第0章 項目方案介紹

0.1 功能介紹

本課程來自一個真實項目：多個氣體傳感器的管理。由于氣體傳感器比較昂貴，本課程里使用普通傳感器來做實驗。真實項目的使用場景如下圖所示：

• 上位機操作界面：可以監(jiān)測多個傳感器
  
• 中控：圖片暫時無法放出來，它的功能是向下通過 RS485 連接多個傳感器，向上通過USB 口連接 PC。中控平時就要時刻采樣傳感器的數(shù)據(jù)，當(dāng)上位機需要數(shù)據(jù)時通過 USB 口高效率地傳輸數(shù)據(jù)。
• 傳感器：有多個機位，每個機位都有傳感器

使用場景如下：

• 設(shè)置傳感器 ID：拿到一個傳感器后，要通過上位機設(shè)置它的 ID，然后把它放在某個機位
• 中控監(jiān)測傳感器的狀態(tài)：在線/離線，上位機周期性地讀取狀態(tài)信息
• 中控讀取傳感器數(shù)據(jù)，上位機周期性地讀取這些數(shù)據(jù)
• 上位機顯示傳感器狀態(tài)、顯示傳感器數(shù)據(jù)
• 上位機可以讀取中控、各個傳感器的程序版本信息，升級固件

0.2 硬件方案

在工業(yè)控制場景中，上位機通過中控，去控制多個設(shè)備，硬件框圖如下：

各部件的作用如下：

• 上位機：功能強大，方便操作，比如記錄歷史數(shù)據(jù)、圖像化顯示數(shù)據(jù)、升級硬件程序
• 中控：在上位機和傳感器之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，當(dāng)傳感器很多時，不使用中控的話，上位機無法快速獲得各個傳感器的數(shù)據(jù)
• 傳感器：采樣數(shù)據(jù)、上報數(shù)據(jù)

0.3 軟件方案

0.3.1 上位機方案

上位機：

• 界面使用 LVGL 編寫，界面和底層數(shù)據(jù)通過 JSON 進(jìn)行隔離，方便更換 GUI
• 數(shù)據(jù)傳輸基于 libmodbus，可以使用 Modbus RTU 協(xié)議，也可以使用 Modbus TCP 協(xié)議
• 自定義協(xié)議，以實現(xiàn)：設(shè)備 ID 寫入、設(shè)備狀態(tài)檢測、數(shù)據(jù)讀寫、程序升級等功能

0.3.2 中控方案

中控程序復(fù)雜，基于 FreeRTOS 編寫。

中控上的程序分為 2 個：Bootloader（用于升級應(yīng)用程序）、應(yīng)用程序。中控的

Flash 如下劃分：

中控上電后，首先運行 Bootloader，它根據(jù)配置信息決定是否啟動 APP1 或 APP2，

還是保存運行 Bootloader 本身：

• Bootloader：接收上位機下發(fā)的固件，升級 APP
• APP1 或 APP2：平時運行的程序，收集傳感器數(shù)據(jù)，等待上位機讀取

上位機和中控 Bootloader 的程序框架如下：

上位機和中控 APP 的程序框架如下：

0.3.3 傳感器方案

傳感器上的程序也分為 2 個：Bootloader（用于升級應(yīng)用程序）、應(yīng)用程序。傳感器的 Flash 如下劃分：

傳感器上電后，首先運行Bootloader，它根據(jù)配置信息決定是否啟動APP1或APP2，還是保存運行Bootloader本身：

• Bootloader：上位機給中控下發(fā)傳感器的固件，中控再把它傳給傳感器的Bootloader，Bootloader升級APP
• APP1或APP2：平時運行的程序，讀取傳感器數(shù)據(jù)，返回給中控

中控APP和傳感器Bootloader的程序框架如下：

中控APP和傳感器APP的程序框架如下：

0.3.4 技術(shù)難點

難點在于如何保證多個傳感器數(shù)據(jù)上報以及上位機下發(fā)不丟包，因為它不僅僅是單塊板了，還可以集聯(lián)多個，所以它的拓展性很強。后期還可以非常方便地給傳感器進(jìn)行批量升級；另外在工廠場景下，會涉及到數(shù)據(jù)監(jiān)控，產(chǎn)線情況監(jiān)控等場景。項目涉及上位機開發(fā)、FreeRTOS程序開發(fā)、裸機程序開發(fā)、單片機的控制。也能掌握傳感器數(shù)據(jù)通訊、傳感器協(xié)議定義、程序升級等知識點。還可以學(xué)習(xí)良好的程序開發(fā)模式：一套代碼如何適應(yīng)不同的主控芯片、不同的操作系統(tǒng)（FreeRTOS和裸機）。最后，怎么寫出穩(wěn)定可靠、容

易擴展的程序，這個將會貫穿整個學(xué)習(xí)過程——這是產(chǎn)品，不是練手Demo。