IIoT Edge-Entwicklung mit Modbus: Sicheren Sensordatenfluss auf Raspberry Pi aufbauen

Adaptiert aus Industrial Internet Application Development, von Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli.

Kapitel 3. IIoT Edge-Entwicklung (Fortsetzung)

Industrielle M2M Protokolle – Modbus

In diesem Abschnitt bauen wir eine kompakte IoT-Applikation, die Sensordaten von einem Raspberry Pi Hub an ein Empfängergerät (PC oder Cloud) mittels Modbus TCP, der Applikationsschicht-Variante von Modbus, sendet.

Modbus ist ideal für Geräte mit begrenzter Hardware: es ist einfach, Open Source und weit unterstützt. Unten eine knappe Spezifikationsübersicht zur Entscheidungsfindung:

Mit * markierte Werte variieren je nach Implementierung.

Bausteine

• Benötigte Software:
  • Node.js 6+ (Download)
  • PostgreSQL (Download)
  • Cloud Foundry CLI (Download)
  • Request npm Paket (npm)
  • Modbus npm Paket (npm)
  • Docker (Installationsanleitung)
• Benötigte Hardware:
  • Raspberry Pi 3 Model B
  • 2 A/5 V Netzteil
  • 8 GB+ microSD Karte mit Adapter
  • Ethernet-Kabel für kabelgebundenes Netzwerk

SD-Karte vorbereiten

1. Laden Sie das neueste Raspbian Lite Image von Raspberry Pi Downloads herunter.
2. Stecken Sie die SD-Karte in einen Computer und flashen Sie das Image mit Etcher (balena.io/etcher).
3. Aktivieren Sie SSH, indem Sie eine leere Datei namens ssh in der Boot-Partition erstellen:
   

   cd /Volumes/boot
   touch ssh

4. Für Wi-Fi erstellen Sie network.conf mit:

network={ ssid="YOUR_SSID" psk="YOUR_WIFI_PASSWORD" }

Nutzen Sie nano zum Editieren in der Linux-Konsole.

5. Projektverzeichnis erstellen: /home/pi/hub.
6. In /home/pi/hub/package.json einfügen:

{ "name": "hub", "version": "1.0.0", "description": "", "main": "index.js", "scripts": { "start": "node index.js", "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1" }, "author": "", "license": "ISC", "dependencies": { "modbus": "0.0.16", "request": "^2.81.0" } }

7. In /home/pi/hub/index.js Modbus Client implementieren, um Daten an Ihren Server zu senden. Platzhalter mit echten Adressen ersetzen:
   

   const modbus = require('modbus'); const request = require('request'); // Beispiel: Sensor Register lesen und an Remote Server POSTEN // (eigentliche Logik hier einfügen) 

8. /home/pi/hub/Dockerfile erstellen:
   

   FROM hypriot/rpi-node:boron-onbuild
   RUN apt-get update && apt-get install -y libmodbus5

9. Sensor Projektverzeichnis erstellen: /home/pi/sensor.

10. In /home/pi/sensor/package.json einfügen:
    

    { "name": "sensor", "version": "1.0.0", "description": "", "main": "index.js", "scripts": { "start": "node index.js", "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1" }, "author": "", "license": "ISC", "dependencies": { "modbus": "0.0.16" } }

11. In /home/pi/sensor/index.js Sensor Simulator und Modbus TCP Client implementieren. REMOTE-HUB-ADDRESS.com durch Hub IP oder Hostname ersetzen:
    

    const modbus = require('modbus'); // Beispiel: Sensorwert simulieren und via Modbus schreiben // (eigentliche Logik hier einfügen) 

12. /home/pi/sensor/Dockerfile erstellen:
    

    FROM hypriot/rpi-node:boron-onbuild
    RUN apt-get update && apt-get install -y libmodbus5

Lösung deployen

Docker Images bauen, in Registry pushen und Container auf dem Raspberry Pi starten. Sicherstellen, dass Hub- und Sensor-Container über das lokale Netzwerk kommunizieren. Nach Deployment publiziert der Sensor Simulator Daten via Modbus TCP an den Hub, der sie an Ihren Cloud-Endpunkt weiterleitet.

Mit dieser Anleitung haben Sie einen robusten, low-overhead IIoT Edge Stack, der die Kraft von Modbus in realen Industrieszenarien demonstriert.