RS232/RS485转4G DTU 上传基于Modbus协议的温湿度传感器数据到远程TCP服务器

1 硬件准备

1. 4G DTU 一台
2. USB转232转接线一根
3. 485温湿度传感器一个
4. 12V电源2个
5. LTE-Cat1物联网卡一张

2 拓扑图

DTU RS485 <-----> 传感器的485线（A接A，B接B）
DTU RS232 <-----> USB转RS232转接器
DTU 电源（耳机孔电源）<-----> DC 12V 外接电源
传感器电源线 <-----> DC 12V 外接电源

3 准备知识

3.1 什么是DTU

3.1.1 概念

DTU(Data Transfer Unit)：数据传输单元，专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据，进而通过无线通信网络进行传送的终端设备。节省开发时间，快速将设备数据上传到服务器。

3.1.2 DTU类型

有两种分类方式，其一是按照通信方式分类有以下7类；

1. GPRS
2. 4G
3. NB-IoT
4. LORA
5. ZigBee
6. WiFi
7. 卫星

其二是按照接口类型分类。

1. RS232
2. RS485
3. TTL

3.2 RS232

RS表示Recommend Standard（推荐标准），串口标准之一，较为常用。工业控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三条线。接口形态为DB9。

3.3 RS485

RS含义同上。RS232接口，可以实现点对点的通信方式，但不能实现联网功能，随后出现的RS485解决了这个问题。RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式。RS485/MODBUS是流行的一种布网方式，实施简单方便 ，支持RS485的仪表很多。¹

3.4 Modbus RTU协议

3.4.1 概念

Modbus RTU是一种紧凑的，采用二进制表示数据的方式。后续的命令/数据带有循环冗余校验的校验和（CRC16）。
Modbus协议是一个Master/Slave架构的协议。和TCP有点类似。
一个节点是master节点，其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点。每一个slave设备都有一个唯一的地址。

3.4.2 命令举例

请求：01 03 00 00 00 02 C4 0B

字节	功能	含义
01	设备地址	设备地址为1
03	功能码	当前为03读取请求
00 00	设备地址	寄存器起始地址，从00 00寄存器开始读取
00 02	读取寄存器长度	读取2个长度，对应回复4个字节
C4 0B	效验和	CRC16效验和

回复：01 03 04 00 0C 00 02 BB F1

字节	功能	含义
01	设备地址	设备地址为1
03	功能码	当前为03读取回复
04	数据长度	当前为03读取回复
00 0C	设备地址	寄存器1数值
00 02	读取寄存器长度	读取2个长度，对应回复4个字节
BB F1	效验和	CRC16效验和

4 期待目标

1. 将传感器设备的数据通过4G网络上报给云服务器（已完成）
2. 通过网络发送命令给传感器

5 调试流程

5.1 搭建TCP服务器

在服务器上安装Socket程序，启动TCP监听。

5.2 配置4G DTU 设置TCP服务器连接

1. 设置DTU工作方式为数据透传；
2. 设置上述服务器的IP和端口数值；
3. 设置消息格式，包括心跳包和注册数据；
4. 点击保存参数，点击重启设备。（每一次对设备进行配置后，都需重启生效）
5. 在服务器上查看是否收到数据。

如果收到数据，表明网络通信服务是OK的。

5.3 配置温湿度传感器

使用USB转485转接器连接温度传感器，DC 12V电源对传感器进行供电。
为避免和其它的传感器地址冲突，设置温度传感器的地址值为3，然后对传感器进行写操作，接着读取数据。

可以看到数据采集成功。

5.4 设置Modbus主动轮询参数

此配置的功能是，DTU可以向传感器发送读取指令03 03 00 00 00 02 C5 E9，对应上一步设置的温度传感器的地址。DTU收到回复数据后，会将字节数组数据按照设置的上传类型【json带IMEI】通过4G网络上传至步骤5.1设置的TCP服务器上。整条数据包格式如下所示。

{
    "IMEI":863488052947903,"time":"2022-06-10 16:03:43","wenshidu":[1,15,3,42]}

5.5 集成测试

将上述器件进行连接，进行集成测试。线有点多，可以使用并线器。

6 结果

读取温湿度数据，4个字节，前2个表示温度，后2个表示湿度，拿[1,27,3,6]举例。
[1,27] = 0x011B = 0d283 ,除10等于 28.3℃
[3,6] = 0x0306 = 0d777，除10等于 77.7 RH

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