智能边缘网关

背景介绍

调研发现，数字经济为工业物联网、智能交通以及智慧医疗等场景提出了新的解决方案。工程师利用传感器+边缘网关+云服务器的系统架构，通过大数据及人工智能算法进行辅助决策，最终为工业设备赋能，提高加工生产效率。近年来，数字经济与实体经济的结合程度逐渐升高，本文章通过拉伸机展示了数字化在科研设备的应用实例。

本项目旨在以“工业 4.0”理念为核心，为实现对辊弯成形制件质量的稳健控制，在精密电子万能材料试验机基础上，增加高温试验等装置；以及高精度扭矩传感器以及辊弯成形工艺设计软件，实现对不同温度、反复拉伸加载路径下超高强钢各向异性变形行为的精确描述，为实现辊弯成形制造智能化奠定坚实基础。

图1 智能网关在科研仪器上的应用.

系统结构

安装系统

智能网关一般安装有Linux系统，能够进行数据的接收、边缘计算及上传等。本节主要介绍如何给网关安装Linux系统，相信很多理工科学生都会给笔记本进行重装系统，对于网关来说，步骤也较为类似，具体如下：

• 1. 利用Win32 Disk Imager 实现U盘刻录ISO：采用了Debian系统；

图2 制作U盘启动项.

• 2. 将系统刷入emmc：我们在串口工具中输入 armbian-config 指令，打开系统配置界面，具体如图3所示：

图3 系统配置过程：将Debian系统刷入emmc.

监听串口数据

我们在智能网关中搭建node-red开发环境，通过MQTT节点将底层数据转发到物联网平台。附：node-red不仅能够稳定可靠的接收底层硬件发送的数据，还极大的简化了物联网项目的开发难度，大大的加快项目进度，其中，node-red开发框架如下图所示：

图4 node-red的应用实例：监听串口数据并通过mqtt上传物联网平台

附件

串口监听程序所用的语言框架有多种选择方案，例如：1、采用python pyserial模块监听智能网关的端口，将嵌入式硬件发送的serial 数据提取出来；2. 采用golang语言编写程序代码，实现数据提取及转存；其中，python 提取串口数据所用的程序代码如下所示：

sudo apt-get install python3
sudo apt-get install python3-pip
sudo pip3 install --upgrade pip

pip install pyserial

sudo apt install -y setserial
sudo setserial -g /dev/ttyS*

dmesg | grep ttyS0

import serial #导入模块
try:
  portx="/dev/ttyS0"
  #波特率，标准值之一：50,75,110,134,150,200,300,600,1200,1800,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200
  bps=115200
  #超时设置,None：永远等待操作，0为立即返回请求结果，其他值为等待超时时间(单位为秒）
  timex=5
  # 打开串口，并得到串口对象
  ser=serial.Serial(portx,bps,timeout=timex)

  # 写数据
  # 如果使用中文必需使用gbk编码，利用gbk编码将汉字转化为正常的ASCII码，然后发送出去
  result=ser.write("All is ready. 一切都准备好了。".encode("gbk")) 
  print("写总字节数:",result)

  ser.close()#关闭串口

except Exception as e:
    print("---异常---：",e)