其中系統信息交互模塊實現了系統診斷信息的實時傳輸與共享，包括屏顯模塊、云端通信模塊兩部分。通過信息交互模塊，診斷信息被分別發送至了下位機端和移動端APP，操作人員可以根據需要自行選擇是進行現場診斷還是進行遠程診斷。信息交互模塊的功能框架圖如下所示：

屏顯模塊，負責將診斷信息直接呈現在顯示屏上。基于機智云平臺設計的云端通信模塊，則負責將診斷信息通過機智云服務器發送至操作人員的移動 APP 上。云端通信模塊的功能框架如下所示：

WiFi模塊對系統計算所得的診斷信息進行封裝后傳至互聯網，并通過互聯網上傳至機智云服務器，移動端離心泵工況診斷 APP 通過與機智云服務器通信實時獲取離心泵的工況診斷信息。

云端通信模塊中的WiFi模塊負責系統的配置入網。WiFi模塊的性能對通信質量起著重要的影響作用。綜合考慮傳輸速率、距離、功耗和接受靈敏度這四方面因素，選用樂鑫 ESP8266WiFi 模組作為系統云端通信模塊的WiFi模塊，其原理圖和實物圖分別如下所示。

離心泵工況診斷系統樣機的 PCB 設計圖和實物照片分別如下所示。

信息交互程序包括兩方面，一是屏顯模塊的信息顯示程序，二是系統下位機與移動 APP之間的通信程序。屏顯模塊的信息顯示程序較簡單，MCU 核心控制模塊將屏顯模塊視為外部 SRAM 設備，通過 FSMC 對其進行驅動，完成顯示。離心泵工況診斷系統的屏顯界面如下所示：

由于機智云平臺可以為用戶提供從設備接入到產品運營管理的整個生命周期的服務。本文選用機智云作為系統云端通信的開發平臺。基于機智云服務器的云端通信框架示意圖如下所示：

云端通信的具體開發步驟如下：

?創建產品：在機智云開發者中心官網中選擇“創建新產品”，并完成產品的屬性配置。具體地，本文在開發過程中，根據診斷系統的應用領域選擇產品分類為“安防，監控”類，將產品名稱命名為“離心泵工況診斷系統 V1”，選擇技術方案類型為 WIFI/移動網絡方案，選擇通訊方式為 WIFI，選擇數據傳輸方式為定長。

?創建數據點：數據點即設備產品功能的抽象。根據系統功能設計要求，分別建立采樣頻率、電網工頻、電機輸入功率、離心泵驅動電機定子電流均方根指標、脈沖因子指標、峭度系數指標、總諧波失真指標、信噪比指標、信納比指標共 9 項只讀數值類型的數據點，用于顯示診斷信息。建立缺相報警這一項布爾值類型的數據點，用于離心泵驅動電機某相斷路時報警。

?程序改寫：基于機智云官網生成的 MCU 代碼包，對程序進行改寫，將系統計算出的指標值賦給對應數據點。

http://docs.gizwits.com/zh-cn/deviceDev/ESP8266%E4%B8%B2%E5%8F%A3%E7%83%A7%E5%86%99%E8%AF%B4%E6%98%8E.html

?基于 Android Studio 環境，對機智云提供的 APP 開源框架進行個性化修改，最后生成的移動客戶端界面。

系統APP界面圖如下：

//ADC 參數配置：voidADC_Config(void){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;ADC_CommonInitTypeDefADC_CommonInitStructure;ADC_InitTypeDefADC_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE); GPIO_InitStructureGPIO_Pin = GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3；   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 
   RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);    RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,DISABLE); 
   ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode= ADC_Mode_Independent;    ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;    ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode =ADC_DMAAccessMode_Disabled;    ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler= ADC_Prescaler_Div4;    ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure); 
   ADC_InitStructure.ADC_Resolution= ADC_Resolution_12b;    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode= ENABLE;     ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode= DISABLE; 

   ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_Rising;    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv= ADC_ExternalTrigConv_T2_TRGO;    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign= ADC_DataAlign_Right;    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion= 3;    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); 
   ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_480Cycles);      ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 2, ADC_SampleTime_480Cycles);    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_3, 3, ADC_SampleTime_480Cycles);  
   ADC_DMARequestAfterLastTransferCmd(ADC1, ENABLE);    ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); } 
  (2) 三相電參數監測模塊參數配置：  void EMU_init(int Phase,int Wire)   {   Write_Att7022(0xD3,0x0000);   //ATT7022E 復位   Write_Att7022(0xC3,0x000000);   //校表數據寄存器恢復到上電初始值 Write_Att7022(0xC9,0x00005A);//使能SPI校表寫操作Write_Att7022(0x01,0xB97E);//模式配置寄存器設置  Write_Att7022(0x03,0xF884);   //EMU 單元配置   Write_Att7022(0x02,0x0100);   //ADC 增益配置寄存器配置   Write_Att7022(0x31,0x3437);   //模擬模塊寄存器使能   Write_Att7022(0x6D, 0xFF00);   // Vrefgain 補償曲線系數 TCcoffA 設置   Write_Att7022(0x6E, 0x0DB8);   // Vrefgain 補償曲線系數 TCcoffB 設置   Write_Att7022(0x6F, 0xD1DA);   // Vrefgain 補償曲線系數 TCcoffC 設置   Write_Att7022(0x1E,HFCONST);   //HFconst 3200   Write_Att7022(0x17,(int)ATT_U_JIAOZHENG(0x0D,228.6));   //A 相電壓增益校準  Write_Att7022(0x18,(int)ATT_U_JIAOZHENG(0x0E,228.6));   //B 相電壓增益校準   Write_Att7022(0x19,(int)ATT_U_JIAOZHENG(0x0F,229.7));   //C 相電壓增益校準   Write_Att7022(0x1A,(int)ATT_I_JIAOZHENG(0x10,1.568));   //A 相電流增益校準   Write_Att7022(0x1B,(int)ATT_I_JIAOZHENG(0x11,1.568));   //B 相電流增益校準   Write_Att7022(0x1C,(int)ATT_I_JIAOZHENG(0x12,1.568));   //C 相電流增益校準   Write_Att7022(0x04,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x01,358.448));   //A 相有功功率增益校準   Write_Att7022(0x07,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x01,358.448));   //A 相無功功率增益校準   Write_Att7022(0x0A,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x01,358.448));   //A 相視在功率增益校準   Write_Att7022(0x05,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x02,358.448));   //B 相有功功率增益校準   Write_Att7022(0x08,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x02,358.448));   //B 相無功功率增益校準   Write_Att7022(0x0B,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x02,358.448));   //B 相視在功率增益校準   Write_Att7022(0x06,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x03,358.448));   //C 相有功功率增益校準  Write_Att7022(0x09,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x03,358.448));   //C 相無功功率增益校準  Write_Att7022(0x0C,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x03,358.448));   //C 相視在功率增益校準   
   if (Phase==3 && Wire==3){   //SEL 選擇      Write_Att7022(0x35,0x080E);   //IO 狀態寄存器配置    }    else if(Phase==3 && Wire==4){      Write_Att7022(0x35,0x080F);    }     Write_Att7022(0xC5,0x0002);   //打開同步   Write_Att7022(0xC9,0x000000);   //關閉 SPI 校表寫操作       } 
  (3) main.c 文件相關程序：  //頻譜繪制，帶寬 430Hz   void Frequency_Spectrum(float32_t * arry,float32_t x,uint16_t n){      uint16_t i;   float power;   for(i=0;i<430;i++){   if(*(arry+i)/x==1){   *(arry+i)=1;      }   POINT_COLOR = BLACK;   LCD_DrawLine(15+i,200+208*n,15+i,200+208*n-(*(arry+i))*180);   }    POINT_COLOR = BLUE;      LCD_ShowString(330,20+208*n,120,12,12,"Freq(Hz)    Power(dB)");   for(i=0;i<8;i++){   power=10*log10(RMSharmonic[i]*RMSharmonic[i]);   LCD_ShowFloatNum(330,32+208*n+12*i,harmonic_frequency[i],2,12,0);   if(power>0){   LCD_ShowFloatNum(396,32+208*n+12*i,power,2,12,0);   }   else{   LCD_ShowString(390,32+208*n+12*i,6,12,12,"-");   LCD_ShowFloatNum(396,32+208*n+12*i,(-power),2,12,0);   }   }   } 
  //頻域診斷指標計算   void Frequency_OperationIndicator(float32_t * arry,uint16_t n)   {    uint16_t i;   float32_t current_power;   float32_t fundamental_power;   float32_t harmonic_power;   float32_t sqrt_harmonic_power;    for(i=0;i<(FFT_LENGTH/2+1);i++){      if(i==0)     amplitude[i]=(*(arry+i)/FFT_LENGTH)* 4.39f;   //直流分量幅值還原，頻譜修正      else     amplitude[i]=(*(arry+i)*2/FFT_LENGTH) *4.39f;   //交流分量幅值還原，頻譜修正   } 
  arm_max_f32(amplitude,2049,harmonic,harmonic_frequency);   //基波基頻   RMSharmonic[0]=harmonic[0]/1.4142135623731f; 
  for(i=2;i<11;i++){   arm_max_f32((amplitude+i*harmonic_frequency[0]-1),2,harmonic+i-1,harmonic_frequency  +i-1);   //10 次以內諧波   *(harmonic_frequency+i-1)=*(harmonic_frequency+i-1)+i*harmonic_frequency[0]-1;/諧頻   RMSharmonic[i-1]=harmonic[i-1]/1.4142135623731f; }   current_power=square(RMS[n],2);    //信號總功率   fundamental_power=square(RMSharmonic[0],2);//基波功率  arm_power_f32(RMSharmonic+1,9,&harmonic_power);   //諧波功率   arm_sqrt_f32(harmonic_power,&sqrt_harmonic_power);   THD[n]=sqrt_harmonic_power/RMSharmonic[0];   //總諧波失真指標計算   SNR[n]=(fundamental_power+harmonic_power)/(current_power-fundamental_power-harmon  ic_power);      SINAD[n]=current_power/(current_power-fundamental_power);   arm_sqrt_f32(SNR[n],SNR+n);   //信噪比指標計算   arm_sqrt_f32(SINAD[n],SINAD+n);   //信納比指標計算   THD[n]=20*log10(THD[n]);   //dB 換算   SNR[n]=20*log10(SNR[n]);   //dB 換算   SINAD[n]=20*log10(SINAD[n]);  //dB 換算   Frequency_Spectrum(amplitude,harmonic[0],n); } 
  //時域診斷指標計算   void Time_OperationIndicator(float32_t * arry,uint16_t n)   {   uint32_t i;   uint32_t imax;     float32_t max;      float32_t mean;   //平均值   float32_t meanabs;   //整流平均值      float32_t meansqrt;   //算術平方根的平均值   float32_t squaremeansqrt;   //方根幅值 
     arm_max_f32(arry,4096,&max,&imax);   //峰值計算   arm_mean_f32(arry,4096,&mean);   //平均值計算   arm_abs_f32(arry,arry,4096);   //絕對值計算   for(i=0;i<4096;i++){   KURTOSIS[n]=KURTOSIS[n]+square((*(arry+i)-mean),4);   }      KURTOSIS[n]=KURTOSIS[n]/4096;    KURTOSIS[n]=KURTOSIS[n]/square((*(RMS+n)),4);   //峭度系數指標計算   arm_mean_f32(arry,4096,&meanabs);   for(i=0;i<4096;i++){   arm_sqrt_f32(*(arry+i),(arry+i));      }   arm_mean_f32(arry,4096,&meansqrt);      squaremeansqrt=square(meansqrt,2);   PULSE[n]=max/meanabs;   //脈沖因子指標計算   MARGIN[n]=max/squaremeansqrt;   //裕度因子指標計算 } 
  //Gizwits 協議初始化   void Gizwits_Init(void)   {     TIM3_Int_Init(10-1,8400-1);   //1MS 系統定時     usart3_init(9600);      memset((uint8_t*)¤tDataPoint, 0, sizeof(dataPoint_t));   //設備狀態結構體初始化     gizwitsInit();   //緩沖區初始化   } 
  //機智云用戶自定義函數   void userHandle(void)   {   if(wifi_sta)   //WIFI 已連接   {            currentDataPoint.valueFe = Fe;     currentDataPoint.valuePin = Pin;     currentDataPoint.valueTHD = THD[3];   currentDataPoint.valueSNR = SNR[3];     currentDataPoint.valueSINAD = SINAD[3];     currentDataPoint.valueCf = PULSE[3];     currentDataPoint.valueCq = KURTOSIS[3];     currentDataPoint.valueCe = MARGIN[3];     currentDataPoint.valueFs = Fs;   }   } 
  //主函數   int main(void) {      uint16_t n;        int key;     arm_cfft_radix4_instance_f32 scfft;     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);    //系統中斷優先級分組     delay_init(168);   //延時函數初始化     uart_init(115200);   //初始化串口        KEY_Init();   //按鍵初始化     Gizwits_Init();   //機智云協議初始化     TIM2_Int_Init();   //通用定時器 2 初始化        ADC_Config();   //ADC 參數配置     DMA_Config();   //DMA 參數配置        LCD_Init();   //LCD 初始化     FSMC_SRAM_Init();   //外部 SRAM 初始化          arm_cfft_radix4_init_f32(&scfft,FFT_LENGTH,0,1);   //初始化 scfft 結構體，設定 FFT 參    數        Screen_diaplay();   //界面顯示        EMU_init(3,4);   //三相電參數監測模塊初始化        while (1)        {          if(flag_dma==1)     {     arm_rms_f32(ADC_Con_A[n],4096,RMS+0);    //A 相輸入電流均方根指標計算        arm_rms_f32(ADC_Con_B[n],4096,RMS+1);    //B 相輸入電流均方根指標計算        arm_rms_f32(ADC_Con_C[n],4096,RMS+2);    //C 相輸入電流均方根指標計算        //復數構造     for(n=0;n         fft_inputbuf[0][2*n]=ADC_Con_A[n]* Kaiser [n];          fft_inputbuf[0][2*n+1]=0;           fft_inputbuf[1][2*n]=ADC_Con_B[n]*Kaiser[n];       fft_inputbuf[1][2*n+1]=0;            fft_inputbuf[2][2*n]=ADC_Con_C[n]* Kaiser [n];          fft_inputbuf[2][2*n+1]=0;             }   arm_cfft_radix4_f32(&scfft,fft_inputbuf[0]);   //FFT 計算（基 4）   arm_cmplx_mag_f32(fft_inputbuf[0],fft_outputbufA,FFT_LENGTH);   //復數求模   arm_cfft_radix4_f32(&scfft,fft_inputbuf[1]);   arm_cmplx_mag_f32(fft_inputbuf[1],fft_outputbufB,FFT_LENGTH);    arm_cfft_radix4_f32(&scfft,fft_inputbuf[2]);   arm_cmplx_mag_f32(fft_inputbuf[2],fft_outputbufC,FFT_LENGTH);   
  Frequency_OperationIndicator(fft_outputbufA,0);   //頻域診斷指標計算   Frequency_OperationIndicator(fft_outputbufB,1);   Frequency_OperationIndicator(fft_outputbufC,2);   Time_OperationIndicator(ADC_Con_A,0);   //時域診斷指標計算   Time_OperationIndicator(ADC_Con_B,1);   Time_OperationIndicator(ADC_Con_C,2); 
     //合相診斷指標計算   RMS[3]=(RMS[0]+RMS[1]+RMS[2])/3;        PULSE[3]=(PULSE[0]+PULSE[1]+PULSE[2])/3;           MARGIN[3]=(MARGIN[0]+MARGIN[1]+MARGIN[2])/3;          KURTOSIS[3]=(KURTOSIS[0]+KURTOSIS[1]+KURTOSIS[2])/3;       THD[3]=(THD[0]+THD[1]+THD[2])/3;   SNR[3]=(SNR[0]+SNR[1]+SNR[2])/3;     SINAD[3]=(SINAD[0]+SINAD[1]+SINAD[2])/3;   Fe=ReadSARegister(0x1C)/8192;   //電網工頻   Pin=Calculate_S(HXPhase)*2;   //電機輸入功率 
  LCD_ShowFloatNum(65,640,Fs,0,16,0); LCD_ShowFloatNum(65,665,F0,0,16,0);   LCD_ShowFloatNum(65,690,Fe,2,16,0);   LCD_ShowString(97,715,8,16,16,"-");   LCD_ShowFloatNum(105,715,-THD[3],2,16,0);   LCD_ShowFloatNum(97,740,SNR[3],2,16,0);   LCD_ShowFloatNum(113,765,SINAD[3],2,16,0);   LCD_ShowFloatNum(352,640,RMS[3],2,16,0);   LCD_ShowFloatNum(344,665,PULSE[3],2,16,0);   LCD_ShowFloatNum(344,690,KURTOSIS[3],2,16,0);   LCD_ShowFloatNum(344,715,MARGIN[3],2,16,0);   LCD_ShowFloatNum(312,740,P,2,16,0); 
  userHandle();   //機智云協議用戶操作   gizwitsHandle((dataPoint_t *)¤tDataPoint);   //機智云協議處理   key = KEY_Scan(0);   if(key==KEY1_PRES)   //KEY1 按鍵按下   {   printf("WIFI 進入 Airlink 連接模式
");      gizwitsSetMode(WIFI_AIRLINK_MODE);   //Airlink 模式接入   }     if(key==WKUP_PRES)   //KEY_UP 按鍵按下   {        printf("WIFI 復位，以重新配置連接
");      gizwitsSetMode(WIFI_RESET_MODE);   //WIFI 復位   }   }   }    }

綜合離心泵工況診斷系統的功能需求和硬件架構，本文從系統初始化、信息交互等方面對系統的功能實現程序進行了設計，基于機智云物聯網云平臺實現了電流信號的實時采集，診斷指標的實時計算，電流頻譜的實時顯示，電機功率的實時監測以及系統下位機與屏顯模塊、移動端 APP 兩個平臺之間的信息交互。

實物工作情況圖如下：