Transferencia de datos del sensor RS485 al servidor/plataforma en la nube

 Explicación detallada de la transmisión de datos desde sensores RS485 a servidores/plataformas en la nube 

En los campos de la automatización industrial y la Internet de las cosas (IoT), los sensores RS485 son los preferidos por sus capacidades de transmisión a larga distancia, su fuerte resistencia a las interferencias electromagnéticas y su conectividad multinodo. En este artículo se explicará en detalle cómo combinar sensores RS485 (alimentados por CC de 12 V) con recolectores de datos (también alimentados por CC de 12 V) para transmitir datos de manera eficiente y segura a servidores o plataformas en la nube mediante diversos métodos de comunicación, como 3G/4G/5G, Ethernet y WiFi, y empleando protocolos como MQTT, HTTP, TCP/IP, UDP y JOSE para el monitoreo y análisis remotos.

 ¿Qué es un sensor RS485? 

Un sensor RS485 es un dispositivo que utiliza el protocolo de comunicación RS485, ampliamente utilizado para medir diversas magnitudes físicas en entornos industriales, como temperatura, presión y fuerza. Entre sus ventajas se incluyen capacidades de comunicación a larga distancia y multipunto, así como una alta resistencia a las interferencias electromagnéticas, lo que lo hace adecuado para sitios industriales complejos y dispersos.

 ¿Qué es un recopilador de datos? 

Un colector de datos, o puerta de enlace, sirve como puente entre los sensores de campo y los servidores remotos. Los colectores de datos modernos no solo admiten conexiones cableadas tradicionales (como RS485), sino que también integran módulos de comunicación inalámbrica como 3G/4G/5G, Ethernet y WiFi para garantizar la flexibilidad y la confiabilidad en la transmisión de datos.

 Protocolos de comunicación explicados 

- MQTT (Message Queuing Telemetry Transport): un protocolo de mensajería de publicación/suscripción liviano, especialmente adecuado para entornos de red poco confiables, alta latencia o ancho de banda bajo, lo que lo convierte en una opción preferida para aplicaciones de IoT.

- HTTP/HTTPS: Protocolos estándar para la transmisión de datos web, adecuados para escenarios que requieren interacción directa con servicios web.

- TCP/IP: El protocolo fundamental de Internet, que proporciona transmisión de datos de extremo a extremo garantizando al mismo tiempo confiabilidad y orden.

- UDP (Protocolo de datagramas de usuario): en comparación con TCP, UDP es más liviano y sacrifica confiabilidad por velocidades de transmisión más rápidas, lo que lo hace adecuado para la transferencia de datos en tiempo real.

- JOSE (Firma y cifrado de objetos JSON): se utiliza principalmente para autenticación y cifrado de seguridad, también puede garantizar la integridad y seguridad de los datos durante las interacciones con plataformas en la nube que requieren firmas y cifrado de datos. 

Este artículo detalla cómo conectar sensores RS485 con recolectores de datos a través de varios métodos y protocolos de comunicación para una transmisión de datos eficiente y segura a servidores o plataformas en la nube, cubriendo la preparación del hardware, la arquitectura del sistema, la recopilación y el procesamiento de datos, la transmisión de datos y la selección del protocolo, la recepción y el procesamiento de datos, así como la resolución de problemas y el mantenimiento.

 I. Preparación y conexión del hardware 

 1.1 Sensor RS485:

- Elija un sensor que admita el protocolo de comunicación RS485 según los requisitos de la aplicación (por ejemplo, sensor de temperatura, sensor de humedad, sensor de humedad del suelo , sensor de radiación solar , sensor de luz).

- Proporcione una fuente de alimentación DC12V con un adaptador de corriente adecuado.

- Conecte el sensor al colector de datos a través de la interfaz RS485. 

 1.2 Recopilador o puerta de enlace de datos:

- Seleccione un recopilador de datos o una puerta de enlace que admita los protocolos de comunicación necesarios (MQTT, HTTP, TCP/IP, UDP, etc.).

- Asegúrese de que el recolector de datos o el portal tengan una conectividad de red estable (Ethernet por cable, Wi-Fi, 3G/4G/5G) para seleccionar el método de comunicación adecuado según el entorno del sitio.

- El colector de datos también debe soportar la interfaz RS485 para leer los datos del sensor y los protocolos de comunicación elegidos.

 1.3 Fuente de alimentación:

- Proporcione una fuente de alimentación CC de 12 V estable tanto para el sensor como para el recolector de datos, ya sea utilizando adaptadores de corriente separados o extrayendo energía del recolector de datos si es compatible. 

 1.4 Cables de conexión:

- Utilice cables de conexión RS485 para vincular el sensor a la interfaz RS485 del colector de datos, asegurando la polaridad correcta (cable A al terminal A, cable B al terminal B). 

 1.5 Plataforma de servidor o nube:

- Elija un servidor confiable o una plataforma en la nube capaz de recibir y procesar datos de los sensores.

- El servidor o plataforma en la nube seleccionado debe admitir los formatos MQTT, HTTP, TCP/IP, UDP y JOSE, junto con las medidas de seguridad adecuadas para proteger la privacidad de los datos. 

 II. Arquitectura y conexiones del sistema 

 2.1 Sistema de alimentación:

- Suministre alimentación de 12 V CC tanto al sensor RS485 como al recolector de datos. Si el recolector de datos admite la alimentación del sensor, considere la posibilidad de extraer energía de él para minimizar la cantidad de líneas eléctricas.

- Asegúrese de que la fuente de alimentación sea estable para evitar daños por fluctuaciones de voltaje.

 2.2 Conexión física:

- Utilice cables RS485 para conectar el sensor a la interfaz RS485 del colector de datos, asegurando la polaridad correcta.

- Conecte el recolector de datos a la red de comunicación adecuada (módulo 3G/4G, puerto Ethernet, antena WiFi) según el método de comunicación seleccionado. 

 III. Recopilación y tratamiento de datos 

 3.1 Lectura de datos del sensor:

- Configurar el colector de datos con el protocolo de comunicación Modbus en base a la hoja de datos del sensor.

- El recolector de datos envía comandos de consulta a través de la interfaz RS485 y recibe datos de respuesta del sensor.

- El software o firmware integrado del recopilador de datos es responsable de analizar los datos del sensor y convertirlos a un formato adecuado (por ejemplo, JSON, XML).

 3.2 Preprocesamiento de datos:

- Antes de la transmisión, es posible que el recolector de datos necesite preprocesar los datos, incluida la validación de datos, la conversión de formato y la compresión de datos.

- Los datos preprocesados se empaquetarán en paquetes de datos, listos para su transmisión a través del protocolo de comunicación seleccionado.

 IV. Transmisión de datos y selección de protocolo 

 4.1 Selección del método de comunicación:

- Elija el método de comunicación adecuado en función del entorno del sitio y de los requisitos de transmisión de datos. Por ejemplo, utilice Ethernet donde haya acceso por cable, WiFi donde la cobertura inalámbrica sea buena y 3G/4G/5G para áreas con conectividad inalámbrica deficiente.

- Para escenarios remotos o móviles, las tecnologías inalámbricas (por ejemplo, Bluetooth, Zigbee, LoRa) pueden transmitir datos a dispositivos intermedios (por ejemplo, teléfonos inteligentes, puertas de enlace LoRaWAN, sistemas integrados), que luego cargan datos a servidores o plataformas en la nube. 

 4.2 Selección del protocolo de comunicación:

- Seleccionar protocolos de comunicación adecuados según los requisitos del servidor o de la plataforma en la nube.

  - MQTT para escenarios de IoT de bajo consumo y bajo ancho de banda.

  - HTTP para transmisión confiable con necesidades de mayor ancho de banda.

  - TCP/IP y UDP para soporte de comunicación de red de nivel inferior.

  - JOSE para encriptación y firma de datos para garantizar la seguridad. 

 4.3 Configuración del protocolo de comunicación:

- Configure los parámetros del protocolo de comunicación del recopilador de datos según los requisitos del servidor o la plataforma en la nube, incluida la dirección IP, el número de puerto, el nombre de usuario y la contraseña. Asegúrese de que los protocolos de comunicación entre el recopilador de datos y el servidor o la plataforma en la nube sean coherentes para lograr una transmisión de datos adecuada.

 4.4 Transmisión de datos:

- El recolector de datos transmite los paquetes de datos analizados y convertidos al servidor o a la plataforma en la nube según el método de comunicación y el protocolo seleccionados.

  - Al utilizar MQTT, el recopilador de datos se conecta al agente MQTT como cliente y publica datos en temas específicos.

  - Con HTTP, el recopilador de datos envía solicitudes HTTP POST al servidor, incluidos paquetes de datos en el cuerpo de la solicitud.

  - Para TCP/IP o UDP, el recopilador de datos establece conexiones con el servidor para enviar paquetes de datos según sea necesario. 

Durante la transmisión, el recolector de datos puede cifrar los datos para garantizar la seguridad, teniendo también en cuenta la confiabilidad y la estabilidad a través de mecanismos de retransmisión, detección de errores y técnicas de corrección. 

 V. Recepción y procesamiento de datos (lado del servidor/plataforma en la nube)

  5.1 Recepción de datos:

- El servidor o la plataforma en la nube recibe paquetes de datos del recolector de datos según el método de comunicación y protocolo seleccionados.

  - Para MQTT, el servidor se suscribe a los temas relevantes para recibir datos.

  - Para HTTP, procesa solicitudes HTTP POST y analiza los datos en el cuerpo de la solicitud.

  - Para TCP/IP o UDP, escucha en los puertos especificados para recibir paquetes de datos. 

La plataforma servidor/nube procesa los paquetes de datos recibidos, que pueden contener datos de múltiples sensores, de acuerdo con formatos predeterminados. 

 5.2 Almacenamiento y análisis de datos:

- El servidor o plataforma en la nube almacena los datos recibidos en una base de datos para su posterior análisis y procesamiento.

- Se pueden emplear herramientas de análisis de datos para analizar los datos almacenados, lo que permite la identificación oportuna de anomalías y respuestas apropiadas.

- También se debe considerar la seguridad de los datos y las estrategias de respaldo para evitar pérdidas o corrupción. 

 5.3 Visualización de datos:

- El servidor o la plataforma en la nube pueden analizar y procesar aún más los datos almacenados, lo que incluye la limpieza, la extracción y el análisis estadístico de los datos. Las herramientas de visualización pueden presentar los resultados del análisis en gráficos, informes, etc., lo que ayuda a los usuarios a comprender y utilizar mejor los datos.

 VI. Solución de problemas y mantenimiento 

Durante el proceso de transmisión de datos pueden surgir diversos fallos y problemas, lo que hace necesario un mecanismo integral de resolución de problemas y mantenimiento para identificar y resolver los problemas a tiempo. Esto incluye comprobar si los dispositivos de hardware funcionan correctamente, garantizar que las líneas de comunicación no tengan obstrucciones, verificar la coherencia del protocolo y confirmar la corrección del formato de los datos. El mantenimiento y el servicio periódicos de los equipos también son esenciales para garantizar un funcionamiento estable a largo plazo. 

 Caso de ejemplo

Tomando como ejemplo el colector de datos TR341 de Niubol, este dispositivo admite interfaces RS485 e incorpora varios módulos y protocolos de comunicación. Los usuarios pueden seguir estos pasos para la transmisión de datos: 

1. Conecte el sensor RS485 a la interfaz RS485 del colector de datos, asegurándose de que las conexiones de alimentación sean correctas.

2. Elija el método de comunicación en función del entorno y configure los parámetros de comunicación correspondientes (dirección IP, número de puerto, nombre de usuario, contraseña, etc.).

3. Configure MQTT, HTTP y otros protocolos de comunicación en el recopilador de datos, garantizando una comunicación adecuada con el servidor o la plataforma en la nube.

4. Inicie el recopilador de datos para comenzar a leer los datos del sensor y enviarlos al servidor o la plataforma en la nube a través del método y protocolo de comunicación seleccionados.

5. Recibir, almacenar y analizar datos en el servidor o plataforma en la nube para lograr monitoreo en tiempo real y administración remota. 

Siguiendo estos pasos, podemos transmitir de manera eficiente datos desde sensores RS485 a servidores o plataformas en la nube para su almacenamiento, análisis y visualización. 

En resumen, la transmisión de datos de sensores a servidores o plataformas en la nube implica múltiples pasos y componentes que trabajan en conjunto. Al preparar el hardware, recopilar y procesar datos, configurar los protocolos de transmisión y comunicación de datos y administrar la recepción y el procesamiento de datos, se puede lograr una transmisión confiable de datos y un uso eficaz.

Enlaces de referencia:

1. RS485 Sensor Device Address Change：

https://www.niuboltech.com/Technical-Support/RS485-sensor-data-transfer-to-server/cloud-platform.html

2. Multiple RS485 sensors connected to an industrial router：

https://www.niuboltech.com/Technical-Support/Multiple-RS485-sensors-connected-to-an-industrial-router.html

3. Sensor data is uploaded to the cloud platform via MQTT protocol：

https://www.niuboltech.com/Technical-Support/Sensor-data-is-uploaded-to-cloud-platform-via-MQTT-protocol.html

4. RS485 interface sensor wiring method：

https://www.niuboltech.com/Technical-Support/RS485-interface-sensor-wiring-method.html

5. How to connect RS-485 sensor device to PC? 

https://www.niuboltech.com/Technical-Support/How-to-connect-RS-485-sensor-device-to-PC.html

6. How to collect multiple sensor signals when RTU has only one RS485 interface. 

https://www.niuboltech.com/Technical-Support/RTU-How-to-collect-multiple-sensor-signals.html

Guía de transferencia de datos MODBUS+MQTT+JSON

Guía de transferencia de datos MODBUS+MQTT+JSON.pdf