論壇原文：

https://club.rt-thread.org/ask/article/04554bb1d4ba5bfe.html

作者：XLUR_8603

功能綜述

基于睿擎派和RT-Thread操作系統(tǒng)，我們開(kāi)發(fā)了一款高性能工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備信息的實(shí)時(shí)采集、可視化監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理。該方案為傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備的智能化升級(jí)提供了可靠且經(jīng)濟(jì)的技術(shù)路徑。

核心功能

1.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與可視化

a.通過(guò)Modbus RTU協(xié)議采集從設(shè)備數(shù)據(jù)

b.基于WebNet實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)頁(yè)可視化展示

c.支持溫濕度、光照、距離等多種傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)控

2.遠(yuǎn)程設(shè)備管理

a.通過(guò)Web界面實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)配置

b.支持在線OTA固件升級(jí)

c.實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，方便數(shù)據(jù)分析

3.穩(wěn)定可靠的通信

a.采用RS485總線連接，通信穩(wěn)定可靠

b.基于RT-Thread實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，確保系統(tǒng)響應(yīng)及時(shí)

c.使用互斥量保護(hù)數(shù)據(jù)，避免并發(fā)訪問(wèn)沖突

系統(tǒng)架構(gòu)

硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

本方案采用主從架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了分布式數(shù)據(jù)采集與集中管理：

主機(jī)：睿擎派作為主站，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)匯總、處理和可視化

從機(jī)：星火一號(hào)作為從站，負(fù)責(zé)前端傳感器數(shù)據(jù)采集

通信鏈路：通過(guò)RS485總線實(shí)現(xiàn)主從機(jī)之間的Modbus RTU通信

軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采用分層模塊化設(shè)計(jì)，確保代碼的可維護(hù)性和功能分離，核心模塊包括：

主入口模塊：程序執(zhí)行入口，負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化流程

應(yīng)用管理模塊：集中管理應(yīng)用任務(wù)，初始化全局資源

Modbus通信模塊：實(shí)現(xiàn)Modbus RTU協(xié)議功能，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作

Web服務(wù)模塊：基于WebNet實(shí)現(xiàn)HTTP服務(wù)，提供網(wǎng)頁(yè)界面

傳感器采集模塊：負(fù)責(zé)各種傳感器數(shù)據(jù)采集和處理

核心代碼實(shí)現(xiàn)

Modbus初始化配置

代碼說(shuō)明：此模塊負(fù)責(zé)初始化Modbus RTU通信環(huán)境，配置串口參數(shù)、從機(jī)地址、超時(shí)設(shè)置和RS485模式，為后續(xù)的數(shù)據(jù)采集建立通信基礎(chǔ)。

/* Modbus初始化 - 根據(jù)硬件配置 */staticrt_bool_tmodbus_init(void){/* 創(chuàng)建Modbus RTU上下文 - 使用串口配置 */ modbus_ctx =modbus_new_rtu("/dev/uart5",115200,'N',8,1);if(modbus_ctx ==NULL){LOG_E("Unable to create Modbus context");return-1;}/* 設(shè)置從機(jī)地址 */modbus_set_slave(modbus_ctx,MODBUS_SLAVE_ADDR);/* 設(shè)置響應(yīng)超時(shí) */modbus_set_response_timeout(modbus_ctx,1,0);/* 設(shè)置為 RS485 模式 */modbus_rtu_set_serial_mode(modbus_ctx,MODBUS_RTU_RS485);/* 設(shè)置 RTS 控制 */modbus_rtu_set_rts(modbus_ctx,RS485_RTS_PIN,MODBUS_RTU_RTS_UP);/* 連接Modbus設(shè)備 */if(modbus_connect(modbus_ctx)==-1){LOG_E("Modbus connection failed: %s",modbus_strerror(errno));modbus_free(modbus_ctx); modbus_ctx =RT_NULL;returnRT_FALSE;}LOG_I("Modbus initialized successfully with UART5, 115200, RS485 mode");returnRT_TRUE;}

數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)

代碼說(shuō)明：此模塊實(shí)現(xiàn)從Modbus從設(shè)備讀取傳感器數(shù)據(jù)的功能，包括溫濕度、光照和距離等參數(shù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和驗(yàn)證。

staticrt_bool_tread_sensor_data(structsensor_data*data){uint16_t tab_reg[MODBUS_REG_COUNT];int rc;int i;if(modbus_ctx ==NULL){LOG_E("Modbus context is null");returnRT_FALSE;} rc =modbus_read_registers(modbus_ctx, MODBUS_REG_START, MODBUS_REG_COUNT, tab_reg);if(rc ==-1){LOG_E("Modbus read failed: %s",modbus_strerror(errno));returnRT_FALSE;}/* 讀取溫度值（假設(shè)為有符號(hào)16位整數(shù)，單位0.1℃） */ data->temperature =(int16_t)tab_reg[TEMPERATURE_REG - MODBUS_REG_START]/1.0f; data->humidity = tab_reg[HUMIDITY_REG - MODBUS_REG_START]/1.0f; data->ps_data = tab_reg[PS_REG_ADDR - MODBUS_REG_START]; data->brightness = tab_reg[BR_REG_ADDR - MODBUS_REG_START]/1.0f; data->valid = RT_TRUE;LOG_D("Modbus read: temp=%.1f℃, humidity=%.1f%%", data->temperature,data->humidity);returnRT_TRUE;}

Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)

代碼說(shuō)明：此模塊實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)的CGI處理函數(shù)，用于響應(yīng)前端的光照數(shù)據(jù)請(qǐng)求，通過(guò)互斥量保護(hù)共享數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)訪問(wèn)的安全性。

staticvoidcgi_get_light_handler(structwebnet_session*session){constchar*mimetype;float light_value =0.0f; mimetype =mime_get_type(RT_NULL);webnet_session_set_header(session, mimetype,200,"Ok",-1);char*trans_buf ="{"light": %.2f}";if(temperature_mutex !=RT_NULL){rt_mutex_take(temperature_mutex,100); light_value = g_light_value;rt_mutex_release(temperature_mutex);}webnet_session_printf(session, trans_buf, light_value);}

網(wǎng)頁(yè)界面設(shè)計(jì)

代碼說(shuō)明：此模塊定義了Web界面的頁(yè)面路由配置，根據(jù)用戶選擇加載不同的功能頁(yè)面，包括設(shè)備信息、從機(jī)設(shè)備信息、視頻流、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、OTA更新和參數(shù)設(shè)置等。

// 根據(jù)選擇加載不同內(nèi)容頁(yè)constpages ={ device_info:"device_info.shtml", slave_device_info:"slave_device_info.shtml", video_stream:"video_stream.shtml", data_export:"data_export.shtml", ota_update:"ota_update.shtml", parameter_settings:"parameter_settings.shtml",};

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.高實(shí)時(shí)性

a.基于RT-Thread實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，任務(wù)響應(yīng)及時(shí)

b.采用消息隊(duì)列和互斥量等IPC機(jī)制，確保數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性

2.易于擴(kuò)展

a.模塊化設(shè)計(jì)，功能分離清晰

b.基于RT-Thread軟件包生態(tài)，可快速集成各種傳感器

3.穩(wěn)定可靠

a.Modbus RTU協(xié)議，通信穩(wěn)定可靠

b.RS485總線，抗干擾能力強(qiáng)

c.完善的錯(cuò)誤處理機(jī)制

4.用戶友好

a.直觀的Web界面，操作簡(jiǎn)單

b.支持在線OTA升級(jí)，維護(hù)便捷

c.數(shù)據(jù)可視化展示，一目了然

應(yīng)用場(chǎng)景

工業(yè)設(shè)備監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)控工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)

智能樓宇：監(jiān)控樓宇內(nèi)的溫濕度、光照等環(huán)境參數(shù)

農(nóng)業(yè)大棚：監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)控

倉(cāng)儲(chǔ)物流：監(jiān)控倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的溫濕度、煙霧等參數(shù)，確保存儲(chǔ)安全

部署與配置

硬件配置

主機(jī)：睿擎派開(kāi)發(fā)板

從機(jī)：星火一號(hào)開(kāi)發(fā)板

通信：RS485總線連接

傳感器：溫濕度傳感器、光照傳感器、距離傳感器

軟件配置

操作系統(tǒng)：RT-Thread 4.0+

協(xié)議：Modbus RTU

網(wǎng)絡(luò)：WebNet HTTP服務(wù)

串口配置：UART5，波特率115200，無(wú)校驗(yàn)位，8位數(shù)據(jù)，1位停止位

演示效果

總結(jié)

基于Modbus的在線監(jiān)控網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)方案，充分利用了RT-Thread操作系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備信息的實(shí)時(shí)采集、可視化監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理。該方案具有高實(shí)時(shí)性、易于擴(kuò)展、穩(wěn)定可靠和用戶友好等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、樓宇、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的設(shè)備監(jiān)控場(chǎng)景。

通過(guò)本方案的實(shí)施，傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備可以快速接入物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)，提高生產(chǎn)效率和管理水平。RT-Thread軟件包生態(tài)的豐富資源，也為系統(tǒng)的快速開(kāi)發(fā)和功能擴(kuò)展提供了有力支持。

項(xiàng)目代碼地址：

https://gitee.com/lv-yuhaogree/rui-ching_demo

相關(guān)文檔：

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