作者：劉洪峰，網(wǎng)名葉帆，葉帆科技創(chuàng)始人兼CEO，前微軟（中國）.NET Micro Framework開發(fā)團(tuán)隊(duì)成員，微軟全球最有價(jià)值專家(MVP)，CSDN十大MVB。以微軟.NET MF系統(tǒng)為核心，研發(fā)了物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)、YFIOs和YFHMI等物聯(lián)網(wǎng)中間件軟硬件平臺(tái)。
責(zé)編：屠敏，技術(shù)之路，共同進(jìn)步，歡迎技術(shù)投稿、給文章糾錯(cuò)，請(qǐng)發(fā)送郵件至tumin@csdn.net。
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從去年伊始，國內(nèi)外一些大公司都先后推出了面向物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的平臺(tái)產(chǎn)品，如微軟Azure平臺(tái)的IoT Hub、阿里云平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件、百度云平臺(tái)的物接入IoT Hub、物解析IoT Parser和物管理IoT Device等等，但上述公司的產(chǎn)品從平臺(tái)特色和技術(shù)角度來看，相對(duì)比較適合一些企業(yè)級(jí)項(xiàng)目開發(fā)及智能硬件的云連接、云存儲(chǔ)的使用，其實(shí)并不太適合一些對(duì)控制實(shí)時(shí)性較高、接入點(diǎn)多、業(yè)務(wù)邏輯相對(duì)復(fù)雜的工業(yè)領(lǐng)域。

工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域相對(duì)比較封閉，發(fā)展也比較慢，多年來涉及到通信相關(guān)的，大部分還是采用現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。筆者曾發(fā)過一篇《淺談工業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目架構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)施》，里面除了介紹了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的概念和特色外，還介紹了物聯(lián)網(wǎng)通用中間件平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。時(shí)至今日，隨著國內(nèi)外大公司的介入，物聯(lián)網(wǎng)越來越熱。下面筆者將結(jié)合工控領(lǐng)域的特色及當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的一些新技術(shù)新趨勢(shì)，分享工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和民用物聯(lián)網(wǎng)的特色及異同，并從自身實(shí)際應(yīng)用開發(fā)的角度，解讀從端到云，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的全?？焖匍_發(fā)之路。

一、前言

1.1 民用物聯(lián)網(wǎng)VS工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

最近誕生的共享單車，短短一年多的時(shí)間就遍布國內(nèi)一二線城市，迅速成為一個(gè)現(xiàn)象級(jí)應(yīng)用，可以說是民用物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域最大的應(yīng)用。小米的智能家居套件，以低廉的價(jià)格，相對(duì)實(shí)用的功能，也贏得了不少智能家居愛好者的追捧，也是比較典型的民用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)大部分人來說，相對(duì)陌生，往往是面向行業(yè)的應(yīng)用，比如我們當(dāng)前所做的養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，污水處理物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控和垃圾處理物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。

那民用物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別是什么呢？

從技術(shù)角度來說，民用物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)并沒有本質(zhì)的區(qū)別，都是有云、有端、都具備傳感器數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制及通信傳輸?shù)裙δ?。只是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)脫胎于工控自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，后者對(duì)可靠性和實(shí)時(shí)性有較高的要求，有各種工業(yè)級(jí)別的現(xiàn)場(chǎng)總線，如Profibus，Modbus RTU/TCP，CANopen等等，后續(xù)又在民用以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，推出了工業(yè)以太網(wǎng)。那時(shí)候還沒有云的概念，考慮到安全，網(wǎng)絡(luò)都是私有的，很少和因特網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)。從某種意義上來說，沒有云技術(shù)的高速發(fā)展，就不會(huì)有現(xiàn)在的民用物聯(lián)網(wǎng)上各種現(xiàn)象級(jí)應(yīng)用。當(dāng)然工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也得益于云技術(shù)的成熟，才能使高門檻的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)得到了一定程度上的普及，否則也很難有今天所謂的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。不過民用物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別還是有的，下面將一一簡(jiǎn)要介紹。

首先是數(shù)量的區(qū)別，民用物聯(lián)網(wǎng)往往面臨的是百萬、千萬級(jí)別的用戶群。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)從量上來說，要比這個(gè)規(guī)模小得多。

其次是功能上的區(qū)別，民用物聯(lián)網(wǎng)功能往往比較單一，易用，免維護(hù)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)功能就相對(duì)復(fù)雜的多，往往對(duì)應(yīng)一個(gè)行業(yè)內(nèi)的一系列具體的功能，

然后就是價(jià)格上的區(qū)別，民用領(lǐng)域的用戶對(duì)價(jià)格相對(duì)敏感，所以民用領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品往往價(jià)格比較低廉。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的產(chǎn)品由于面向行業(yè)，面向具體的應(yīng)用，量少，所以單價(jià)相對(duì)較貴。

最后就是品質(zhì)上的區(qū)別了，最簡(jiǎn)單的工業(yè)和民用的區(qū)別，就是設(shè)計(jì)產(chǎn)品的時(shí)候，器件選型民用產(chǎn)品往往選擇民用級(jí)別的，工業(yè)級(jí)產(chǎn)品往往選擇工業(yè)級(jí)的。除了價(jià)格上工業(yè)級(jí)的芯片比較貴外，應(yīng)用環(huán)境的溫度范圍比民用領(lǐng)域也要寬廣，可以在相對(duì)苛刻的條件下也能可靠地工作。

1.2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)全棧開發(fā)

全棧開發(fā)的概念來源于Web開發(fā)領(lǐng)域，指同時(shí)具備前端和后臺(tái)開發(fā)的能力。引申到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，全棧開發(fā)意味著要懂硬件開發(fā)，要懂各種傳感器、云開發(fā)、Web開發(fā)技術(shù)、手機(jī)APP開發(fā)、各種通信技術(shù)和數(shù)據(jù)存取，大數(shù)據(jù)時(shí)代還要求懂?dāng)?shù)據(jù)挖掘和分析。

這對(duì)全棧工程師來說，要求就非常高了。考慮到實(shí)際，從技術(shù)路線來看，全棧開發(fā)還是分派系的，如“Java派”，各種層面的開發(fā)都是以Java類的開發(fā)技術(shù)為主。如“.NET派”，各種層面的開發(fā)都是用.NET技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。由于歷史原因，我從2001年開始進(jìn)入工控開發(fā)，工控軟件類開發(fā)大都以微軟技術(shù)為主，所以全棧開發(fā)主要采用了.NET技術(shù)。

二、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備端開發(fā)

民用物聯(lián)網(wǎng)端的開發(fā)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)端的開發(fā)還是有很大區(qū)別的，民用物聯(lián)網(wǎng)端產(chǎn)品是廠家直接基于芯片進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。是典型的硬件開發(fā)了。而工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)端的開發(fā)，往往是在第三方廠家的產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，也就是更多的是做集成類的開發(fā)工作。

我們所做的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的端設(shè)備就是供其他工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)集成商進(jìn)行二次開發(fā)的。當(dāng)然我們也會(huì)基于我們的軟硬件產(chǎn)品進(jìn)行工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的集成開發(fā)。

這里著重介紹的就是在現(xiàn)有的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行的項(xiàng)目開發(fā)。

2.1 常見IO接口

目前工業(yè)領(lǐng)域常見的IO接口如下：

RS485：兩線制，差分信號(hào)傳輸，半雙工通信，最大通信距離千米以上。

RS232：三線制，全雙工通信，一般通信距離小于10米。
CAN：兩線制，多主通信，高性能，高可靠性，每次最多傳輸8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。通信距離千米以上。

以太網(wǎng)：4線或8線，多主通信，高性能。普通網(wǎng)線通信距離100米以內(nèi)。

Zigbee：基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗無線通信協(xié)議，低功率一般傳輸距離100米以內(nèi)，高功率的1000米左右。

LoRa：基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無線傳輸方案。低功耗，多節(jié)點(diǎn)。

GPRS：通用分組無線服務(wù)技術(shù)，廣域網(wǎng)通信。

NB-IoT：IoT領(lǐng)域一個(gè)新興的技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，亦稱低功耗廣域網(wǎng)(LPWA)。

模擬量輸入：0~20mA/0~5V/0~20V

開關(guān)量輸入：0~24V

繼電器輸出：0~220V/2A

2.2 常見通信協(xié)議

Modbus RTU: 施耐德公司制定的基于RS485/RS232的串行通信總線協(xié)議。
Modbus TCP: 施耐德公司制定的基于以太網(wǎng)的通信總線協(xié)議。
PPI：西門子公司專為S7-200系列PLC開發(fā)的通訊協(xié)議。
Profibus：是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。
CANopen：是一種架構(gòu)在CAN上的高層通信協(xié)協(xié)議，包括通信子協(xié)議及設(shè)備子協(xié)議。

2.3 常見智能模塊

常見的智能模塊其實(shí)種類比較多的，比如智能電表，智能水表，各種PLC及其配套的擴(kuò)展模塊等等。我們這里主要介紹的就是凌霄物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)、智能終端、智能IO模塊和綜合采集模塊。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān) 智能終端 綜合采集器

網(wǎng)關(guān)除具備網(wǎng)口、USB、SD卡及擴(kuò)展兩路智能模組（無線通信、RTC、存儲(chǔ)等板卡）外，還可以配置各種不同通信接口板（當(dāng)然也可以直接對(duì)接智能終端或智能IO上的輸入輸出子板）。

綜合通信：1路RS485,2路RS232,1路CAN

RS485-CAN：3路RS485,1路CAN

RS485：4路RS485

智能終端和智能IO模塊的主要區(qū)別有，一是通信接口，智能終端有三種接口可選，以太網(wǎng)、RS485和CAN；而智能IO模塊僅具備CAN接口。二就是智能終端支持二次開發(fā)，能獨(dú)立運(yùn)行，也可以作為智能網(wǎng)關(guān)的擴(kuò)展模塊，而智能IO僅作為智能網(wǎng)關(guān)的擴(kuò)展模塊存在。

智能終端和智能IO模塊，根據(jù)對(duì)外接口不同，主要有如下種類的模塊：

綜合輸入輸出模塊：2路模擬量入，2路開關(guān)量入，2路繼電器輸出

綜合模擬量模塊：4路模擬量輸入，2路模擬量輸出

綜合開關(guān)量模塊：4路開關(guān)量輸入，4路開關(guān)量輸出

模擬量采集模塊：4路模擬量輸入

開關(guān)量輸入模塊：8路開關(guān)量輸入

繼電器輸出模塊：8路開關(guān)量輸出

熱電偶采集模塊：4路熱電偶采集

綜合采集器，是一個(gè)九合一的傳感器集成模塊，可以說是國內(nèi)外集成度最高的一款產(chǎn)品。一次可以采集的傳感器數(shù)據(jù)有3路溫度，1路濕度、1路氧氣、1路氨氣、1路二氧化碳、1路光照、1路PM2.5。該模塊可以通過RS485直接和網(wǎng)關(guān)相連，標(biāo)準(zhǔn)Modbus RTU通信協(xié)議。

2.4 YFIOs數(shù)據(jù)組態(tài)開發(fā)

圖2 YFIOs系統(tǒng)架構(gòu)

圖2是YFIOs數(shù)據(jù)組態(tài)系統(tǒng)的架構(gòu)圖，其包含三部分：驅(qū)動(dòng)層，核心層（驅(qū)動(dòng)引擎及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫）和策略層。

所謂的二次開發(fā)大部分就是開發(fā)和具體業(yè)務(wù)聯(lián)系密切相關(guān)的策略程序，此外就是少部分的驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)（除了對(duì)接特殊設(shè)備，大部分情況下無需用戶開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序）。

下面我們用一個(gè)簡(jiǎn)單示例來介紹一下YFIOs組態(tài)開發(fā)。

2.4.1 硬件準(zhǔn)備及連接

我們需要準(zhǔn)備如下設(shè)備：1臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)，1臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)智能終端（或智能IO），1臺(tái)綜合采集器，1條USB線及附屬電源及連接線等。設(shè)備及輔材準(zhǔn)備好后，按如下方式進(jìn)行接線：

圖3 設(shè)備連接

2.4.2 創(chuàng)建用戶驅(qū)動(dòng)

圖4 新建YFIOs設(shè)備

如圖4所示，根據(jù)設(shè)備的類型，對(duì)應(yīng)的網(wǎng)關(guān)接口，新建綜合采集器和輸入輸出智能終端對(duì)應(yīng)的用戶設(shè)備。

設(shè)備創(chuàng)建后，對(duì)應(yīng)的設(shè)備變量也會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建。

2.4.3 設(shè)備及變量監(jiān)控

無需任何編程，只要把相關(guān)的驅(qū)動(dòng)和配置信息部署到網(wǎng)關(guān)，就可以直接監(jiān)控設(shè)備的通信狀態(tài)、IO輸入狀態(tài)和連接的傳感器數(shù)據(jù)。如果有IO繼電器輸出，也可以在IO監(jiān)控界面，直接修改對(duì)應(yīng)的值以改變繼電器的開閉狀態(tài)。

圖5 IO數(shù)據(jù)監(jiān)控

2.4.4 創(chuàng)建用戶策略

如果僅僅實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從端到云的傳輸，那么無需寫用戶策略。當(dāng)然對(duì)大部分的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用來說，還是需要一定的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行處理的。比如檢測(cè)到設(shè)備電機(jī)過熱，則要求網(wǎng)關(guān)立即停止電機(jī)運(yùn)行或者對(duì)外發(fā)出報(bào)警信號(hào)。這里我們寫一個(gè)最簡(jiǎn)單的用戶策略，就是當(dāng)一路開關(guān)量輸入為高電平的時(shí)候，讓一路繼電器閉合，低電平的時(shí)候則繼電器釋放。

開發(fā)用戶策略，可以采用微軟Visual Studio IDE開發(fā)工具進(jìn)行開發(fā)，我們也提供了對(duì)應(yīng)的模板程序，可以直接填入必要的業(yè)務(wù)代碼即可。如圖6所示，標(biāo)準(zhǔn)的用戶策略其實(shí)只需要實(shí)現(xiàn)3個(gè)接口函數(shù)即可：OnLoad、OnRun和OnUnload。

圖6 策略開發(fā)

OnLoad在用戶策略開始加載的時(shí)候執(zhí)行，只執(zhí)行一次。OnRun按設(shè)定的間隔，循環(huán)被YFIOs的驅(qū)動(dòng)引擎調(diào)用。OnUnload是策略被卸載前執(zhí)行一次。

圖6中在OnRun添加的代碼如下：

if(op.IOReadInt("QI44:I1")!=op.IOReadInt("QI44:Q1")) { op.Extern_IOWrite("QI44:Q1",op.IOReadInt("QI44:I1").ToString()); op.Print(MessageType.Debug,"I1="+op.IOReadInt("QI44:I1").ToString(),Name); }

以上代碼的意思是，從YFIOs實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中讀取QI44:I1通道值，如果和繼電器的輸出狀態(tài)不同，則繼電器的狀態(tài)和輸入通道保持一致。

用戶策略編寫完畢后，則可以用YFIOsManager工具進(jìn)行加載和調(diào)試了（如圖7和圖8所示）。

圖7 新建策略

圖8 策略調(diào)試

從圖8中我們可以看出，當(dāng)I1輸入狀態(tài)被改變的時(shí)候，繼電器的輸出狀態(tài)也被改變了，調(diào)試窗口中也輸出了對(duì)應(yīng)的調(diào)試信息。

2.4.5 添加QCPB云端通信策略

如果不和云端通信，也就不需要添加QCPB云端通信策略了，但是如果沒有這部分也稱之不上為物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目了，只是一個(gè)典型的小自動(dòng)化項(xiàng)目而已。

和添加用戶策略一樣，我們添加上QCPB云端通信策略，除了設(shè)置運(yùn)行間隔外，我們還需要設(shè)定相關(guān)的參數(shù)，如圖9所示。

圖9 添加云端通信策略

IP地址是指云端服務(wù)器端地址，端口號(hào)默認(rèn)為12000，項(xiàng)目ID是指云端創(chuàng)建對(duì)應(yīng)項(xiàng)目時(shí)的ID號(hào)（這個(gè)后文會(huì)有介紹）。由于QCPB協(xié)議支持變化上傳數(shù)據(jù)，所以針對(duì)浮點(diǎn)數(shù)，需要設(shè)置數(shù)據(jù)變化的閾值。

“IO配置”面板中有一個(gè)導(dǎo)出按鈕，可以單擊導(dǎo)出，保存后的XML文件在創(chuàng)建云端項(xiàng)目及云端組態(tài)畫面的時(shí)候會(huì)用到。

三、云端通信協(xié)議

3.1 MQTT通信協(xié)議

MQTT是Message Queuing Telemetry Transport的縮寫，中文意思是消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸，它是IBM開發(fā)的一個(gè)即時(shí)通訊協(xié)議，目前已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)主流的通信協(xié)議，微軟云、百度云、阿里云等都支持該通信協(xié)議。這意味著設(shè)備只要支持了該通信協(xié)議，就可以和當(dāng)前主流的云進(jìn)行云端通信。凌霄物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)也支持該協(xié)議，在一個(gè)消防相關(guān)的項(xiàng)目中，就是通過該協(xié)議把采集到的數(shù)據(jù)上傳到的微軟Azure IoT Hub中。

3.2 WebSocket通信協(xié)議

WebSocket協(xié)議是HTML5標(biāo)準(zhǔn)里，基于TCP的一種新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，2011年被IETF定為標(biāo)準(zhǔn)RFC 6455。它實(shí)現(xiàn)了瀏覽器與服務(wù)器全雙工(full-duplex)通信，服務(wù)器可隨時(shí)向客戶端發(fā)送信息，不僅通信數(shù)據(jù)量變小，同時(shí)也大大改善了網(wǎng)頁動(dòng)畫的實(shí)時(shí)性能。我們的YFHMI組態(tài)動(dòng)畫，就是基于WebSocket通信協(xié)議和服務(wù)器中間件YFCloud進(jìn)行通信的。

3.3 QCPB通信協(xié)議

這是我們自行開發(fā)的一個(gè)基于二進(jìn)制格式的云端通信協(xié)議，其優(yōu)點(diǎn)是通信數(shù)據(jù)量小，支持?jǐn)?shù)據(jù)變化上傳。除了支持?jǐn)?shù)據(jù)通信外，還支持設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程參數(shù)下載和遠(yuǎn)程升級(jí)等功能。支持TCP/IP以太網(wǎng)和GPRS雙鏈路自動(dòng)切換通信模式。本篇文章中所介紹的云端通信就是基于該協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的。

四、云服務(wù)YFCloud開發(fā)

云端YFCloud有三部分組成：Web后臺(tái)、Web前臺(tái)和YFIOs云端中間件。Web后臺(tái)和前臺(tái)采用ASP.NET進(jìn)行開發(fā)，YFIOs云端中間件也是采用.NET技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Windows服務(wù)程序。

4.1 云端項(xiàng)目構(gòu)建

首先登錄YFCloud物聯(lián)網(wǎng)中間件通用監(jiān)控平臺(tái)就可以開始創(chuàng)建云端項(xiàng)目了。YFCloud的構(gòu)建思想是，先有項(xiàng)目模板，然后再基于項(xiàng)目模板創(chuàng)建應(yīng)用。這樣的好處就是，基于一個(gè)項(xiàng)目模板可以創(chuàng)建若干應(yīng)用。

4.1.1 創(chuàng)建項(xiàng)目模板

圖10 創(chuàng)建項(xiàng)目模板

先添加一個(gè)項(xiàng)目模板，然后比較重要的一步就是導(dǎo)入【2.4.5】章節(jié)所導(dǎo)出的IO配置文件，從而構(gòu)建云端IO實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫（如圖11所示）。

圖11 云端IO列表

4.1.2 創(chuàng)建項(xiàng)目應(yīng)用

基于我們剛剛創(chuàng)建的“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)演示”模板創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目應(yīng)用。創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目應(yīng)用后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)項(xiàng)目ID號(hào)，把這個(gè)ID號(hào)填入【2.4.5】章節(jié)中所示的云端通信策略中的IO配置面板中，填入后部署到物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)即可。

4.2 YFIOs云端中間件

YFIOs云端中間件脫胎于嵌入式YFIOs，從圖12的架構(gòu)圖上就可以看出，嵌入式Y(jié)FIOs是一個(gè)“單機(jī)版”的數(shù)據(jù)組態(tài)平臺(tái)，而云端中間件YFIOs是一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)版”數(shù)據(jù)組態(tài)平臺(tái)。

圖12 YFIOs中間件架構(gòu)

YFIOs云端中間件集成了WebSocket服務(wù)器，Web動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁可以通過WebSocket協(xié)議和服務(wù)器進(jìn)行通信。

YFIOs云端中間件以項(xiàng)目為最小單位來進(jìn)行管理的，一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)一個(gè)項(xiàng)目模板，實(shí)際應(yīng)用通過項(xiàng)目ID進(jìn)行區(qū)分。

4.2.1 遠(yuǎn)程IO監(jiān)控

圖13 YFIOs云端中間件

在云端服務(wù)器上打開YFIOs云端中間件-客戶端程序，可以看到在“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)演示”項(xiàng)目模板下，我們看到“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)Demo”應(yīng)用的運(yùn)行標(biāo)志已經(jīng)變?yōu)榫G色，表示物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備已經(jīng)和云端連接成功。右側(cè)的顯示面板上可以看到從物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)上傳到云端的各種IO數(shù)據(jù)。在該界面上，也可以對(duì)繼電器變量進(jìn)行操作，寫入0或1，可以看到物聯(lián)網(wǎng)智能終端上對(duì)應(yīng)的繼電器閉合或開啟。

4.2.2 遠(yuǎn)程參數(shù)&遠(yuǎn)程升級(jí)

圖14 遠(yuǎn)程參數(shù)&遠(yuǎn)程升級(jí)

針對(duì)一個(gè)具體的項(xiàng)目，遠(yuǎn)程參數(shù)即可能云端策略需要，也可能同時(shí)遠(yuǎn)程設(shè)備上的策略需要，如果是這種情況，處理要復(fù)雜一些，相關(guān)參數(shù)需要保存到云端服務(wù)器，并且參數(shù)一旦修改，需要同時(shí)通知云端策略和遠(yuǎn)程設(shè)備上的策略。如果僅遠(yuǎn)程設(shè)備需要，那么簡(jiǎn)單期間，可以直接通過YFIOs云端中間件直接傳遞一個(gè)二進(jìn)制參數(shù)文件即可。

遠(yuǎn)程升級(jí)的實(shí)現(xiàn)要相對(duì)復(fù)雜，因?yàn)樯?jí)文件相對(duì)較大，并且傳輸通道有可能是GPRS窄帶傳輸，所以需要分段進(jìn)行傳輸。要確保整個(gè)的升級(jí)文件，完整可靠的傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)上，并且重啟重連成功后，才算真正的升級(jí)完畢。

由于基于同一個(gè)項(xiàng)目模板下的多個(gè)相關(guān)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)上的應(yīng)用往往是一樣的，所以只要設(shè)定一個(gè)升級(jí)文件就可以升級(jí)整個(gè)項(xiàng)目模板下的所有的項(xiàng)目應(yīng)用。但是這有一個(gè)前提，要升級(jí)的固件版本，要比設(shè)備上當(dāng)前運(yùn)行的版本高。

考慮到一些特殊情況的存在，YFIOs云端中間件也支持遠(yuǎn)程強(qiáng)制升級(jí)，不管當(dāng)前什么版本，不管以前運(yùn)行的什么應(yīng)用，都可以強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程升級(jí)的功能。

4.2.3 云端策略開發(fā)

YFIOs云端中間件的策略和YFIOs嵌入式的策略開發(fā)基本相同，也含有OnLoad、OnRun和OnUnload，差別就是云端中間的策略能力更強(qiáng)，可以充分利用Windows平臺(tái)本身的.NET Framework能力。

有些業(yè)務(wù)邏輯即可以放在設(shè)備端的策略里，也可以放到云端的策略里，比如一些當(dāng)日量和累積量的處理和換算。有些最好放到設(shè)備端，比如某些指標(biāo)超過閾值，需要立即關(guān)閉或開啟設(shè)備的。有些則放在云端更合理，比如需要把數(shù)據(jù)進(jìn)行永久存儲(chǔ)的。

云端策略分三種類型：核心策略、公共策略和用戶策略。核心策略，YFIOs云端中間件每個(gè)項(xiàng)目都會(huì)執(zhí)行，公共策略是多個(gè)項(xiàng)目可選擇性的執(zhí)行，用戶策略則是用戶項(xiàng)目模板下的項(xiàng)目才會(huì)執(zhí)行。其上三種策略從代碼結(jié)構(gòu)上沒有什么區(qū)別，以所在的目錄決定其策略類型。

圖15 策略管理

五、云畫面YFHMI組態(tài)開發(fā)

YFHMI畫面組態(tài)最早支持WinCE平臺(tái)，后來在WinCE平臺(tái)軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)出了基于.NET Micro Framework平臺(tái)的版本。.NET Micro Framework一般運(yùn)行在相對(duì)資源較小的物聯(lián)網(wǎng)芯片（Cortex-M系列）上，所以YFHMI在性能和體積上做了進(jìn)一步的優(yōu)化。考慮到Html5+WebSocket是未來WEB前端的主流，在YFHMI支持Windows版本后，又直接推出了Html5的組態(tài)版本。

5.1 Web組態(tài)畫面構(gòu)建

5.1.1 創(chuàng)建組態(tài)畫面

在創(chuàng)建基本組態(tài)畫面的同時(shí)，我們還是需要導(dǎo)入在【2.4.5】章節(jié)所導(dǎo)出的IO配置文件，以便于動(dòng)畫綁定對(duì)應(yīng)的IO變量（如圖16所示）。

圖16 YFHMI圖元?jiǎng)?chuàng)建 & IO導(dǎo)入

我們構(gòu)建的組態(tài)畫面比較簡(jiǎn)單，兩個(gè)指示燈分別對(duì)應(yīng)智能終端的I1、I2，一個(gè)切換開關(guān)對(duì)應(yīng)Q2,四個(gè)文本框分別對(duì)應(yīng)T1、T2、T3和H。IO變量導(dǎo)入后，相關(guān)的圖元分別綁定上對(duì)應(yīng)的變量。
5.1.2 導(dǎo)出Html5文件

圖17 Html5網(wǎng)頁導(dǎo)出

導(dǎo)出的bg.png、Monitor.html、PublishIO.xml和YFWebSocket.js四個(gè)文件需要上傳到云端對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目模板目錄下。導(dǎo)出的PublishIO.xml文件需要導(dǎo)入云端IO列表，以設(shè)定對(duì)應(yīng)的發(fā)布IO。

5.2 Web畫面呈現(xiàn)及操控

圖18 動(dòng)畫監(jiān)控

在Web網(wǎng)頁上我們打開動(dòng)畫監(jiān)控頁，可以看到這個(gè)內(nèi)容是和我們?cè)赮FHMI中創(chuàng)建的組態(tài)畫面是一致的，并且其顯示的數(shù)據(jù)也和真實(shí)設(shè)備的值一樣（和YFIOs云端中間件的IO實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)保持一致）。這個(gè)時(shí)候如果我們用鼠標(biāo)操作開關(guān)按鈕，可以看到物聯(lián)網(wǎng)智能終端的繼電器吸合或釋放。

六、應(yīng)用案例

綜上，我們可以看出無需太多專業(yè)技能，無需太多時(shí)間，就可以從端到云構(gòu)建一套相對(duì)實(shí)用，且有一定復(fù)雜度的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方案。下面我們將介紹的案例，就是我們這兩三年來在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的項(xiàng)目，是真正得到實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)的項(xiàng)目。

6.1 遠(yuǎn)程污水監(jiān)測(cè)/監(jiān)控系統(tǒng)

圖19 恭城遠(yuǎn)程污水監(jiān)測(cè)界面

圖20 龍灘遠(yuǎn)程污水監(jiān)控界面

圖21 硬件控制柜

廣西龍灘和恭城的污水監(jiān)控和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分別在2014和2015年開始著手實(shí)施，最初龍灘項(xiàng)目沒有遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面，僅包含現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，在恭城遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面實(shí)現(xiàn)后，才又增添了遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。目前該項(xiàng)目已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行了兩年以上。

6.2 遠(yuǎn)程垃圾處理系統(tǒng)

廣西龍灘垃圾處理系統(tǒng)在2015年開始研發(fā)實(shí)施，和污水監(jiān)控系統(tǒng)不同的是，除了包含現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制、遠(yuǎn)程云端監(jiān)控外，現(xiàn)場(chǎng)還有顯示器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。所以YFHMI構(gòu)建的組態(tài)，不僅支持HTML 5網(wǎng)頁組態(tài)畫面，還支持嵌入式組態(tài)畫面。

圖22 龍灘遠(yuǎn)程垃圾監(jiān)控系統(tǒng)

6.3 物聯(lián)網(wǎng)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)是我們?cè)?015年底和新希望六合還有微軟共同合作研發(fā)的一套養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)。目前已經(jīng)在山東濟(jì)南、濰坊、河南新鄉(xiāng)、武陟，河北香河等地進(jìn)行了安裝實(shí)施。

本系統(tǒng)和上面介紹的污水處理和垃圾處理系統(tǒng)有些不同，上述兩個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)，核心就是物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)連接若干不同功能的智能終端和智能電表，通信也是僅采用3G/4G方式和遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行通信。物聯(lián)網(wǎng)養(yǎng)殖系統(tǒng)除了包含上述的功能外，還專門為其研制了九合一的綜合采集器，此外還能連接智能電表、智能水表，環(huán)控器等等智能設(shè)備。為了保證通信的可靠性，還支持GPRS/因特網(wǎng)雙網(wǎng)自動(dòng)切換功能。在遠(yuǎn)程監(jiān)控端，除了具備網(wǎng)頁監(jiān)控，微信監(jiān)控外，還提供手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。

圖23 養(yǎng)殖監(jiān)控-實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)