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基于RT-Thread+RA6M4的通用4G远传SensorHub

发布于 2022-07-25 20:26:51 浏览：714 订阅该版

[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。