议解析、数据汇聚和流式处理的一整套边缘解决方案；该方案通过与云端的 EMQ X Broker / Enterprise 等系列产品集成，则可以实现一个端到端的、从边缘到云端的完整工业解决方案。

福建省厦门市华联控股集团有限公司下属的厂区有：
1、厦门华联总部厂区：福建省厦门市海沧区同舟路2号
2、厦门华联星座厂区：福建省厦门市思明区湖滨西路8号
3、厦门华联东厦厂区：福建省厦门市思明区七星路75号
4、厦门华联物流厂区：福建省厦门市海沧区牛栏山路68号

群创光电厂区（QCEC）是宁波精密机电俱乐部有限公司（NBPC）拥有的基于多功能传感器，软件和服务的一站式智能企业自动化系统（IECES）的实施平台。
群创光电厂区提供了完善的工业数据和信息社会化基础设施，例如设备访问协议（EDP），工业以太网组网，工业互联网，物联网数据共享标准，集成的服务管理系统，集成的报表和报警系统，统一工业控制和自动化技术实施平台等。
群创光电厂区提供了以下几个方面的区别：
一、以太网/工业互联网技术示例：
1 基于以太网技术的工业自动化数据共享系统
2 集成以太网通讯控制系统
3 集成以太网通讯设备控制系统
4 集成以太网站点监控系统
二、服务管理：
1 基于云服务技术的工业数据服务管理系统
2 物联网数据采集与交互服务管理系统
3 集成服务管理解决方案
三、运营与维护：
1 基于企业信息安全与安全和隐私管理的企业自动化实施控制系统
2 集成设备维护与完善技术
3 移动运维技术
4 报表技术与质量控制
四、计算机网络安全：
1 计算机网络安全策略
2 加密技术实施
3 安全审计服务

智慧工厂管理系统是一个集合设备故障监测，设备生产数量查看， 报表生成及打印，下放生产计划，故障单查看及打印等众多强大功能的综合管理平台，是在计算机互联网的基础上，是要传感器技术、数据通信等技术，构造一个可以提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据，以及合理的生产与生产进度的网络平台，构建一个高效节能的、绿色环保的、环境舒适的人性化工厂。
6108方案的智慧工厂管理系统对厂区内现场进出工作人员等实时情况。根据覆盖区域面积的实际情况进行定位单元的布置，并将其连成一个整体的定位网络，确保指定地点及区域内工作人员，经过对厂区的详细勘察，满足管理功能。外访人员门卫签到领取访客标签，监控调度室或厂门岗设立显示屏，实时显示当天进入人数，出来人数，厂内剩余多少人;人员进行分类(如本单位职工、外单位职工)。访客标签可设定通行区域，闯入报警，定位标签已警报灯或震动警报提醒等等。

随着经济和 社会 的发展，城市公共照明已经成为城市现代化水平的重要标志之一，城市照明设施规模日益增大，用电量节节攀升， 社会 各方对城市公共照明的要求和希望越来越高。而目前国内城市照明的监控和管理方式相对简单、粗放，服务质量和节能水平有待提高，难以满足现代化城市照明的需要，主要表现在以下几个方面：

监控管理方式相对粗放。传统“三遥”系统只能实现回路级别的采集和控制，对单灯运行情况无法实时、准确监控，不能实现智能化监控和精细化管理；部分城市仍停留在“时控”时代，缺少基本的信息化管理手段。

运行维护效率低、成本高。现有的照明设施故障发现机制主要采用人工巡查模式，工作量巨大，需要投入大量的人力物力，并且还可能留有盲区，运维效率低、成本高，难以实现主动服务、保障服务质量。

照明能耗偏大。缺少灵活有效的节能控制手段，过度照明和照明不足的矛盾难以调和，无法实现按需照明，从而在保障照明质量的前提下有效降低照明能耗设施安全难以保障。缺少实时监管措施，设施被盗时有发生，给照明管理部门造成直接的经济损失，严重影响城市照明的正常运行，同时带来安全隐患。

1 设计与实现

本系统由3大部分组成：NB-IoT通信模块、云端控制系统、手机端APP。

图1

11 NB-IoT通信模块

基于高通MDM9206平台高性能、低功耗的CAT-M1/CAT-NB1/GSM三模无线通信模块，支持全球各主流定位系统GNSS，不仅支持当前运营商的主流物联网频段，对未来可能会部署的频段也最大可能性的支持 ，其尺寸仅 为 225mm265mm27mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求，

通过该模块实现路灯信息传输、调光、降功率、按需开关灯等管理方式，减少过度照明节约电能，真正实现节能、环保、安全、舒适的照明，减少对大气的污染，建设资源节约型、环境友好型 社会 。

12 云端控制中心

是根据路灯管控开发的一款远程 *** 作与监控管理平台，方便了管理人员的管理与维护。通过灯联网集中监控管理平台可以远程控制每一个回路的开、关状态，也可以实时监测每个设备的当前信息，并根据采集到的参数的情况，实时判断线路情况，给用户直观的解析。系统同时还具备短消息报警和声音报警的功能。

13 手机端APP

一种基于智能手机APP应用的城市路灯控制方法，包括将智能手机APP应用与路灯管理系统相关联，形成APP调节城市路灯的架构，构建智能手机 APP 节点，每个 APP 节点代表一个APP 注册用户；当用户登录 APP 应用时，APP 应用将包含用户地理位置、行进方式的 APP 应用信息传送到路灯管理系统；路灯管理系统根据APP应用信息，查询用户所属路段的路灯实时状态，并对路灯进行调节控制。采用NB-IoT物联网概念，通过手机 APP 应用按照用户实际需求开启路灯、调节路灯亮度，合理分配路灯照明资源，降低了路灯能耗、节约了路灯使用成本。

2 测试与分析

硬件调试：分为电源电路、通信链路、LED驱动电路调试。

21 电源电路

图2 电源电路

图 2 中，EUP3420 是一款恒定频率，采用电流模脉宽调制（PWM）架构的降压型变换器。芯片集成了主开关和同步整流开关，可以获得更高的效率。本系统采取5V适配器输入，转化给NB-IoT无线通讯模块VBAT网络33V供电。

C1000：适配器的输入端，用万用表或者示波器测试该点电压是否为5V。

L1000：开关电源 buck 电感输出端，用万用表或者示波器测试该点电压是否为33V，通过调整R1000和R1007阻值调整VBAT输出的大小。

22 通信链路

NB-IoT模块上电后sim卡状态测试。

图3 NB-IoT模块Sim卡状态查询

23 LED驱动电路

图4 LED驱动电路

上图中，三极管驱动电路由Q11、R128、D30、J26（焊接LED模组）组成，NB-IoT通信模块通过GPIO口控制三极管的基集，使三极管Q11工作在开关状态，实现对LED的开断。

3 软件测试

安卓手机端可以控制指定路灯的亮与灭以及全开全灭。

图5 手机控制端界面

PC端实现对各个端口的控制。

图6 云端控制端界面

4 控制系统特性

41 管道NB-IoT设计

一是广覆盖：NB-IoT 覆盖能力强，在同样的频段下，NB-IoT 比现有的网络增益 20dB，覆盖面积扩大 100 倍。它不仅可以满足广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。因此不只是道路照明，在室内、工业照明领域的应用前景也十分广阔。

二是强链接：在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。这将意味着，基于 NB-IoT 通信技术的照明控制系统，将能够管控更多的终端设备，满足未来智慧城市中大量设备联网需求。

三是低功耗：低功耗特性是智慧照明应用一项重要指标，NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，终端模块的待机时间可长达10年，特别适用于智能家居的应用。

四是低成本：低速率、低功耗、低带宽同样给 NB-IoT 芯片以及模块带来低成本优势。单个接连模块预期价格不超过 5美元，最终低至 1 美元，这对降低智慧照明应用的成本起到关键性作用。

42 云端智能管理

采用单灯控制技术，构建路灯物联网，精准控制每一盏路灯，在保证照明需求的前提下，根据季节、路段、天气、特殊场合等条件设定路灯运行方案，真正实现“按需照明”，深化节能减排。因本项目范围内 LED 路灯电源不具备调光接口，单灯节能方式采用开关灯控制方式。

通过单灯“在线巡测”，及时发现路灯故障并在地图上进行精准定位，转变“人工巡检、热线报修”的传统运维方式，实现定向运维、主动服务，减轻劳动强度，提高路灯运维效率，降低运维成本。

43 客户端APP

智慧公共照明管理平台具有全面和优化的路灯智能控制功能，为路灯管理人员提供更高效的管理和维护手段，主要体现为：实时监控：可以对任意一盏、一路或任意自定义组的路灯进行开关灯、调光。同时支持多终端，支持基于 Android *** 作系统的移动终端远程控制，可采用平板电脑、手机等终端下发开关灯、调光等控制命令等。

5 应用前景分析

对于 NB-IoT 产业的发展，中国移动、中国联通、中国电信三大运营商皆就NB-IOT发布了各自的发展计划。工信部也发文要求加快 NB-IoT 在国内落地，到今年年底建成基站规模 40万个，到 2020 年建成基站规模 150 万个。中国 NB-IoT 产业加速布局，将是全球 NB-IoT 产业领跑者。目前在上海、广州、江

门、鹰潭、长沙落地了NB-IoT智慧路灯项目，实现了到处开花、处处结果。

6 结束语

城市智慧照明是智慧能源的开端，以 NB-IoT 新一代通信技术为支撑，实现整个城市一张网，对城市道路每盏灯实现全面的感知、智能的控制、广泛的交互和深度的融合，在满足市民正常照明需求的前提下，通过智能调光、降功率、按需开关灯等管理方式，减少过度照明，电能节约率可达30% 60%，真正实现节能减排，减少对大气的污染，建设资源节约型、环境友好型 社会 。同时通过对城市照明设施实现精细化管理，通过对城市道路每个灯具的运行状态进行准确分析和故障报警，并根据故障等级启动相应的处置流程，将被动巡检改为定点维护，反应更加敏捷处置效率更高，将使城市的灯光管理水平与现代化的大都市相适应，提高亮灯率，减少各种故障，合理照明，美化照明，安全照明，营造出现代城市科学和艺术完美结合的照明效果，树立和提升城市的品牌形象。

德意电器智慧工厂总投资7亿元人民币，厂区占地面积117亩，规划建筑面积近195万平方米，产能达50亿元以上。生产大楼是以工业40为设计理念进行规划，是杭州工厂物联网和工业互联网试点单位，也是国内高端厨电产品生产基地之一。

借鉴某乎大佬回答：

我国现有空气质量监测站点（国控点）约5000个，折合约1920平方公里仅1个监测点，监测点位空间密度低，且配套站房占地面积大，建设成本相对高昂，以点代面的方法导致时效性不足，达不到精细化管控的目标，且无法实现对监测体系中时空动态趋势分析、污染减排评估、污染来源追踪、环境预警预报等能力的深度挖掘。

结合国务院办公厅关于《生态环境监测网络建设方案》的要求，聚光科技以丰富的大气环境监测领域经验，开发了一套可实现高分辨率监测网络布局的低成本、多参数集成的紧凑型微型环境空气监测系统，高分辨率监测网络可在区域内全覆盖，实现高时空分辨率的大气污染监测，结合信息化大数据的应用实现污染来源追踪、预警预报等功能，为环境污染防控提供更为及时有效的决策支持。

1掌握环境质量状况及变

1）实时了解区域内各种污染物的浓度和分布，掌握整个区域的空气质量状况及变化趋势；

2）实时反映区域之间的污染状况及影响关系；

3）结合气象数据、地理信息等为政府说清是本地排放还是区域输入造成的污染以及所占的比重。

2建立环境空气质量大数据库

建立环境空气质量大数据库，对多种污染物进行综合分析，全面掌握污染物实时分布的浓度、形成的原因、传播过程及演化规律，通过构建污染物传播过程实时演化与污染源追踪数学模型，提供突发排放污染追踪、污染源在线源解析和长期达标规划等服务。

利用大数据综合评估区域内总体污染物排放总量，结合高空及地面气象场的数据，对污染物的扩散和传输情况进行分析，最终提出行之有效的污染减排和应急预防决策方案，帮助政府科学减排，达到科学治霾、精确治污的目标。

3提升信访投诉、执法检查办公效率

1）能快速捕捉污染企业自身的异常排放，为政府部门实现对污染企业精细化管控和监督提供依据，辅助现场移动执法，提高执法效率；

2）全面掌握同类型、不同企业的污染排放情况，通过横向间的比较分析，与现有环保管理工作相结合，对污染企业进行排污排名及处罚；

3）合理处置信访投诉事件，辅助管理者来快速分析污染来源，同时将风险及时控制防范扩大化；

4）实时监测企业边界或区域内的有毒有害气体的污染和扩散水平，完善区域风险防护措施，对环境突发事件的发生提前做出预案处置及扩散后对周边的影响判断，为环保部门的应急预警处置提供管理依据。

4提升突发事故应急快速响应处置

对各类突发污染事故，可以及时了解事故附近地区的地理位置、地貌信息以及居住区、行政事业机关、学校、医院等信息以帮助决策者快速布置现场监测点、确定需要救援、疏散的人员数量，选择安全的疏散、救援线路，最大限度地减少人员、财产损失。

突发污染事故发生后，可以快速定位事故周围的污染源、危险源的位置，依据模型模拟事故情景可以快速筛选出爆发事故的污染源和危险源。根据这些源中的污染物、危险物的物理、化学性质立即从属性数据库中查找出环境危害情况，危险品毒性程度等，便于制订出针对性的应急处理方案，力求将事故的损失降到最小。

5保障公众知情权

随着人民生活水平的提高和环保意识的加强，公众越来越多的需要获取更多的环保信息：不仅需要了解居住生活区域环境空气质量的现状，还十分关注周边区域环境污染对本区域的影响。需建立“信息共享与服务门户”，将环境监测、应急政策与管理信息及时发布出来，同时可以建立公众信息公开的网上服务门户和户外显示屏幕，促进信息公开的推进，保障公众知情权。

6为政府部门科学治理提供技术支撑

通过环境大数据的科学分析，能准确找出特定点位周边的污染来源及其贡献率排名，可在重污染天气下，为环保部门提供减排量及减排名单，为政府开展有针对性的限产、关停等决策提供技术支撑。

方案概述

空气质量达标管理方案是一套运用环保物联网技术、现代测量技术、自动控制技术、计算机技术的智能综合系统，主要由气态污染物检测模块、颗粒物检测模块、气象参数传感器、无线通信模块、供电及电源管理单元等组成，监测因子包括SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM25、温度、湿度以及VOCs。系统通过对环境数据的测量、采集、传输、存储、分析评价、应用、发布等过程，及时、准确地感知环境空气质量状况及设备运行状态，服务于环境监测部门的区域环境质量评价、环境质量信息发布、污染控制评价等，为说清环境空气质量状况及其变化趋势，制定经济有效的环境空气质量管理策略提供决策支持。

312仪器

聚光科技在多年设备研发和技术积累的基础上，开发了可用于高密度布设的低成本、多参数集成的网格化空气质量监测系统。大气网格化综合监管系统将国家标准方法以及电化学法、定点监测与移动监测、近地面监测与高空探测等多种监测手段进行有机整合，消灭监测盲区，实现对监测区域的全覆盖式网格精准监控。

AQMS-3000 微型空气站

泵吸式采样：响应速度更快、响应范围更广、数据更准
小型化：多参数集成、不占空间、方便运维
太阳能供电：超长续航、节能环保
可用于各类污染源与重点监管区域的加密监测。

CDMS-1000 扬尘在线监测系统

监测项目种类多：可同时监测TSP、PM10、PM25
视频联动：颗粒物浓度超标可联动视频实现自动抓拍、超标数据和视频能实时传至监控平台。
可用于道路扬尘、建筑工地扬尘等污染源监测。小型化：不占空间、方便运维

AQMS-1000M 小型路边站

小型化： 站房体积小，便于现场安装维护
可扩展：可监测六参数指标或选测重点参数；可扩展视频、VOC等。
国标法，可用于乡镇街道空气质量考核。

近地面空气质量走航车

国标方法：数据准确，定量污染物浓度。
机动灵活：时间分辨率高，可进行移动走航监测
可用于重点污染源摸排，网格化日常走航与巡检。同时作为微型站、扬尘站质控设备。

激光雷达

扫描方式：水平、垂直、剖面扫描；走航与定点监测。
可用于快速确定污染物较高区域；监控颗粒物的传输过程。

313管理平台

中心管理平台面向环境管理部门提供区域内环境空气质量的监测、评价、分析服务，帮助用户掌握区域内的环境空气质量状况，发现污染特征状况，为大气污染防治提供决策支持，以及提供污染事件发现、确认、处置、总结的全流程跟踪功能，确保责任到人，闭环管理。部分界面，如下图所示：

中心管理平台-环境特征展示

中心管理平台-污染事件处置管理

环境空气综合监管APP面向环境管理者提供随时随地的空气质量监测查询、数据分析、环境问题处置管理等服务，可与中心管理平台形成联动。系统具备区域/站点的环境空气质量监测数据查询、环境质量监测地图分布、大气环境监测排名、监测报警、事件上报等功能。

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