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4G
Sensor_传感器框架
瑞萨_RA6M4
基于RT-Thread+RA6M4的通用4G远传SensorHub
发布于 2022-07-25 20:26:51 浏览:715
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[tocm] # 应用背景 在工业应用领域中,经常需要用到大量的传感器,在集中应用场景中,一般通过RTU或PLC将传感器的数据采集并通过网络传输。但是在有些应用场合,如位于野外的燃气壳站,燃气井,不太方便供电和部署RTU,一般采用电池供电下的NB Iot或者Lora等无线方案采集数据。这样的数据采集方案一般有两种: 1. 高度集成的传感器远传采集模块 2. 传感器 + 无线网关 第一种方案,产品和传感器高度绑定,有时候产品的待机时间、传感器额参数并不是和用户的使用场景非常匹配,或者也存在深度绑定导致售价偏高的问题。 第二种方案,由于用户可以自行选择传感器,具有一定的灵活性,但普遍情况下只支持RS232、RS485等接口方案,对于IIC、单总线的传感器支持的不够。并且由于两套系统分开,功耗控制的也不是很好。 本产品设计主要想做一个通用的远传sensor hub,可以通过内置多种传感器协议,使得用户只需要进行简单的配置就可以使传感器和hub完美融合。而作为sensor hub的生产厂商,可以通过内置多种传感器驱动的方法扩展器功能宽度,同时也可以充分利用MCU的IO,接出更多的传感器物理接口。 # 系统架构 整个系统基于瑞萨RA6M4作为硬件核心,以RT-Thread作为软件平台。RT-Thread相比于其他的实时操作系统,一个很显著的特点就是拥有非常多的驱动和第三方组件,一键配置可用,这对于产品的快速原型开发(PoC)非常有利。在不考虑功耗的情况下,设计者可以将精力主要放在其功能实现上。 ## 功能定义 本产品的功能定义如下: 1. 支持通过4G的远端上传。 2. 支持多接口类型和多vendor的传感器,最多支持3*UART,3*IIC, 3*单总线,2*SPI个传感器。而支持的传感器vendor可以通过扩充驱动的形拓展。 3. 传感器参数可通过蓝牙配置,最多可添加11个传感器实体,每个实体都可以自由配置接口类型,传感器型号以及远传参数。 4. 支持GPIO报警输出。 5. 以一个按钮作为输入,单击唤醒并主动update数据,长按进入参数配置状态。 6. 以一个LED或BEE为输出,指示系统的不同状态。 ![功能定义.PNG](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220725/6ba3fde791708c020e6f31dc474a3016.png.webp "功能定义.PNG") ## 硬件架构 硬件设计上以瑞萨RA6M开发板为核心,4G 模组选用合宙的4G Cat1模组Air724,通过一个蓝牙透传串口模块与手机交互(本来是打算写APP的,但是突然又其他任务所以没有时间研究了)。选用一片AT24C08用于存储参数配置,供电、按键和LED均使用开发板板载。 ![系统架构.PNG](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220725/38d291be21c6ec4539c5aa2dcfca5f2b.png "系统架构.PNG") ## 软件架构 软件设计上,复用了官方的sensor gateway demo,同时引用了大量的驱动和组件。 其中, 1. Sensor Driver主要用于扩展本产品对于传感器支持的能力 2. Netwok主要通过RTT的组件为产品提供网络传输数据能力 3. Input&Output通过一些易用的LED、Button库,实现人机交互。NimBLE由于暂时没有用到。AT24Cxx用于提供固化存储配置参数提供接口。 ![软件架构.PNG](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220725/c746971bfee1c42880f7a5d70c066b5d.png.webp "软件架构.PNG") 在RASC上简单点几下,把需要用到的驱动配置一下。 ![HAL配置.PNG](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220725/d1a0655649fe2447980b9dbca2d023d1.png.webp "HAL配置.PNG") 得益于RTT丰富的组件,几乎写很少的代码就完成了驱动开发和第三方组件集成,开发者可以将更多的精力放在自己的业务实现上。 ![组件包.PNG](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220725/0c62bd3e0c7e56dfdd561b07f226daa3.png "组件包.PNG") # 功能演示 ## 静态效果 下图是实物图,弄得比较乱,请多包涵。 Air724模块通过串口和RA6M4的UART0相连,用于为设备提供上网能力。RA6M4的UART7通过CH340与电脑连接,用于查看console打印的调试信息。另外还有一个UART1通过CH340连接电脑,此为没有时间调试蓝牙的无奈之举。 除此之外还连接了一个BH1750光照传感器和一个IIC接口的EEPROM用于实现数据存储。 ![实物图.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220725/d048786a4d997f315a810965f5bfc865.jpg.webp "实物图.jpg") ## 动态效果 启动上电,可以看到两个传感器均初始化成功,Air724通过AT Device初始化成功,并且拿到IP地址。测试了一下ping也是没有问题的。 ![联网成功.PNG](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220725/3842d05621f66fb64edfc163c9e68890.png.webp "联网成功.PNG") 同时可以在云端查看到传感器的数据以及被push上来 ![云端数据.PNG](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220725/7b6603a07114ac2e15554319129dfd07.png.webp "云端数据.PNG") # 代码 [gitee.com/yu-wang-yy/4-gsensor-hub](https://gitee.com/yu-wang-yy/4-gsensor-hub) # 总结 首先感谢瑞萨和RTT官方给了我这次试用机会。本产品只是个人在工作中一个不成熟的构想,虽然当前市面上以及有非常多的同类产品,并且二次开发易用性和扩展度远超于此,但这次开发仍是对于RTT强大生态的一次不错的体验。这样的快速原型开发体验让我映像深刻,若有机会用在实际的产品开发,一定会非常舒适。
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AngerCoke
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