【DigiKey“智造万物，快乐不停”创意大赛】基于树莓派的可扩展物联网网关

Juggernaut

【DigiKey“智造万物，快乐不停”创意大赛】基于树莓派的可扩展物联网网关 [复制链接]

作品名称：基于树莓派的可扩展物联网网关
作者：Juggernaut

一、项目简介

一款综合性可扩展物联网网关，具备物联网接入、边缘采集计算上报、传感器数据透传、设备上云等多种功能。
1、物联网接入，借助MQTT协议与服务器实现传感器数据传输的功能，依托主题订阅和发布功能传输特定数据。
2、边缘采集计算，通过Modbus RTU轮询配置好的点位信息表，边缘计算物联网网关下发轮询采集命令，周期性获取串口设备的点位数据。
3、边缘采集计算上报，对边缘采集的数据进行计算，通过MQTT周期上报数据至特定的服务平台。
4、通过简单配置，将物联网网关连接至特定云平台。

二、项目硬件

（一）树莓派4B

边缘网关本体基于树莓派4B，作为主控。

CPU：Broadcom BCM2711，1.5 GHz，64-bit，4核心，ARM Cortex-A72 架构，1MB shared L2 cache
RAM：1、2、4 GB LPDDR4-3200 RAM (shared with GPU)

以太网：10/100/1000 Mbit/s
无线网：b/g/n/ac 双频 2.4/5 GHz
17× GPIO plus the same specific functions, HAT, and an additional 4× UART, 4× SPI, and 4× I2C connectors

（二）温湿度传感器

为了配合网关，特地购买温湿度传感器一支。

相关参数如下，主要看中支持MODBUS。

三、系统架构

边缘网关主体架构如下图。

四、具体实现

（一）基础软件安装

1、边缘网关树莓派4B的OS直接安装官方的Raspberry PiOS即可，根据官方指南的Install an operating system章节一步一步安装即可。

2、node-red安装比较费工夫，需要借助梯子，

链接已隐藏，如需查看请登录或者注册

官方也有。

首先，升级OS软件包。

sudo apt update
sudo apt upgrade

然后安装build-essential软件包和node-red包。

sudo apt install build-essential

bash <(curl -sL https://raw.githubusercontent.com/node-red/linux-installers/master/deb/update-nodejs-and-nodered)

Are you really sure you want to do this ? [y/N] ?
y
Would you like to install the Pi-specific nodes ? [y/N] ?
y

中间的选项全部Y。

Running Node-RED install for user pi at /home/pi on debian


This can take 20-30 minutes on the slower Pi versions - please wait.

  Stop Node-RED                       ✔
  Remove old version of Node-RED      ✔
  Remove old version of Node.js       ✔   
  Install Node.js 14 LTS              ✔         
  Clean npm cache                     ✔        
  Install Node-RED core               ✔     
  Move global nodes to local          ✔      
  Npm rebuild existing nodes          ✔          
  Install extra Pi nodes              ✔              
  Add shortcut commands               ✔              
  Update systemd script               ✔               
                                      

Any errors will be logged to   /var/log/nodered-install.log

最后，启动node-red服务，即可在PC侧以“树莓派IP:1880”的URL打开node-red服务界面。

因为需要对接modebus设备，所以需要在node-red上安装相关组件。

在控制板中选择如下组件安装。

（二）传感器数据采集

主要根据现有modbus传感器的参数，配置好相关参数。

（三）边缘计算

因为传感器采集的寄存器数据需要转换才是准确的数值，手头这个传感器计算很简单，直接除以10即可。

（四）数据上云

使用 EMQ 提供的免费公共 MQTT 服务器，该服务基于 MQTT 物联网云平台 - EMQX Cloud 创建，服务器接入信息如下：

node-red配置信息如下：

五、功能运行

首先mode-red的数据流跑起来了。

在EMQ客户端订阅”/test/node/temp“主题，只要边缘网关数据发布上来，即可收到最新的温度数据。

六、源码

因为node-red是个低代码工具，所以源码几乎没有，仅有的bash我放在附件。

七、总结

依托树莓派4B，基本实现了综合性可扩展边缘计算物联网网关，具备物联网接入、边缘采集计算上报、传感器数据透传、设备上云等多种功能。

最后

再次感谢eeworld & 得捷提供的机会！

附件：

1.开箱报告，【DigiKey“智造万物，快乐不停”创意大赛】边缘计算物联网网关项目开箱贴 - DigiKey得捷技术专区 - 电子工程世界-论坛 (eeworld.com.cn)；

2.word文件，

基于树莓派的可扩展物联网网关.docx (932.14 KB, 下载次数: 2)

3.源码

bash.txt (1.08 KB, 下载次数: 1)

演示视频

演示视频

okhxyyo

感觉边缘计算挺复杂的呀~楼主是做人工智能这块工作的吗？

Juggernaut

okhxyyo 发表于 2024-1-15 09:15 感觉边缘计算挺复杂的呀~楼主是做人工智能这块工作的吗？

大佬好，做过一阵子

Juggernaut

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补充视频

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