文章目录
- [第0章 项目方案介绍](#第0章 项目方案介绍)
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- [0.1 功能介绍](#0.1 功能介绍)
- [0.2 硬件方案](#0.2 硬件方案)
- [0.3 软件方案](#0.3 软件方案)
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- [0.3.1 上位机方案](#0.3.1 上位机方案)
- [0.3.2 **中控方案**](#0.3.2 中控方案)
- [0.3.3 **传感器方案**](#0.3.3 传感器方案)
- [0.3.4 **技术难点**](#0.3.4 技术难点)
第0章 项目方案介绍
0.1 功能介绍
本课程来自一个真实项目:多个气体传感器的管理。由于气体传感器比较昂贵,本课程里使用普通传感器来做实验。真实项目的使用场景如下图所示:
- 上位机操作界面:可以监测多个传感器
- 中控:图片暂时无法放出来,它的功能是向下通过 RS485 连接多个传感器,向上通过USB 口连接 PC。中控平时就要时刻采样传感器的数据,当上位机需要数据时通过 USB 口高效率地传输数据。
- 传感器:有多个机位,每个机位都有传感器
使用场景如下:
- 设置传感器 ID:拿到一个传感器后,要通过上位机设置它的 ID,然后把它放在某个机位
- 中控监测传感器的状态:在线/离线,上位机周期性地读取状态信息
- 中控读取传感器数据,上位机周期性地读取这些数据
- 上位机显示传感器状态、显示传感器数据
- 上位机可以读取中控、各个传感器的程序版本信息,升级固件
0.2 硬件方案
在工业控制场景中,上位机通过中控,去控制多个设备,硬件框图如下:
各部件的作用如下:
- 上位机:功能强大,方便操作,比如记录历史数据、图像化显示数据、升级硬件程序
- 中控:在上位机和传感器之间转发数据,当传感器很多时,不使用中控的话,上位机无法快速获得各个传感器的数据
- 传感器:采样数据、上报数据
0.3 软件方案
0.3.1 上位机方案
上位机:
- 界面使用 LVGL 编写,界面和底层数据通过 JSON 进行隔离,方便更换 GUI
- 数据传输基于 libmodbus,可以使用 Modbus RTU 协议,也可以使用 Modbus TCP 协议
- 自定义协议,以实现:设备 ID 写入、设备状态检测、数据读写、程序升级等功能
0.3.2 中控方案
中控程序复杂,基于 FreeRTOS 编写。
中控上的程序分为 2 个:Bootloader(用于升级应用程序)、应用程序。中控的
Flash 如下划分:
中控上电后,首先运行 Bootloader,它根据配置信息决定是否启动 APP1 或 APP2,
还是保存运行 Bootloader 本身:
- Bootloader:接收上位机下发的固件,升级 APP
- APP1 或 APP2:平时运行的程序,收集传感器数据,等待上位机读取
上位机和中控 Bootloader 的程序框架如下:
上位机和中控 APP 的程序框架如下:
0.3.3 传感器方案
传感器上的程序也分为 2 个:Bootloader(用于升级应用程序)、应用程序。传感器的 Flash 如下划分:
传感器上电后,首先运行Bootloader,它根据配置信息决定是否启动APP1或APP2,还是保存运行Bootloader本身:
- Bootloader:上位机给中控下发传感器的固件,中控再把它传给传感器的Bootloader,Bootloader升级APP
- APP1或APP2:平时运行的程序,读取传感器数据,返回给中控
中控APP和传感器Bootloader的程序框架如下:
中控APP和传感器APP的程序框架如下:
0.3.4 技术难点
难点在于如何保证多个传感器数据上报以及上位机下发不丢包,因为它不仅仅是单块板了,还可以集联多个,所以它的拓展性很强。后期还可以非常方便地给传感器进行批量升级;另外在工厂场景下,会涉及到数据监控,产线情况监控等场景。项目涉及上位机开发、FreeRTOS程序开发、裸机程序开发、单片机的控制。也能掌握传感器数据通讯、传感器协议定义、程序升级等知识点。还可以学习良好的程序开发模式:一套代码如何适应不同的主控芯片、不同的操作系统(FreeRTOS和裸机)。最后,怎么写出稳定可靠、容
易扩展的程序,这个将会贯穿整个学习过程------这是产品,不是练手Demo。