【RT-Thread作品秀】分布式溫度監(jiān)控系統(tǒng)

作者：Willian Chan 

概述：

分布式溫度監(jiān)控系統(tǒng)基于 STM32 系類(lèi)芯片開(kāi)發(fā)，支持采集多達(dá)六個(gè)分節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)收集分節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并通過(guò) WIFI 上傳云端遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視，也可本地連接串口與 PC 端通訊，上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示分節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)適用于家庭、辦公室、教室等小面積場(chǎng)所的多點(diǎn)溫度監(jiān)控，無(wú)線傳輸距離可達(dá) 100m ~ 500m，具有功耗低，丟包率低，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，是一個(gè)相當(dāng)實(shí)用的設(shè)計(jì)。

開(kāi)發(fā)環(huán)境

硬件:stm32f407-atk-explorer

擴(kuò)展板：DS18B20數(shù)字溫度傳感器，NRF24L01無(wú)線射頻模塊，ESP8266 WIFI模塊

RT-Thread版本：RT-Thread V 4.0.3

開(kāi)發(fā)工具及版本：MDK 5.27

RT-Thread使用情況概述

內(nèi)核部分：調(diào)度器，信號(hào)量，消息隊(duì)列。

調(diào)度器：創(chuàng)建多個(gè)線程來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的工作。

信號(hào)量：用來(lái)同步線程。

消息隊(duì)列：用來(lái)實(shí)現(xiàn)線程之間傳遞的數(shù)據(jù)。

組件部分：SPI框架， Sensor框架,SAL 套接字抽象層

SPI框架：使用 SPI 框架來(lái)驅(qū)動(dòng)溫度傳感器,上層代碼可以提高代碼的可重用性。

Sensor框架：為上層提供統(tǒng)一的操作接口，提高上層代碼的可重用性；簡(jiǎn)化底層驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的難度，只要實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的 ops(operations: 操作命令) 就可以將傳感器注冊(cè)到系統(tǒng)上。

SAL 套接字抽象層：組件完成對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議?；蚓W(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)接口的抽象并對(duì)上層提供一組標(biāo)準(zhǔn)的 BSD Socket API，這樣開(kāi)發(fā)者只需要關(guān)心和使用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層提供的網(wǎng)絡(luò)接口，而無(wú)需關(guān)心底層具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧類(lèi)型和實(shí)現(xiàn)，極大的提高了系統(tǒng)的兼容性，方便開(kāi)發(fā)者完成協(xié)議棧的適配和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的開(kāi)發(fā)

軟件包部分：

Webclient：提供設(shè)備與 HTTP Server 的通訊的基本功能。

pahomqtt,：本軟件包是在 Eclipse paho-mqtt 源碼包的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的一套 MQTT 客戶端程序。

Onenet：是 RT-Thread 針對(duì) OneNET 平臺(tái)連接做的的適配，通過(guò)這個(gè)軟件包，可以讓設(shè)備在 RT-Thread 上非常方便的連接 OneNet 平臺(tái)，完成數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收、設(shè)備的注冊(cè)和控制等功能。

cJSON：C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的極簡(jiǎn)的解析 JSON 格式的軟件包。

at_device：是由 RT-Thread AT 組件針對(duì)不同 AT 設(shè)備的移植文件和示例代碼組成，目前支持的 AT 設(shè)備有：ESP8266、M26、MC20、RW007、MW31、SIM800C 以及 SIM76XX 系列設(shè)備等。

nRF24L01：是一個(gè) RT-Thread 的軟件包，該軟件包提供了 nRF24L01 模塊的驅(qū)動(dòng)。

硬件框架

MCU 定時(shí)讀取 DS180B20 的溫度數(shù)據(jù)，然后通過(guò) NRF24L01 傳輸?shù)浇邮展?jié)點(diǎn)，接收節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)分別傳輸?shù)皆贫撕蚉C上位機(jī)。

軟件框架說(shuō)明

本項(xiàng)目使用分布節(jié)點(diǎn)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的采集與上傳，從而避免一個(gè)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)崩潰并不影響到其余的節(jié)點(diǎn)，本項(xiàng)目軟件分為兩部分：

第一部分：采集節(jié)點(diǎn)

MCU 上電之后完成板級(jí)外設(shè)初始化，并初始化溫度傳感器DS18B20 準(zhǔn)備采集溫度數(shù)據(jù)，無(wú)線射頻芯片NRF24L01，在一切準(zhǔn)備妥當(dāng)之后，就會(huì)定時(shí)向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。

第二部分：接收節(jié)點(diǎn)

MCU 上電之后首先完成板級(jí)外設(shè)的初始化，并初始化 ESP8266 實(shí)現(xiàn)與 ONENET 的連接。初始化 NRF24L01 準(zhǔn)備接收來(lái)自采集節(jié)點(diǎn)的溫度信息，接收到節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的溫度數(shù)據(jù)，分別發(fā)送到 ONENET 平臺(tái)和PC 端上位機(jī)。

軟件模塊說(shuō)明

發(fā)送節(jié)點(diǎn)：

發(fā)送節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建了3個(gè)線程，1個(gè)消息隊(duì)列

read_temp_entry：周期性的讀取溫度傳感器的值，并把讀取到的值通過(guò)消息隊(duì)列發(fā)送

nrf24l01_send_entry：使用消息隊(duì)列來(lái)接收傳感器檢測(cè)到的溫度值，并通過(guò) BRF24L01 發(fā)送到接收節(jié)點(diǎn)

led_shine_entry：LED 在每次發(fā)送成之后，來(lái)改變當(dāng)前的狀態(tài)，來(lái)檢測(cè)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)

接收節(jié)點(diǎn)：

接收節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建了6個(gè)線程，1個(gè)信號(hào)量，1個(gè)事件集，2個(gè)ringbuff，1個(gè)郵箱，1個(gè)消息內(nèi)存池

nrf24l01_receive_entry: NRF24L01 數(shù)據(jù)接收線程，正確收到數(shù)據(jù)后會(huì)發(fā)送WRITE_EVENT_P0事件，然后把數(shù)據(jù)放到 ringbuff，申請(qǐng)一塊內(nèi)存池，然后把數(shù)據(jù)放入內(nèi)存池，最后把內(nèi)存池的首地址放到郵箱。

save_recv_p0_data_entry：保存數(shù)據(jù)線程，接收WRITE_EVENT_P0 事件后，讀取ringbuff0的數(shù)據(jù)，保存 節(jié)點(diǎn)0 的溫度與時(shí)間戳。

save_recv_p1_data_entry：保存數(shù)據(jù)線程，接收WRITE_EVENT_P1 事件后，讀取ringbuff1的數(shù)據(jù)，保存 節(jié)點(diǎn)1 的溫度與時(shí)間戳。

onenet_mqtt_init_entry：初始化 onenet_mqtt, mqtt初始化成功之后，釋放信號(hào)量告知onenet_upload_data_thread線程可以上傳數(shù)據(jù)了，這里會(huì)做循環(huán)處理，周期性的檢查onenet_mqtt的狀態(tài)，如果已經(jīng)斷線，就進(jìn)行再次連接。

onenet_upload_data_entry: take信號(hào)量的方式，獲取到信號(hào)量之后，通過(guò)郵箱獲取到的內(nèi)存池首地址去拿到數(shù)據(jù)，然后就可以發(fā)數(shù)據(jù)到 onenet云平臺(tái)和PC端上位機(jī)。

led_shine_entry：led 閃爍線程，用來(lái)檢測(cè)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

演示效果

視頻觀看：

代碼地址

(附件為代碼地址，下載后打開(kāi)可見(jiàn)）

比賽感悟

紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行。陸游的這首詩(shī)，完美的詮釋了我在這次比賽中的收獲。

時(shí)代的發(fā)展，MCU的性能也越來(lái)越強(qiáng)，萬(wàn)物互聯(lián)的需求也愈加強(qiáng)烈，使用RTOS來(lái)實(shí)現(xiàn)物與網(wǎng)的鏈接，是時(shí)代發(fā)展的潮流，通過(guò)綜合對(duì)比，我選擇了國(guó)人自主的 RT-Thread。

通過(guò) RT-Thread官網(wǎng)上的文檔中心，我學(xué)習(xí)了 多線程及其調(diào)度、信號(hào)量、郵箱、消息隊(duì)列、內(nèi)存管理、定時(shí)器等，學(xué)完之后，有種感覺(jué)就是看過(guò)了，我都懂，但是感覺(jué)把這些都融合不起來(lái)，通過(guò)這次比賽的項(xiàng)目實(shí)踐，這些知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)全部融會(huì)貫通，我對(duì)RTOS也有了全新的認(rèn)識(shí)。

另外就是RT-Thread的軟件包非常的好用，如果沒(méi)有前人提供的軟件包，我可能不會(huì)這么快的完成這個(gè)項(xiàng)目，說(shuō)到這里，由衷的感謝開(kāi)源社區(qū)大佬們的貢獻(xiàn)。

最后感謝主辦方提供了這么好的一個(gè)平臺(tái)，不僅能展示自我，也能學(xué)到很多知識(shí)，還要感謝論壇上那些解決我問(wèn)題以及制作軟件包的大佬，希望有朝一日我也能給開(kāi)源社區(qū)貢獻(xiàn)一份自己力量。