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边缘层
随着智能化发展,越来越多的设备需要联网,海量的数据需要汇总处理。传统的云计算压力太大,所以越来越多的任务由云端转到边缘端进行处理。边缘设备是部署在网络边缘侧的高性能嵌入式设备,一般会使用高性能的处理器,搭配Linux或者安卓等智能操作系统来实现。通过网络联接、协议转换等功能联接物理和数字世界,提供轻量化的联接管理、实时数据分析及应用管理功能。比较常见的就是智能家居中智能音箱(蓝牙网关)+路由器(wifi网关),工厂里的工业网关等。它们通常扮演着一个区域内中心网关的功能,即负责终端设备的网络连接,也负责各终端数据的采集以及远程控制。同时,又提供数据上云的功能。
架构说明
- 多进程设计,遵循软件设计中的高内聚,低耦合。
- 数据上报进程负责上报规则更新,并根据上报规则将最新的数据上报给客户端。
- 客户端和上报进程使用mqtt进行通信,具体通信协议遵循json格式。
- 设备相关的采集进程使用共享内存和上报进程进行通信,采集进程获取到最新数据后,刷新到共享内存,上报进程从共享内存读取后上报即可。
- 客户端下行控制指令通过mqtt发送给上报进程后,上报进程通过消息队列方式发送给采集进程,采集进程再进行具体设备的控制。
- 每个进程包含多个线程,可根据具体功能进行再拆分。
包含知识点
两大网联网场景:消费物联网、工业物联网两大场景全覆盖
边缘网关新概念:物联网边缘网关中边缘采集、边缘计算两大主流技术
基础综合运用:C、shell、Makefile、C++、QT、单片机、数据库等基础知识大融合
Linux开发技术点:进程间通信、多线程程序设计、文件操作、网络编程、应用协议
物联网主流通信技术:Json、modbus、mqtt
各种调试工具学习:mqtt.fx、modbus slave、modbus poll、wireshark、网络调试、串口调试等
数据上报进程
功能描述
上报进程主要实现以下功能:
●建立mqtt服务器连接。
●根据上报策略,将采集到的数据上报给客户端。
●分析客户端的设备控制命令,并转发给其它模块。
●接收客户端上报模式修改命令,并写到配置文件永久生效。
●采集的数据点按照一定的时间周期来定时存储到数据库。
●根据上位机要求过滤设备的历史数据并发送给客户端。
上报进程是最先启动的进程,需要连接mqtt服务、建立数据库、解析点表,映射为共享内存的节点以供采集进程使用。主进程(main)完成上述动作后,即可启动不同的线程来处理不同的功能。
功能开发
上报线程
根据上报方式的不同,采用不同的分支策略。
- 刷新上报
不需要主动轮询,只需要等待客户端的查询指令后,轮询共享内存后上报即可。本质上属于控制指令的响应。
- 定时上报
根据点表配置的上报周期,按周期轮询共享内存后上报。
- 变化上报
不断轮询共享内存的节点,并比较新旧值是否相等,如果不相等,单独上报相应的数据点。变化上报需要先主动进行一次刷新上报(这里的主动指网关这边先把所有数据点上报一次,防止有些点不变化导致永远没有机会上报),全部数据点上报一次后,以此为基准进行后续比较、上报。
数据存储线程
按照一定的周期(不用太快,分钟级别即可),将共享内存中的数据点的值存储到数据库中。数据库表记录字段至少应该包括:时间戳、数据点key值、数据点值。存储后等待客户端获取指令即可。
指令处理线程
指令线程逻辑相对复杂,需要区分指令类型,然后根据指令要求做出相应的响应。
- 如果收到的是控制命令指令 ,需要区分控制指令发送的目标,这里从客户端拿到的只有设备的key值,可以用过共享内存中结构体的
dev_type
字段来确定是发给哪个设备,然后通过消息队列发送即可。 - 如果收到的是刷新上报指令,说明上报方式为刷新上报,此时用户通过客户端发起了刷新请求。只需要获取到共享内存中所有数据点并按照规定的协议,上报给客户端即可。
- 如果收到的是模式修改指令,代表客户需要修改当前的上报方式,需要解析指令并将新的模式写到配置文件中,等待下次重启生效,这里不需要做进程热重启,真实产品中会直接重启设备。
- 如果收到的是历史数据请求指令,那么根据客户端时间戳要求(如果有),过滤出数据库中相应数据点的历史数据,并将结果回传给客户端。
项目源码
代码仅供参考
上报模块.c代码:
(数据库是在外部用sql语句创建的)
CREATE TABLE histry(
key INTEGER,
val TEXT,
time TEXT
);
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include "MQTTClient.h"
#include "cJSON.h"
#include"msg_queue_peer.h"
#include"shmem.h"
#include <sqlite3.h>
#include <time.h>
void mqtt_send(char *p);
#define CLIENTID "ExampleClientPub"
#define QOS 1
#define TIMEOUT 10000L
cJSON *allList;
sqlite3 *db;
char *errmsg;
volatile MQTTClient_deliveryToken deliveredtoken;
MQTTClient_deliveryToken token;
MQTTClient_message pubmsg = MQTTClient_message_initializer;
MQTTClient client;
char ADDRESS[32];
int PERIOD=0;
union val_t
{
int b_val; //bool类型存储空间
int i_val; //整形值存储空间
float f_val; //浮点值存储空间
};
struct std_node
{
int key; //唯一键值
int type; //数据点类型
int dev_type; //数据点属于哪个设备,根据网关支持的设备自行定义
union val_t old_val; //变化上报后需要更新旧值
union val_t new_val; //从共享内存取出最新数据,放到new_val中
int ret; //默认为-1,采集成功后设置为0,采集失败再置-1
};
struct msg
{
long type; // 消息类型,用于区分32与modbus设备
int key;
union val_t val;
};
int *num =NULL;
struct std_node *std = NULL;
void delivered(void *context, MQTTClient_deliveryToken dt)
{
deliveredtoken = dt;
}
void sendAllData()
{
cJSON *root = cJSON_CreateObject();
cJSON_AddItemToObject(root, "type", cJSON_CreateNumber(1));
cJSON_AddItemToObject(root, "result", cJSON_CreateNumber(0));
cJSON *arr = cJSON_CreateArray();
cJSON_AddItemToObject(root, "data", arr);
for(int i =0 ;i<*num;i++)
{
cJSON *data1 = cJSON_CreateObject();
cJSON_AddItemToArray(arr, data1);
char buf[8]="";
if( (std+i)->type==1 || (std+i)->type==2 )
sprintf(buf,"%d",(std+i)->new_val.i_val);
else
sprintf(buf,"%.1f",(std+i)->new_val.f_val);
cJSON_AddItemToObject(data1, "key", cJSON_CreateNumber((std+i)->key));
cJSON_AddItemToObject(data1, "val", cJSON_CreateString(buf));
}
char *p = cJSON_Print(root);
mqtt_send(p);
printf("上报\n");
free(p);
cJSON_Delete(root);
}
void setDev(cJSON *key,cJSON *val)
{
struct msg msg_set;
msg_set.key=key->valueint;
for(int i=0;i<*num;i++)
{
if((std+i)->key == key->valueint)
{
if((std+i)->dev_type == 0)
{
msg_set.type = 3;
}else if((std+i)->dev_type==1)
{
msg_set.type =1;
}
char *ch = val->valuestring;
msg_set.val.b_val=*ch-'0';
printf("key=%d\n",msg_set.key);
printf("type=%ld\n",msg_set.type);
printf("val=%d\n",msg_set.val.b_val);
msg_queue_send("set_msg", &msg_set, sizeof(msg_set), 0);
}
}
printf("setDev ok\n");
}
void setAllList(int mod,int period)
{
printf("setAllList ok\n");
cJSON *Report = cJSON_GetObjectItem(allList, "report");
cJSON_ReplaceItemInObject(Report,"type",cJSON_CreateNumber(mod));
cJSON_ReplaceItemInObject(Report,"period",cJSON_CreateNumber(period));
char *p = cJSON_Print(allList);
FILE * fp;
fp = fopen("./node.json","w");
if(fp == NULL)
{
perror("fopen err");
return ;
}
fwrite(p, strlen(p), 1,fp);
fclose(fp);
}
int key_his=0;
pthread_t tid_his;
void *getHistory(void *arg)
{
char sql[68] = "";
sprintf(sql,"SELECT * FROM histry WHERE key=%d;",key_his);
int KEY = key_his;
char **resultp;
int n_row, n_cloum;
int i, j;
if (sqlite3_get_table(db, sql, &resultp, &n_row, &n_cloum, &errmsg) != SQLITE_OK)
{
printf("err:%s\n", errmsg);
return NULL;
}
char **p;
p = resultp + n_cloum;
char data[64]="";
for (i = 0; i < n_row; i++)
{
sprintf(data,"key:%s val:%s time:%s",p[(i * n_cloum) + 0],p[(i * n_cloum) + 1],p[(i * n_cloum) + 2]);
cJSON *root = cJSON_CreateObject();
cJSON_AddItemToObject(root, "type", cJSON_CreateNumber(4));
cJSON_AddItemToObject(root, "result", cJSON_CreateNumber(0));
cJSON_AddItemToObject(root, "key", cJSON_CreateNumber(KEY));
cJSON_AddItemToObject(root, "data", cJSON_CreateString(data));
char *p = cJSON_Print(root);
mqtt_send(p);
free(p);
printf("找到一条历史记录\n");
}
printf("历史记录:%d条\n",n_row);
}
int msgarrvd(void *context, char *topicName, int topicLen, MQTTClient_message *message)
{
int i;
char* payloadptr;
payloadptr = message->payload;
//** analysis command***//
cJSON *root = cJSON_Parse(payloadptr);
cJSON *type = cJSON_GetObjectItem(root, "type");
if(type->valueint==1)
{
sendAllData();
}else if(type->valueint == 2)
{
cJSON *data = cJSON_GetObjectItem(root, "data");
cJSON *key = cJSON_GetObjectItem(data, "key");
cJSON *val = cJSON_GetObjectItem(data, "val");
setDev(key,val);
}else if(type->valueint == 3)
{
cJSON *data = cJSON_GetObjectItem(root, "data");
cJSON *type_mod = cJSON_GetObjectItem(data, "type");
cJSON *type_period = cJSON_GetObjectItem(data, "period");
setAllList(type_mod->valueint,type_period->valueint);
}else if(type->valueint == 4)
{
cJSON *data = cJSON_GetObjectItem(root, "data");
cJSON *key = cJSON_GetObjectItem(data, "key");
// cJSON *limit = cJSON_GetObjectItem(data, "limit");
key_his=key->valueint;
pthread_create(&tid_his, NULL, getHistory, NULL);
// getHistory(key->valueint);
}
cJSON_Delete(root);
MQTTClient_freeMessage(&message);
MQTTClient_free(topicName);
return 1;
}
void connlost(void *context, char *cause)
{
printf("\nConnection lost\n");
printf(" cause: %s\n", cause);
}
void mqtt_send(char *p)
{
pubmsg.qos = QOS;
pubmsg.retained = 0;
pubmsg.payload = p;
pubmsg.payloadlen = (int)strlen(p);
MQTTClient_publishMessage(client, "/app/data/up", &pubmsg, &token);
}
void *up_period(void *arg)
{
while (1)
{
sleep(PERIOD);
sendAllData();
}
}
void *up_vary(void *arg)
{
cJSON *root = cJSON_CreateObject();
cJSON_AddItemToObject(root, "type", cJSON_CreateNumber(1));
cJSON_AddItemToObject(root, "result", cJSON_CreateNumber(0));
cJSON *arr = cJSON_CreateArray();
cJSON_AddItemToObject(root, "data", arr);
cJSON *data1 = cJSON_CreateObject();
cJSON_AddItemToArray(arr, data1);
cJSON_AddItemToObject(data1, "key", cJSON_CreateNumber(0));
cJSON_AddItemToObject(data1, "val", cJSON_CreateString(""));
while (1)
{
for(int i =0 ;i<*num;i++)
{
if(memcmp(&(std+i)->old_val,&(std+i)->new_val ,sizeof(union val_t)) != 0)
{
char buf[8]="";
if( (std+i)->type==1 || (std+i)->type==2 )
{
sprintf(buf,"%d",(std+i)->new_val.i_val);
printf("new:%d\n",(std+i)->new_val.i_val);
printf("old:%d\n",(std+i)->old_val.i_val);
}
else
{
sprintf(buf,"%.1f",(std+i)->new_val.f_val);
printf("new:%f\n",(std+i)->new_val.f_val);
printf("old:%f\n",(std+i)->old_val.f_val);
}
cJSON_ReplaceItemInObject(data1,"key",cJSON_CreateNumber((std+i)->key));
cJSON_ReplaceItemInObject(data1,"val",cJSON_CreateString(buf));
char *p = cJSON_Print(root);
mqtt_send(p);
free(p);
(std+i)->old_val.i_val = (std+i)->new_val.i_val;
printf("数据有变化\n");
}
}
}
cJSON_Delete(root);
}
int main(int argc, char* argv[])
{
time_t raw_time;
// ******get list****
FILE * fp;
pthread_t tid;
char buf[1024] = "";
fp = fopen("./node.json","r");
if(fp == NULL)
{
perror("fopen err");
return -1;
}
fread(buf,2048,1,fp);
fclose(fp);
//**** open&init db ***//
sqlite3_open("Histry.db", &db);
//******* shmem init *******//
struct shm_param para;
if(shm_init(¶,"SHMEM",512)<0)
{
perror("init err");
return 0;
}
num = shm_getaddr(¶);
if(num==NULL)
{
perror("getaddr err");
return 0;
}
std = (struct std_node*)(num+1);
allList = cJSON_Parse(buf);
cJSON *Stm32 = cJSON_GetObjectItem(allList, "stm32");
cJSON *Data_32 = cJSON_GetObjectItem(Stm32, "data");
cJSON *Modbus = cJSON_GetObjectItem(allList, "modbus");
cJSON *Data_modbus = cJSON_GetObjectItem(Modbus, "data");
*num = cJSON_GetArraySize(Data_32) + cJSON_GetArraySize(Data_modbus);
struct std_node *temp=std;
for(int i = 0; i < cJSON_GetArraySize(Data_32); i++)
{
cJSON *item = cJSON_GetArrayItem(Data_32, i);
cJSON *t = cJSON_GetObjectItem(item, "key");
temp->key = t->valueint;
t = cJSON_GetObjectItem(item, "type");
temp->type = t->valueint;
temp->dev_type = 0;
temp->ret = -1;
temp++;
}
for(int i = 0; i < cJSON_GetArraySize(Data_modbus); i++)
{
cJSON *item = cJSON_GetArrayItem(Data_modbus, i);
cJSON *t = cJSON_GetObjectItem(item, "key");
temp->key = t->valueint;
t = cJSON_GetObjectItem(item, "type");
temp->type = t->valueint;
temp->dev_type = 1;
temp->ret = -1;
temp++;
}
temp = NULL;
//***** connect mqtt *******//
cJSON *mqtt_server = cJSON_GetObjectItem(allList, "mqtt_server");
cJSON *addr = cJSON_GetObjectItem(mqtt_server, "addr");
cJSON *port = cJSON_GetObjectItem(mqtt_server, "port");
sprintf(ADDRESS,"tcp://%s:%d",addr->valuestring,port->valueint);
// MqttConnect();
MQTTClient_connectOptions conn_opts = MQTTClient_connectOptions_initializer;
int rc;
MQTTClient_create(&client, ADDRESS, CLIENTID,
MQTTCLIENT_PERSISTENCE_NONE, NULL);
conn_opts.keepAliveInterval = 20;
conn_opts.cleansession = 1;
MQTTClient_setCallbacks(client, NULL, connlost, msgarrvd, delivered);
if ((rc = MQTTClient_connect(client, &conn_opts)) != MQTTCLIENT_SUCCESS)
{
printf("Failed to connect, return code %d\n", rc);
exit(EXIT_FAILURE);
}
MQTTClient_subscribe(client, "/app/data/down", QOS);
// ******** UpMod*******
cJSON *report = cJSON_GetObjectItem(allList, "report");
cJSON *up_mod = cJSON_GetObjectItem(report, "type");
if(up_mod->valueint == 0) // no
{
printf("当前上报模式:不上报\n");
}else if(up_mod->valueint == 1) // vary
{
printf("当前上报模式:变化上报\n");
pthread_create(&tid, NULL, up_vary, NULL);
}else if(up_mod->valueint == 2) // period
{
printf("当前上报模式:周期上报\n");
cJSON *period = cJSON_GetObjectItem(report, "period");
PERIOD=period->valueint;
pthread_create(&tid, NULL, up_period, NULL);
}
while (1)
{
sleep(60);
time(&raw_time);
struct tm *time_info = localtime(&raw_time);
char * time = asctime(time_info);
char sql[128]="";
for(int i = 0;i<*num;i++)
{
char val[8]="";
sprintf(val,"%d",(std+i)->new_val.i_val);
sprintf(sql,"INSERT INTO histry VALUES (%d,'%s','%s');",(std+i)->key,val ,time);
sqlite3_exec(db, sql, NULL, NULL, &errmsg);
}
}
return 0;
}
上报模块Makefile代码:
#指定生成的文件名
OJB_OUT = test
#指定每一个c文件对应的.o文件
OBJS = cJSON.o UpData.o msg_queue_peer.o shmem.o
#指定编译器
CC = gcc
#指定需要的库
ULDFLAGS = -lpthread -lm -lpaho-mqtt3c -lsqlite3
###########################################
#以下的内容不需要修改
###########################################
all:$(OJB_OUT)
$(OJB_OUT):$(OBJS)
$(CC) -o $@ $^ $(ULDFLAGS)
dep_files := $(foreach f,$(OBJS),.$(f).d)
dep_files := $(wildcard $(dep_files))
ifneq ($(dep_files),)
include $(dep_files)
endif
%.o:%.c
$(CC) -Wp,-MD,.$@.d -c $< -o $@
clean:
rm -rf .*.o.d *.o $(OJB_OUT)
STM32采集模块.c代码
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include "cJSON.h"
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <strings.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include "shmem.h"
#include "msg_queue_peer.h"
#define N 1024
/***************************************共享内存***********************************/
union val_t
{
int b_val; //bool类型存储空间
int i_val; //整形值存储空间
float f_val; //浮点值存储空间
};
struct std_node
{
int key; //唯一键值
int type; //数据点类型
int dev_type; //数据点属于哪个设备,根据网关支持的设备自行定义
union val_t old_val; //变化上报后需要更新旧值
union val_t new_val; //从共享内存取出最新数据,放到new_val中
int ret; //默认为-1,采集成功后设置为0,采集失败再置-1
};
/***************************************消息队列***********************************/
struct msg //消息队列的消息类型
{
long type; //类型 0:STM32 1:modbus
int key; //key 值
union val_t val; //数据(共用体类型)
};
struct shm_param para;
//反序列化
struct std_node *st=NULL;
int *num = NULL;
void aliviar(char *buf) //解除序列化
{
cJSON *root = cJSON_Parse(buf);
cJSON *item = cJSON_GetObjectItem(root, "data");
int size = cJSON_GetArraySize(item);
// printf("%d",size);
cJSON *arr;
for (int i = 0; i < size; i++)
{
arr = cJSON_GetArrayItem(item, i);
cJSON *arr1 = cJSON_GetObjectItem(arr, "key");
cJSON *arr2 = cJSON_GetObjectItem(arr, "name");
cJSON *arr3 = cJSON_GetObjectItem(arr, "val");
printf("%s:%s\n", arr1->string, arr1->valuestring); //key int
printf("%s:%s\n", arr2->string, arr2->valuestring); // name string
if (strcmp(arr2->valuestring, "temp") == 0)
{
printf("%s:%.1f\n", arr3->string, arr3->valuedouble);
}
else
{
printf("%s:%d\n", arr3->string, arr3->valueint); //val double
}
int key = atoi(arr1->valuestring);
/*存入共享内存 */
for (int i = 0; i < *num; i++)
{
if ((st + i)->key == key)
{
if (key == 202)
{
(st + i)->new_val.f_val = arr3->valuedouble;
}
else if (key == 201)
{
(st + i)->new_val.f_val = arr3->valuedouble;
}
else
{
(st + i)->new_val.i_val = arr3->valueint;
}
}
}
}
cJSON_Delete(root);
}
int clientfd = 0;
//线程执行从消息对列中读取数据并发送
void *handler_thread(void *arg)
{
struct msg msg1;
while (1)
{
printf("111\n");
long type = 3;
//用消息队列接收指令
msg_queue_recv("set_msg", &msg1, sizeof(struct msg), type, 0);
printf("%d\n", msg1.key);
printf("msg=%d\n", msg1.val.i_val);
if (msg1.key == 203)
{
printf("%d\n", msg1.key);
printf("msg=%d\n", msg1.val.i_val);
cJSON *root = cJSON_CreateObject();
cJSON_AddItemToObject(root, "key", cJSON_CreateString("203"));
cJSON_AddItemToObject(root, "val", cJSON_CreateNumber(msg1.val.i_val));
char *p = cJSON_PrintUnformatted(root);
printf("p=%s\n", p);
int res= send(clientfd, p, 128, 0);
printf("%d\n",res);
free(p);
cJSON_Delete(root);
}
}
pthread_exit(NULL); //退出线程
return NULL;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
if (shm_init(¶, "SHMEM", 512) < 0)
{
perror("shm_init err\n");
return 0;
}
if ((num = shm_getaddr(¶)) == NULL)
{
perror("shm getaddr err");
return 0;
}
st = (struct std_node *)(++num);
//创建流式套接
int serverfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (serverfd < 0)
{
perror("socket err");
return -1;
}
//绑定自己的地址
struct sockaddr_in myaddr;
socklen_t addrlen = sizeof(myaddr);
memset(&myaddr, 0, addrlen);
myaddr.sin_family = AF_INET;
myaddr.sin_port = htons(8888);
myaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
int ret = bind(serverfd, (struct sockaddr *)&myaddr, addrlen);
if (ret < 0)
{
perror("bind err");
return -1;
}
//启动监听
ret = listen(serverfd, 5);
if (ret < 0)
{
perror(";istenerr");
return -1;
}
//构建文件描述符
fd_set readfd, tmpreadfd;
FD_ZERO(&readfd);
FD_SET(serverfd, &readfd);
int maxfd = serverfd;
pthread_t tid;
if (pthread_create(&tid, NULL, handler_thread, NULL) != 0)
{
printf("create thread err");
return -1;
}
pthread_detach(tid);
while (1) //创建监听表监听单片机发送的数据并存入共享内存
{
//临时监听表
tmpreadfd = readfd;
select(maxfd + 1, &tmpreadfd, NULL, NULL, NULL);
for (int i = 0; i < maxfd + 1; i++)
{
//判断此时描述符有数据吗
if (FD_ISSET(i, &tmpreadfd))
{
//判断这个描述符是谁?服务器/客户端
if (i == serverfd)
{
clientfd = accept(serverfd, NULL, NULL);
printf("new client fd=%d\n", clientfd);
//把描述符加入表
FD_SET(clientfd, &readfd);
if (clientfd > maxfd)
{
//更新maxfd
maxfd = clientfd;
}
}
else
{
char buf[N] = {};
bzero(buf, N);
int len = read(i, buf, N);
if (len < 0)
{
perror("read err");
break;
}
else if (len == 0) //如果客户端退出则退出监听表的描述符
{
printf("client %dquit\n", i);
FD_CLR(i, &readfd);
close(i);
break;
}
else //接受到的数据处理
{
//打印读到的数据
printf("read from %d client=%s\n", i, buf);
// printf("%s\n", buf);
//反序列化//并发生给共享内存
aliviar(buf);
printf("%s\n", buf);
fflush(NULL);
}
}
}
}
}
close(serverfd);
return 0;
}
设备搜索响应模块Linux部分.c代码
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include "cJSON.h"
#define N 64
void *new_sock(void *arg)
{
printf("will recv new connect\n");
int sockfd, qtfilefd;
char buf[1200];
int addrlen = sizeof(struct sockaddr);
struct sockaddr_in addr, clientaddr;
int nbytes;
// 1创建一个套接字--socket
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd < 0)
{
perror("socket err");
exit(-1);
}
// 2定义套接字地址--sockaddr_in
bzero(&addr, addrlen);
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.50.132");
addr.sin_port = htons(6666); //新的连接用6666端口
// 3绑定套接字--bind
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, addrlen) < 0)
{
perror("bind err");
exit(-1);
}
// 4启动监听--listen
if (listen(sockfd, 5) < 0)
{
perror("listen err");
exit(-1);
}
// 5接收连接--accept
qtfilefd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &addrlen);
if (qtfilefd < 0)
{
perror("accept err");
exit(-1);
}
//第二个tcp接收到QT链接
printf("recv qt client\n");
// 6收发点表--recv/send
bzero(buf, 1200);
if (recv(qtfilefd, buf, 1200, 0) > 0)
{
printf("copy....\n");
//拷贝配置文件
int fd = open("/home/hq/project/port.json", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0777);
write(fd, buf, 1048);
printf("copy success!\n");
}
else
{
perror("copy err\n");
}
pthread_exit(NULL);
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
int broadfd;
//创建一个socket文件描述符
broadfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (broadfd < 0)
{
perror("sock err");
return -1;
}
//绑定套接字(ip+port)
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(8888); //端口号
addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
int addrlen = sizeof(addr);
if (bind(broadfd, (struct sockaddr *)&addr, addrlen) < 0)
{
perror("bind err");
return -1;
}
ssize_t len;
char buf[N] = {0};
struct sockaddr_in cliaddr;
//接收"coffee"搜索包
bzero(buf, N);
len = recvfrom(broadfd, buf, N, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, &addrlen);
//判断是否是本公司产品:收到的数据是否"group"
if (strcmp(buf, "group") != 0)
{
printf("not my group\n");
return -1;
}
//回复yes,告诉软件,我收到了搜索协议,并且回复地址
sendto(broadfd, "yes", 4, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, addrlen);
bzero(buf, N);
//变身为TCP服务器,准备接收软件的升级文件
int tcpfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (tcpfd < 0)
{
perror("sock err");
return -1;
}
if (bind(tcpfd, (struct sockaddr *)&addr, addrlen) < 0)
{
perror("bind err");
return -1;
}
//监听套接字
if (listen(tcpfd, 5) < 0)
{
perror("listen err");
return -1;
}
//接收客户端的连接
printf("wait qt connect\n");
int clifd;
//接收对端的地址
clifd = accept(tcpfd, NULL, NULL);
if (clifd < 0)
{
perror("accept err");
return -1;
}
//接收到QT端链接
printf("qt cononect coming\n");
send(clifd, "yes", 3, 0);
// bzero(buf, N);
// recv(clifd, buf, 4, 0);
// printf("%s\n", buf);
while (1)
{
bzero(buf, N);
int len = recv(clifd, buf, N, 0);
cJSON *root = cJSON_Parse(buf);
cJSON *item = cJSON_GetObjectItem(root, "type");
int type = item->valueint;
if (type == 1)
{
printf("tcp链接成功\n");
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, NULL, new_sock, NULL);
}
else if (type == 3)
{
if (send(clifd, "living", 7, 0) < 0)
{
perror("send err\n");
}
}
}
return 0;
}
设备搜索响应模块Qt端代码.h
cpp
#ifndef M0WIG_H
#define M0WIG_H
#include <QWidget>
#define UDPIP "192.168.50.255"
#include <QDebug>
#include <QMessageBox>
//UDP库
#include <QUdpSocket>
#include <QHostAddress>
//TCP库
#include <QTcpSocket>
//文本流
#include <QTextStream>
#include <QFile>
//定时类
#include <QTimer>
//QJSON类
#include <QJsonDocument>
#include <QJsonObject>
namespace Ui {
class M0Wig;
}
class M0Wig : public QWidget
{
Q_OBJECT
public:
explicit M0Wig(QWidget *parent = 0);
~M0Wig();
private:
Ui::M0Wig *ui;
QUdpSocket *udpSocket;//udp socket对象
QTcpSocket *socket;//TCP客户端对象
QTcpSocket *fliesocket;//tcp文件对象
QString tcpip;//服务器IP地址
QTimer *timer;//心跳包定时器
private slots:
void btnSearchSlot();
void n1tcpReadSlot();
void btnLoginSlot();
void udpRecvSlot();//接收广播回复
void connectFileSlot();
void heartTimerSlot();
};
#endif // M0WIG_H
设备搜索响应模块Qt端代码.cpp
cpp
#include "m0wig.h"
#include "ui_m0wig.h"
//json对象
QJsonObject json;
M0Wig::M0Wig(QWidget *parent) :
QWidget(parent),
ui(new Ui::M0Wig)
{
ui->setupUi(this);
//创建udp对象
udpSocket = new QUdpSocket(this);
//创建tcp客户端对象
socket = new QTcpSocket(this);
fliesocket=new QTcpSocket(this);
//发送广播槽函数
connect(ui->pushButtonSearch,SIGNAL(clicked()),this,SLOT(btnSearchSlot()));
//接收广播回复
connect(udpSocket, SIGNAL(readyRead()), this,SLOT(udpRecvSlot()));
//建立第一个TCP连接
connect(ui->pushButtonLogin,SIGNAL(clicked()),this,SLOT(btnLoginSlot()));
//接收服务器数据
connect(socket,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(n1tcpReadSlot()));
//第二个tcp发送文件
connect(fliesocket,SIGNAL(connected()),this,SLOT(connectFileSlot()));
// 创建定时器,每隔1秒发送心跳包
timer = new QTimer(this);
connect(timer, SIGNAL(timeout()), this,SLOT(heartTimerSlot()));
timer->start(1000); // 1000毫秒为间隔
}
M0Wig::~M0Wig()
{
delete ui;
//关闭广播
udpSocket->close();
}
//进行UDP广播
void M0Wig::btnSearchSlot()
{
//绑定广播地址
QHostAddress broadcastAddress(UDPIP);
QByteArray datagram = "group"; // 你想要广播的消息
if (udpSocket->writeDatagram(datagram, datagram.size(), broadcastAddress, 8888)) { // 8888是端口号
// 消息成功发送
qDebug()<<"广播成功";
} else {
// 消息发送失败
qDebug()<<"广播失败";
}
}
void M0Wig::n1tcpReadSlot()
{
QByteArray buffer = socket->readAll();
// QByteArray → QString
QString text(buffer);
if(text=="yes")
{
QMessageBox::information(this,"信息","tcp连接成功");
json["type"] = 1;
// 创建JSON文档
QJsonDocument jsonDoc(json);
// 将JSON文档转换为字节数组
QByteArray jsonData = jsonDoc.toJson();
// 发送JSON数据
socket->write(jsonData);
// text="port";
// QTextStream output(socket);
// output << text;
//建立第二个TCP连接
fliesocket->connectToHost(tcpip,6666);
}
else if(text == "living")
{
qDebug()<<"process living";
}
else
qDebug()<<"tcp连接失败";
}
//建立TCP连接
void M0Wig::btnLoginSlot()
{
//建立第一个TCP连接
socket->connectToHost(tcpip,8888);
}
void M0Wig::udpRecvSlot()
{
while (udpSocket->hasPendingDatagrams()) {
QByteArray datagram;
datagram.resize(udpSocket->pendingDatagramSize());
QHostAddress sender;
quint16 senderPort;
udpSocket->readDatagram(datagram.data(), datagram.size(), &sender, &senderPort);
tcpip = sender.toString();//获取服务器地址
// 打印发送者地址和接收到的数据
qDebug() << "Received datagram from:" << sender.toString() << datagram.data();
ui->textBrowser->append(sender.toString());
udpSocket->close();//关闭广播
}
}
void M0Wig::connectFileSlot()
{
QFile readFile(":/new/prefix1/js.json");
readFile.open(QIODevice::ReadOnly);
QByteArray file;
qint64 totalSize = readFile.size();
qDebug()<<totalSize;
file = readFile.read(totalSize);
qDebug()<<file;
fliesocket->write(file);
}
void M0Wig::heartTimerSlot()
{
// 添加其他键值对
json["type"] = 3;
// 创建JSON文档
QJsonDocument jsonDoc(json);
// 将JSON文档转换为字节数组
QByteArray jsonData = jsonDoc.toJson();
// 发送JSON数据
socket->write(jsonData);
// 等待数据发送完毕
if (socket->waitForBytesWritten()) {
qDebug() << "JSON data sent successfully1";
} else {
qDebug() << "Failed to send JSON data";
}
}
Modbus采集进程.c代码
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <modbus.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#include "msg_queue_peer.h"
#include "shmem.h"
#define MODBUS_IP "192.168.50.249"
#define MODBUS_PORT 502
union val_t {
int b_val; //bool类型存储空间
int i_val; //整形值存储空间
float f_val; //浮点值存储空间
};
struct msg //消息队列的消息类型
{
long type; //类型 3:STM32 1:modbus
int key; //key 值
union val_t val; //数据(共用体类型)
};
struct std_node
{
int key; //唯一键值
int type; //数据点类型
int dev_type; //数据点属于哪个设备,根据网关支持的设备自行定义
union val_t old_val; //变化上报后需要更新旧值
union val_t new_val; //从共享内存取出最新数据,放到new_val中
int ret; //默认为-1,采集成功后设置为0,采集失败再置-1
};
modbus_t *ctx;
// modbus读取设备线程
void *modbus_thread(void *arg)
{
//初始化创建共享内存
struct shm_param para;
if (shm_init(¶, "SHMEM", 512))
{
perror("shm_init err\n");
}
int *num = shm_getaddr(¶); //指针指向共享内存的地址->映射
if (NULL == num)
{
perror("shm getaddr err");
}
struct std_node *std;
std=(struct student*)(num+1);
uint16_t buf[1024] = {};
uint16_t dataa[128] = {};
uint8_t data[128] = {};
while (1) //循环检测modbus salve里线圈和寄存器信息
{
sleep(2); //联调后把延时和打印注释掉
//读保持寄存器 功能码03
//ctx :Modbus实例
//addr :寄存器起始地址
//nb :寄存器个数
//dest :得到的状态值
modbus_read_registers(ctx, 0, 10, dataa);
// printf("湿度:%d\n光照强度:%d\nCO2浓度:%d\n", dataa[0], dataa[2], dataa[4]);
//读线圈 功能码01
modbus_read_bits(ctx, 0, 10, data);
//printf("水泵开关:%d 灯光开关:%d 排气扇:%d\n",data[0], data[1], data[2]);
//printf("num=%d\n", *num);
for (int i = 0; i < *num; i++)
{
if ((std + i)->key == 101) //土壤湿度
{
(std+i)->new_val.i_val=dataa[0];
}
if ((std + i)->key == 102) //光照强调
{
(std + i)->new_val.i_val = dataa[2];
}
if ((std + i)->key == 105) //CO2浓度
{
(std + i)->new_val.i_val = dataa[4];
}
if ((std + i)->key == 104) //开关水泵
{
(std + i)->new_val.i_val = data[0];
}
if ((std + i)->key == 103) //开关灯
{
(std + i)->new_val.i_val = data[1];
}
if ((std + i)->key == 106) //排气扇
{
(std + i)->new_val.i_val = data[2];
}
}
for (int i = 0; i < *num; i++)
{
if ((std + i)->key == 101) //土壤湿度
{
printf("土壤湿度:%d\n", (std + i)->new_val.i_val);
}
if ((std + i)->key == 102) //光照强调
{
printf("光照强度:%d\n", (std + i)->new_val.i_val);
}
if ((std + i)->key == 105) //CO2浓度
{
printf("CO2浓度:%d\n", (std + i)->new_val.i_val);
}
if ((std + i)->key == 104) //开关水泵
{
printf("水泵状态:%d\n", (std + i)->new_val.i_val);
}
if ((std + i)->key == 103) //开关灯
{
printf("灯状态:%d\n", (std + i)->new_val.i_val);
}
if ((std + i)->key == 106) //排气扇
{
printf("排气扇状态:%d\n", (std + i)->new_val.i_val);
}
putchar(10);
}
memset(dataa, 0, sizeof(dataa));
memset(data, 0, sizeof(data));
}
shm_del(¶);
pthread_exit(NULL);
}
//modbus写入线圈
void *modbus_write(void *arg)
{
struct msg msg1;
while (1)
{
printf("111\n");
//用消息队列接收指令
msg_queue_recv("set_msg",&msg1,sizeof(struct msg),1,0);
printf("msg1.key=%d\n",msg1.key);
// modbus_write_bit(ctx, 0, msg1->val.i_val);
printf("msg1.val.i_val=%d\n",msg1.val.i_val);
if (msg1.key==104)
{
modbus_write_bit(ctx,0,msg1.val.i_val);
}
if (msg1.key==103)
{
modbus_write_bit(ctx,1,msg1.val.i_val);
}
if (msg1.key==106)
{
modbus_write_bit(ctx,2,msg1.val.i_val);
}
}
pthread_exit(NULL);
//pause();
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
ctx = modbus_new_tcp(MODBUS_IP, MODBUS_PORT);
if (ctx == NULL)
{
perror("modbus create err");
return -1;
}
if (modbus_set_slave(ctx, 1) != 0)
{
perror("set id err");
return -1;
}
if (modbus_connect(ctx) != 0)
{
perror("connect err");
return -1;
}
pthread_t tid, tid1;
pthread_create(&tid, NULL, modbus_thread, NULL);
pthread_create(&tid1, NULL, modbus_write, NULL);
pthread_detach(tid);
pthread_detach(tid1);
while (1);
modbus_free(ctx);
modbus_close(ctx);
return 0;
}