Desarrollo edge IIoT con Modbus: construcción de flujo de datos de sensor seguro en Raspberry Pi

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

Capítulo 3. Desarrollo Edge IIoT (Continuación)

Protocolos M2M Industriales – Modbus

En esta sección construimos una aplicación IoT compacta que envía datos de sensor desde un hub Raspberry Pi a un dispositivo receptor (PC o nube) usando Modbus TCP, la variante de capa de aplicación de Modbus.

Modbus es ideal para dispositivos con hardware limitado: es simple, open‑source y ampliamente soportado. A continuación, una instantánea de especificación concisa para ayudarle a decidir si Modbus cumple sus requisitos.

Valores marcados con * varían entre implementaciones.

Bloques de construcción

• Software requerido:
  • Node.js 6+ (descargar)
  • PostgreSQL (descargar)
  • Cloud Foundry CLI (descargar)
  • Paquete npm Request (página npm)
  • Paquete npm Modbus (página npm)
  • Docker (guía instalación)
• Hardware requerido:
  • Raspberry Pi 3 Modelo B
  • Adaptador 2 A/5 V
  • Tarjeta microSD 8 GB+ con adaptador
  • Cable Ethernet para red cableada

Preparación de la tarjeta SD

1. Descargue la última imagen de Raspbian Lite desde Descargas Raspberry Pi.
2. Inserte la tarjeta SD en un ordenador y flashee la imagen usando Etcher (https://www.balena.io/etcher/).
3. Habilite SSH creando un archivo vacío llamado ssh en la partición de arranque:

   cd /Volumes/boot touch ssh

4. Para habilitar Wi‑Fi, cree network.conf con:

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

Use nano para editar el archivo en la consola Linux.

5. Cree el directorio del proyecto: /home/pi/hub.
6. En /home/pi/hub/package.json añada:

{ "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. En /home/pi/hub/index.js implemente el cliente Modbus para enviar datos a su servidor. Reemplace los placeholders con direcciones reales:

   const modbus = require('modbus'); const request = require('request'); // Ejemplo: leer registro de sensor y POST a servidor remoto // (insertar lógica real aquí) 

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

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

9. Cree directorio del proyecto sensor: /home/pi/sensor.

10. En /home/pi/sensor/package.json añada:

    { "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. En /home/pi/sensor/index.js implemente el simulador de sensor y cliente Modbus TCP. Reemplace REMOTE-HUB-ADDRESS.com con la IP o hostname del hub:

    const modbus = require('modbus'); // Ejemplo: simular lectura de sensor y escribir a Modbus // (insertar lógica real aquí) 

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

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

Despliegue de la solución

Construya imágenes Docker, envíelas a un registro y ejecute contenedores en la Raspberry Pi. Asegúrese de que los contenedores hub y sensor puedan comunicarse sobre la red local. Una vez desplegado, el simulador de sensor publicará datos vía Modbus TCP al hub, que los reenviará a su endpoint en la nube.

Siguiendo esta guía tendrá un stack edge IIoT robusto y de baja sobrecarga que demuestra el poder de Modbus en escenarios industriales reales.