Qt/C++编写的物联网组件代码使用说明/modbus采集/rtu/tcp/udp/mqtt

2、代码使用

2.0 基本步骤

  1. 第一步，将core_iot目录拷贝到你的项目的上一级目录。
  2. 第二步，打开项目的pro文件，引入物联网组件，include ($$PWD/../core_iot/core_iot.pri)。
  3. 第三步，在代码文件引入对应头文件，#include "iothelper.h" #include "iotbase.h" #include "iotmodbusbase.h"，使用代码。

2.1 modbus

  • 不同协议的端口通过传入不同的端口类型字符串区分。
  • 串口采集需要设置串口号和波特率，网络采集需要设置主机地址和端口。
  • 各种参数都有默认值，不设置就按照默认值处理。
  • 协议类型中的Web是指websocket，也就是走websocket通信。
  • 无论是串口采集还是网络采集，数据处理部分完全一致。采集到的数据都是按照统一的格式信号发出来。
  • 数据顺序格式在下面的文档中使用说明部分有具体说明。

2.1.1 串口采集

//实例化串口采集类
IotBase *iotBase = IotHelper::newIotBase("Modbus_Rtu_Com");
//设置串口号和波特率
iotBase->setComName("COM1");
iotBase->setBaudRate(9600);
//指定采集的设备地址集合
QList<quint8> addrs;
addrs << 1 << 2 << 3;
//指定采集的寄存器起始地址
QList<int> indexs;
indexs << 0 << 0 << 0;
//指定采集的寄存器数量个数
QList<int> numbers;
numbers << 4 << 4 << 4;
//指定采集的数据顺序格式
QList<DataFormat> formats;
formats << Short_BA << Short_BA << Long_DCBA;
//设置采集的参数集合
iotBase->setInfo(addrs, indexs, numbers, formats);
//启动采集
iotBase->start();

2.1.2 网络采集

//实例化串口采集类
IotBase *iotBase = IotHelper::newIotBase("Modbus_Tcp");
//设置串口号和波特率
iotBase->setHostName("127.0.0.1");
iotBase->setHostPort(502);
//指定采集的设备地址集合
QList<quint8> addrs;
addrs << 1 << 2 << 3;
//指定采集的寄存器起始地址
QList<int> indexs;
indexs << 0 << 0 << 0;
//指定采集的寄存器数量个数
QList<int> numbers;
numbers << 4 << 4 << 4;
//指定采集的数据顺序格式
QList<DataFormat> formats;
formats << Short_BA << Short_BA << Long_DCBA;
//设置采集的参数集合
iotBase->setInfo(addrs, indexs, numbers, formats);
//启动采集
iotBase->start();

2.1.3 线程运行

//取消原来的启动
//iotBase->start();
//默认不是单独的线程运行/如果需要多线程运行/需要手动指定线程
QThread *iotThread = new QThread;
//关联信号槽/线程启动自动开始采集/线程结束自动销毁采集类
connect(iotThread, SIGNAL(started()), iotBase, SLOT(start()));
connect(iotThread, SIGNAL(finished()), iotBase, SLOT(deleteLater()));
//将采集类移动到线程执行
iotBase->moveToThread(iotThread);
//启动采集线程
iotThread->start();

2.1.4 数据处理

//关联采集数据信号
connect(iotBase, SIGNAL(receiveValue(QString, quint8, QList<float>)), this, SLOT(receiveValue(QString, quint8, QList<float>)));

//采集了几个寄存器/这里的数据就有几个
//为了兼容可能的数据格式/统一采用浮点数据作为参数的数据类型
void frmIotServer::receiveValue(const QString &portName, quint8 addr, const QList<float> &values)
{

}

2.2 mqtt

//实例化mqtt采集类
IotMqttBase *mqttBase = new IotMqttBase(this);
//取出mqtt通信对象
QMqttClient *mqttClient = mqttBase->getMqttClient();
//关联收到数据信号
connect(mqttClient, SIGNAL(messageReceived(QByteArray, QMqttTopicName)), this, SLOT(messageReceived(QByteArray, QMqttTopicName)));
//设置通信参数/主机地址和端口参数必须设置
mqttClient->setHostname("broker.emqx.io");
mqttClient->setPort(1883);
//还有其他一堆参数根据情况按需设置
.....
//连接到服务器
mqttBase->connectToHost();
//从服务器断开
mqttBase->disconnectFromHost();

//发布主题
mqttClient->publish("qtmqtt/topic", "hello");
//订阅主题
mqttClient->subscribe("qtmqtt/topic");

3、使用说明

  1. 设备模拟中如果设备地址填0则表示应答数据的地址取收到的地址，意味着永远不判断地址是否正确。
  2. 设备采集会自动过滤掉离线的设备加快采集速度，并在60s间隔重新轮询一次所有设备，以便重新读取上线的设备，可以手动单击重新读取按钮用来立即执行采集所有设备。
  3. 无论是modbus还是mqtt，都只是一个协议规范，根据该规范传输数据，至于对应数据位表示何种含义，比如是温度值还是湿度值，则由具体的厂家硬件决定，需要参考对应的厂家说明。
  4. 既然是个数据规范，那就无所谓是走串口还是网络或者websocket，理论上都可以，只是拿到数据后数据解析规则一样。
  5. modbus slave模拟仿真工具使用说明 https://zhuanlan.zhihu.com/p/529828725 。

3.1 设备采集-Server

3.1.0 数据格式

  • 和其他的modbus采集工具一样，本组件也支持各种数据格式，其实就是高字节低字节的顺序。
  • 一般是2字节表示一个数据，后面又有4字节表示一个数据，目前好像还有8字节表示一个数据的设备。
  • 不同厂家的设备对应的字节顺序可能不同，要求可以自定义顺序，以便满足各种设备的接入。
  • 4字节的数据可以是长整型，也可能是浮点数，按照标准规则计算出浮点值。面对浮点数的采集，很多国内的厂商的做法是以长整型数据发出，再除以一个值比如1000进行换算，因为下位机往往是单片机，单片机对浮点数运算很鸡肋很吃力。
  • 最终的数据解析还要区分有符号和无符号，一般都是有符号，因为可以表示负数，比如温度就有负数。目前本组件都是按照有符号进行运算，后面有场景需要可以增加无符号的支持。
  • 如果发现数据解析不对，可以调整对应的顺序试试。
  • Short_AB，短整型数据，总共2字节，正序，高字节在前，低字节在后。
  • Short_BA，短整型数据，总共2字节，反序，低字节在前，高字节在后。
  • Long_ABCD，长整型数据，总共4字节，大端模式正序。
  • Long_DCBA，长整型数据，总共4字节，小端模式正序。
  • Long_BADC，长整型数据，总共4字节，大端模式反序。
  • Long_CDAB，长整型数据，总共4字节，小端模式反序。
  • Float_ABCD，浮点型数据，总共4字节，大端模式正序。
  • Float_DCBA，浮点型数据，总共4字节，小端模式正序。
  • Float_BADC，浮点型数据，总共4字节，大端模式反序。
  • Float_CDAB，浮点型数据，总共4字节，小端模式反序。





3.1.1 数据采集

  1. 第一步，协议类型选择，本组件支持多种协议类型，如果选择的com，则需要填写串口号和波特率，选择的网络比如TCP，需要填写主机和端口号。
  2. 第二步，选择轮询间隔，默认1s轮询一次。
  3. 第三步，选择超时次数，默认3次，表示轮询3次还没有收到数据就离线。
  4. 第四步，添加要采集的设备地址，起始地址和采集数量。默认会有三个地址，可以直接在表格中修改后再单击保存。
  • 单击添加按钮，会生成一个默认值的新行，直接修改值，单击保存。
  • 单击删除按钮，会将当前选中的行删除，删除后自动保存。
  • 单击保存按钮，将表格中的所有数据保存到配置文件。
  • 单击清空按钮，将表格中的所有数据清空，自动保存。
  • 第一列填设备地址，1个字节，范围值1-247，切记这里是从1开始的。在RTU协议中对应在第一个字节，在TCP协议中对应在第六个字节。
  • 第二列填寄存器开始地址，2个字节，范围值0-65535，切记这里是从0开始的，0表示第一个寄存器。
  • 第三列填采集的数量，2个字节，和开始地址组合使用，开始地址+数量<=65535。
  • 如果开始地址填0，采集数量填2，则表示采集寄存器1、寄存器2共2个寄存器的数据。
  • 如果开始地址填7，采集数量填4，则表示采集寄存器8、寄存器9、寄存器10、寄存器11共4个寄存器的数据。
  • 第四列填数据顺序格式，见上面数据格式说明。一般填Short_BA、Long_DCBA。
  1. 单击启动服务按钮，会自动启动采集线程，如果采集设备存在则会显示对应采集到的数据。
  2. 单击重新读取按钮，会立即复位设备离线状态，全部设备重新采集。为什么需要这个？因为一般在modbus采集过程中，都是按照轮询的方式采集的，但是实际场景中有些设备坏了或者根本没有，那每次都占用一次轮询时间是不是很浪费呢？这就需要自动跳过离线的设备，加快轮询速度。但是可能后面设备又接上去了，这个时候要么等待重连时间到了去采集，要么单击这个重新读取按钮立即触发。联调过程中往往喜欢单击这个按钮去立即触发一次，因为重连时间可能会比较大，傻傻的等待也不是个事。
  3. 单击清空数据按钮，会清空左侧显示的数据，双击左侧的显示栏也会自动清空。
  4. 所有收发的数据也会打印显示在左侧，方便查阅分析问题，也可以看到采集到的最终的值。

3.1.2 数据写入

  1. 第一步，生成寄存器复选框、寄存器地址框、寄存器数值框，数量下拉框选择要生成的数量，自动一键生成。复选框的作用是用于单个写入数据，勾选了则表示该寄存器需要写入数据。寄存器地址可以更改，默认按照0-64依次递增。
  2. 第二步，填写好设备地址，从1开始，也就是对哪个设备写入数据。
  3. 第三步，单击写入数据/单个写入按钮，对勾选的寄存器地址写入对应微调框的值。会依次发送勾选了所在行的值。
  4. 第四步，如果需要连续写入，还需要设置开始地址和写入数量，再单击连续写入按钮。比如要连续写入数据 01 10 07 d4 00 02 04 00 00 03 e8 d9 8e ，设备地址填1，开始地址填2004（07 d4=2004），写入数量填2（00 02），上面寄存器面板中随便找个行，填寄存器地址2004（程序会自动找到要写入的起始寄存器地址所在行），右侧填数据0，下面这个寄存器数值填1000，00 00 03 e8 表示两个寄存器的数据，分别数寄存器2004=0,，2005=1000。由于是连续写入，所以只需要填第一个起始寄存器的地址即可，后面的只需要填数据。
  5. 单个写入对应功能码0x06，连续写入对应功能码0x10。
  6. 写入动作和写入成功在左侧都有打印显示，一般是深绿色颜色显示，关键字写寄存器。
  7. 寄存器地址默认最大到64，可更改，比如要写入数据 01 06 07 D1 00 00 D8 87，则勾选一个复选框，然后在后面填地址2001（07 D1=寄存器地址2001），后面填数据0，单击单个写入按钮即可。
  8. 所有的勾选状态和寄存器地址和数值，都会自动保存到配置文件，下次打开自动读取并应用。

3.2 设备模拟-Com

  1. 第一步，填写要模拟的设备地址，0表示自动处理，也就是收到什么地址就应答什么地址。
  2. 第二步，填写对应的串口号和波特率。
  3. 第三步，单击打开串口，成功后会变成关闭串口字样。
  4. 单击清空数据会将左侧打印栏的信息清空。
  5. 右侧一堆微调框用于模拟对应设备多个寄存器地址的值，默认是8个寄存器，微调框可以输入负数值。
  6. 单击随机按钮，用于随机生成该范围值的数据，方便测试验证数据。

3.3 设备模拟-Tcp

  1. 第一步，填写要模拟的设备地址，0表示自动处理，也就是收到什么地址就应答什么地址。
  2. 第二步，填写监听的端口号，这里没有指定网卡，默认绑定所有网卡。无论连接哪个网卡的端口都能连通。
  3. 第三步，选择数据模式，可选Rtu模式和Net模式。
  4. 第四步，单击开始监听，监听成功会变成关闭监听字样。
  5. 单击清空数据会将左侧打印栏的信息清空。
  6. 右侧一堆微调框用于模拟对应设备多个寄存器地址的值，默认是8个寄存器，微调框可以输入负数值。
  7. 单击随机按钮，用于随机生成该范围值的数据，方便测试验证数据。

3.4 设备模拟-Udp

  1. 第一步，填写要模拟的设备地址，0表示自动处理，也就是收到什么地址就应答什么地址。
  2. 第二步，填写监听的端口号，这里没有指定网卡，默认绑定所有网卡。无论连接哪个网卡的端口都能连通。
  3. 第三步，选择数据模式，可选Rtu模式和Net模式。
  4. 第四步，单击开始监听，监听成功会变成关闭监听字样。
  5. 单击清空数据会将左侧打印栏的信息清空。
  6. 右侧一堆微调框用于模拟对应设备多个寄存器地址的值，默认是8个寄存器，微调框可以输入负数值。
  7. 单击随机按钮，用于随机生成该范围值的数据，方便测试验证数据。

3.5 设备模拟-Web

  1. 第一步，填写要模拟的设备地址，0表示自动处理，也就是收到什么地址就应答什么地址。
  2. 第二步，填写监听的端口号，这里没有指定网卡，默认绑定所有网卡。无论连接哪个网卡的端口都能连通。
  3. 第三步，选择数据模式，可选Rtu模式和Net模式。
  4. 第四步，单击开始监听，监听成功会变成关闭监听字样。
  5. 单击清空数据会将左侧打印栏的信息清空。
  6. 右侧一堆微调框用于模拟对应设备多个寄存器地址的值，默认是8个寄存器，微调框可以输入负数值。
  7. 单击随机按钮，用于随机生成该范围值的数据，方便测试验证数据。

3.6 发布订阅-Mqtt

  1. 第一步，选择协议前缀，可选mqtt://、mqtts://、ws://、wss://四种，带s结尾的是走ssl通信，ws表示走websocket通信。一般选默认的mqtt://就好。
  2. 第二步，填写服务所在主机地址，可以是IP地址也可以是网址，只要真实存在的就行。
  3. 第三步，填写通信所用端口号，mqtt默认端口号是1883，以实际真实端口号为准。
  4. 第四步，填写资源路径，这个要websocket通信才需要填写。
  5. 第五步，选择协议版本，这个要和实际的一致，比如服务器不支持5.0，而这里选择的5.0则会失败。一般服务器都会支持所有协议，因为在通信过程中会告知当前用哪个协议。
  6. 第六步，填写客户端唯一编号，这个可选，如果服务器要求一定要填写则填写，不然通信会失败。
  7. 第七步，单击启动服务按钮，连接成功后会变成断开服务按钮。
  8. 第八步，发布主题，先要在主题文本框中输入主题字符串，再单击发布主题按钮。
  9. 第九步，订阅主题，先要在主题文本框中输入主题字符串，再单击订阅主题按钮。
  10. 既可以发布主题，也可以订阅主题，还可以取消订阅的主题。
  11. 有些场景只需要发布主题，比如下位机采集到的数据，则只需要发布主题带上数据内容即可。
  12. 有些场景只需要订阅主题，比如上位机通过订阅主题获取到最新的数据，订阅对应主题后，有新的主题数据发布，就会立即更新通知订阅过的客户端。
  13. 发布的主题和订阅的主题，标识可以相同也可以不同，同一个标识的才会触发通知机制，一旦发布主题就会触发通知订阅过该主题的客户端。
  14. 切换到高级参数选项卡，有一堆高级参数可以设置，比如用户验证，这样可以防止非法用户访问。一般合法的用户信息需要在mqtt服务的后台设置，相当于权限控制。

4、功能特点

  1. 支持多种物联网通信协议，包括modbus和mqtt。
  2. 协议方式支持串口com通信、网络tcp通信、网络udp通信、网络websocket通信。
  3. 数据规则支持rtu模式和网络模式，网络rtu模式也就是modbus rtu over tcp/udp/websocket。相当于modbus串口协议数据走网络方式通信。
  4. 支持批量连续写入寄存器数值和单个写入寄存器数值。
  5. 支持数据顺序格式的设置，比如大端小端，高字节在前低字节在前的设置。支持Short_AB、Short_BA、Long_ABCD、Long_CDAB、Long_BADC、Long_DCBA、Float_ABCD、Float_CDAB、Float_BADC、Float_DCBA等。
  6. 支持数据位字节数设置，比如短整型、长整型、浮点型等。常规的一般是2字节表示一个数据位，也有设备是4字节表示一个数据位，还有4字节浮点数的形式。后期可能还有8字节一个数据位。
  7. 支持mqtt协议，可设置主机地址和端口、协议版本、唯一标号、用户名称、用户密码。
  8. 支持mqtt发布主题、订阅主题、取消订阅。
  9. 定时自动发布主题，可设置保活时间、超时时间、过期时间。mqtt通信自动重连。
  10. mqtt模拟数据收发支持多种格式，文本、json、base64、hex等。
  11. mqtt同时支持websocket方式，还支持ssl方式通信。
  12. 支持多种采集通讯方式，包括串口和网络等，可自由拓展其他方式。可同时采集多路。
  13. 自定义采集间隔（精确到毫秒）和超时次数，超时后自动将离线的文件从轮询队列中移除，加快轮询速度。
  14. 可设置最大超时重连间隔，将离线的设备重新探测一次，保证设备恢复正常后能够重新加入轮询队列。
  15. 同时提供了设备模拟工具，支持各种协议，支持设定多个设备的数据值。
  16. 模拟工具可随机切换模拟数据值，要正常随机数据就模拟生成正常范围的数据，要报警数据就模拟生成报警范围的数据。方便测试。
  17. 多线程采集和解析数据，以信号的方式发送解析结果，不卡主线程。
  18. 架构采用基类继承方式，通用处理在基类，极易拓展其他通信方式。
  19. 接口友好，使用非常简单，设置要采集的地址集合、开始索引集合、采集数量集合、数据顺序格式四个参数即可。会自动组装对应协议的数据发送。
  20. 采集后的数据以统一格式的信号发出来，非常简单易用。支持浮点型数据。
  21. 采集指令有优先级，如果有自定义的数据需要优先执行。可以将优先级高的指令调用append方法插入即可。可批量采集也可单个采集。
  22. 支持利用现有的通信链路发送自定义数据，这个数据可以不是标准的modbus协议，比如有时候需要一些私有协议数据，利用现有链路发送下去执行。
  23. 多线程高并发，每个端口采集都是一个独立的线程，互不干扰，支持成千上万个设备采集。
  24. 代码做了兼容，支持各种编译器，同时支持Qt4、Qt5、Qt6。
  25. 跨平台，支持windows、linux、mac、嵌入式linux、android、各种国产系统和开发板等。
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