Desenvolvimento IIoT na Edge com Modbus: Construindo Fluxo Seguro de Dados de Sensor no Raspberry Pi

Adaptado de Industrial Internet Application Development, por Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli.

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Capítulo 3. Desenvolvimento IIoT na Edge (Continuação)

Protocolos M2M Industriais – Modbus

Nesta seção, construímos uma aplicação IoT compacta que envia dados de sensor de um hub Raspberry Pi a um dispositivo receptor (PC ou nuvem) usando Modbus TCP, a variante de camada de aplicação do Modbus.

O Modbus é ideal para dispositivos com hardware restrito: é simples, open-source e amplamente suportado. Abaixo, um resumo conciso da especificação para ajudar você a decidir se o Modbus atende seus requisitos.

Chave	Valor
Open source	Sim*
Camada OSI	Transporte ou Aplicação
Tipos de dados	Inteiro, float, string, Booleano
Limitações	• Sem objetos binários grandes • Mestre faz polling de dispositivos por mudanças* • Máx. 254 dispositivos por link* • Apenas transmissões contíguas
Operações	Leitura/escrita de registradores e coils, diagnósticos
Latência	Alta
Uso	SMS, GPRS, fio, wireless, mesh
Segurança	Nenhuma
Compressão	Nenhuma

Valores marcados com * variam entre implementações.

Blocos de Construção

• Software necessário:
  • Node.js 6+ (download)
  • PostgreSQL (download)
  • Cloud Foundry CLI (download)
  • Pacote npm request (página npm)
  • Pacote npm modbus (página npm)
  • Docker (guia de instalação)
• Hardware necessário:
  • Raspberry Pi 3 Modelo B
  • Adaptador de energia 2A/5V
  • Cartão microSD 8 GB+ com adaptador
  • Cabo Ethernet para rede com fio

Preparando o Cartão SD

1. Baixe a imagem mais recente do Raspbian Lite em Raspberry Pi Downloads.
2. Insira o cartão SD em um computador e grave a imagem usando Etcher (balena.io/etcher).
3. Habilite SSH criando um arquivo vazio chamado ssh na partição de boot:
   

   cd /Volumes/boot
   touch ssh

4. Para habilitar Wi-Fi, crie network.conf com:

network={ ssid="SEU_SSID" psk="SUA_SENHA_WIFI" }

Use nano para editar o arquivo no console Linux.

5. Crie o diretório do projeto: /home/pi/hub.
6. Em /home/pi/hub/package.json adicione:

{ "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. Em /home/pi/hub/index.js implemente o cliente Modbus para enviar dados ao seu servidor. Substitua placeholders por endereços reais:
   

   const modbus = require('modbus'); const request = require('request'); // Exemplo: ler registrador de sensor e POST para servidor remoto // (inserir lógica real aqui)

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

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

9. Crie diretório do projeto sensor: /home/pi/sensor.

10. Em /home/pi/sensor/package.json adicione:
    

    { "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. Em /home/pi/sensor/index.js implemente o simulador de sensor e cliente Modbus TCP. Substitua REMOTE-HUB-ADDRESS.com pelo IP ou hostname do hub:
    

    const modbus = require('modbus'); // Exemplo: simular leitura de sensor e escrever no Modbus // (inserir lógica real aqui)

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

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

Implantando a Solução

Construa imagens Docker, envie para um registry e execute containers no Raspberry Pi. Garanta que os containers hub e sensor possam se comunicar pela rede local. Uma vez implantado, o simulador de sensor publicará dados via Modbus TCP para o hub, que os encaminhará para seu endpoint na nuvem.

Seguindo este guia, você terá uma stack IIoT na edge robusta e de baixo overhead que demonstra o poder do Modbus em cenários industriais reais.