物联网之设备数据上报（二）

上回介绍了使用 Modbus 协议采集蒸汽锅炉数据，本次将采集到的数据通过 MQTT 协议上报到服务器。

配置 MQTT 网关

端口参数

按照设备通讯协议说明配置串口参数。

边缘网关配置

MQTT 网关配置

连接到 MQTT 服务器，配置上报 Topic。

Topic 格式：device/{deviceType}/{deviceName}

设备类型	Topic 示例
蒸汽锅炉	device/steam_boiler/1号锅炉
热水锅炉	device/hot_water_boiler/1号锅炉

MQTT 消息格式

数据结构

{
  "params": {
    "dir": "up",
    "id": "02102825090400039862",
    "MAC": "D4AD20D579E6",
    "r_data": [
      { "name": "flue_temp", "value": "10", "err": "0" },
      { "name": "boiler_press", "value": "123.45", "err": "0" },
      { "name": "pump_run_coil", "value": "0", "err": "0" },
      { "name": "fire_coil_1", "value": "1", "err": "0" },
      { "name": "fire_coil_2", "value": "0", "err": "0" },
      { "name": "water_level", "value": "2", "err": "0" },
      { "name": "press_state", "value": "2", "err": "0" },
      { "name": "fault_reg", "value": "512", "err": "0" }
    ]
  }
}

字段说明

字段	来源	说明
dir	固定值	方向标识，up=上行
id	设备配置	设备唯一标识（deviceId）
MAC	设备配置	设备 MAC 地址
r_data	采集数据	采集点数组
name	点表配置	采集点名称
value	采集值	实际采集的数值
err	采集状态	0=正常，非0=异常

故障值解析

位运算原理

故障寄存器是一个 16 位整数，每一位代表一种故障状态（1=有效，0=无效）。

故障位定义

位	十进制值	故障类型	是否故障
bit0	1	定时时间到关机	否（正常模式）
bit8	256	燃烧机故障	是
bit9	512	烟温传感器故障	是
bit10	1024	烟道超温故障	是
bit11	2048	炉水水位极低	是
bit12	4096	蒸汽压力极高	是
bit14	16384	炉水水位极高	是

多故障解析示例

故障值：2817

2817 的二进制：0000101100000001

解析过程：
2817 - 2048 (bit11) = 769
769  - 512  (bit9)  = 257
257  - 256  (bit8)  = 1
1    - 1    (bit0)  = 0

结果：2817 = 2048 + 512 + 256 + 1

对应故障列表：

位	值	故障
bit0	1	定时时间到关机（正常模式）
bit8	256	燃烧机故障
bit9	512	烟温传感器故障
bit11	2048	炉水水位极低

代码实现

interface FaultBit {
  bit: number;
  value: number;
  code: string;
  name: string;
  isFault: boolean;
}

const FAULT_BITS: FaultBit[] = [
  { bit: 0, value: 1, code: 'TIMER_SHUTDOWN', name: '定时时间到关机', isFault: false },
  { bit: 8, value: 256, code: 'BURNER_FAULT', name: '燃烧机故障', isFault: true },
  { bit: 9, value: 512, code: 'EXHAUST_TEMP_SENSOR_FAULT', name: '烟温传感器故障', isFault: true },
  { bit: 10, value: 1024, code: 'EXHAUST_OVER_TEMP', name: '烟道超温故障', isFault: true },
  { bit: 11, value: 2048, code: 'WATER_LEVEL_EXTREMELY_LOW', name: '炉水水位极低', isFault: true },
  { bit: 12, value: 4096, code: 'STEAM_PRESSURE_EXTREMELY_HIGH', name: '蒸汽压力极高', isFault: true },
  { bit: 14, value: 16384, code: 'WATER_LEVEL_EXTREMELY_HIGH', name: '炉水水位极高', isFault: true },
];

function extractFaults(faultReg: number): FaultBit[] {
  const faults: FaultBit[] = [];
  
  for (const fault of FAULT_BITS) {
    if ((faultReg & fault.value) !== 0) {
      faults.push(fault);
    }
  }
  
  return faults;
}

// 使用示例
const faults = extractFaults(2817);
console.log(faults);
// 输出：[bit0, bit8, bit9, bit11]

MQTT 服务器验证

使用 MQTT 客户端工具订阅 Topic，验证数据上报是否正常。

Topic 设计规范

格式定义

device/{deviceType}/{deviceName}

部分	说明	示例
device	固定前缀	device
deviceType	设备类型标识	steam_boiler
deviceName	设备名称（用户定义）	1号锅炉

订阅规则

Topic	说明
device/+/+	订阅所有设备
device/steam_boiler/+	订阅所有蒸汽锅炉
device/hot_water_boiler/+	订阅所有热水锅炉
device/steam_boiler/1号锅炉	订阅指定设备

小结

本文介绍了：

1. MQTT 网关配置方法
2. 数据上报的 JSON 格式
3. 故障位的解析算法
4. Topic 设计规范

下一篇文章将介绍如何存储这些数据并进行大屏展示。