紅豆Cat 1開源 項(xiàng)目四： 從0-1設(shè)計(jì)一款TCP版本DTU產(chǎn)品的軟硬件全過程

引言

本文為奇跡物聯(lián)量產(chǎn) DTU 產(chǎn)品設(shè)計(jì)資料分享，主要針對(duì)嵌入式 C 語言物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)愛好者學(xué)習(xí)交流?？蓭椭韵氯藛T降低物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)門檻：

物聯(lián)網(wǎng)Cat 1產(chǎn)品開發(fā)初學(xué)者： 本文將介紹產(chǎn)品的軟硬件定義、硬件設(shè)計(jì)分析、軟件設(shè)計(jì)分析，并詳細(xì)講解單一功能點(diǎn)功能模塊的驗(yàn)證過程和測(cè)試驗(yàn)證方法。通過學(xué)習(xí)本內(nèi)容，初學(xué)者可以在 1-2 天內(nèi)完成一款 Cat 1 DTU產(chǎn)品的開發(fā)全過程，快速提升物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)的實(shí)踐能力。本文也是紅豆開源產(chǎn)品的一個(gè)實(shí)戰(zhàn)講解項(xiàng)目。

負(fù)責(zé)開發(fā)類似DTU（Cat 1 版本）功能定義的產(chǎn)研人員：通過本案例，你將全面了解 DTU的設(shè)計(jì)全部功能模塊拆解分析，并結(jié)合紅豆開源平臺(tái)（開源硬件+RTOS 開源資料），快速進(jìn)行微改動(dòng)，完成自己的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品項(xiàng)目研發(fā)設(shè)計(jì)。

需要設(shè)計(jì)一款DTU產(chǎn)品的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：本案開源了產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟硬件全部設(shè)計(jì)資料，以及產(chǎn)品手冊(cè)、AT指令手冊(cè)、JSON通信協(xié)議等開發(fā)成果，可以直接轉(zhuǎn)為自己量產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)資料，節(jié)省開發(fā)成本。

TCP版本DTU產(chǎn)品項(xiàng)目概述

遠(yuǎn)程終端單元( Remote Terminal Unit，DTU)，一種針對(duì)通信距離較長(zhǎng)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣而設(shè)計(jì)的具有模塊化結(jié)構(gòu)的、特殊的計(jì)算機(jī)測(cè)控單元，它將末端檢測(cè)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)與遠(yuǎn)程控制中心相連接。

產(chǎn)品定義&功能描述

硬件功能概述

TCP DTU，用于將遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的傳感器和執(zhí)行器數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/8966/" target="_blank">控制系統(tǒng)或監(jiān)控中心。DTU通常用于工業(yè)自動(dòng)化、能源管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，它可以收集和傳輸各種類型的數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、流量、電流、電壓等。

TCP DTU具有5*6貼片卡/外置SIM卡/全網(wǎng)通卡功能，支持卡基站定位，內(nèi)嵌看門狗，掉線自動(dòng)恢復(fù)。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)RS232/485接口，可以支持6-20V的寬電壓輸入。

TCP DTU為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)固件以及對(duì)應(yīng)源碼，以及對(duì)應(yīng)的TCP透?jìng)?、AT指令配置等功能的操作例程。

軟件功能概述

網(wǎng)絡(luò)通訊功能：為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制中心對(duì)終端測(cè)控單元的控制，DTU首先應(yīng)該具備聯(lián)網(wǎng)的能力，通過網(wǎng)絡(luò)將兩者連接起來。實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)通訊，就要考慮網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的問題，如果不穩(wěn)定，需要實(shí)現(xiàn)斷線重連等。服務(wù)器確定設(shè)備目前在線

參數(shù)配置功能：網(wǎng)絡(luò)通訊可以選擇TCP，MQTT等協(xié)議。連接TCP服務(wù)器，需要配置TCP服務(wù)器地址，端口號(hào)等參數(shù)；連接MQTT服務(wù)器需要配置鑒權(quán)信息，訂閱和發(fā)布的Topic等參數(shù)。此外，其它復(fù)雜功能，也會(huì)涉及到一些參數(shù)的配置。

網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置功能：上述功能實(shí)現(xiàn)后，可以考慮后期維護(hù)過程中，當(dāng)DTU現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)不方便，使用網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行配置的方式。配置的方式可以選擇多種形式，可以將上面的指令稍微修改，也可以另外寫一份協(xié)議。

心跳功能：當(dāng)DTU和遠(yuǎn)程服務(wù)器建立連接后，服務(wù)器判斷設(shè)備是否在線，需要DTU定時(shí)發(fā)送一串?dāng)?shù)據(jù)給服務(wù)器，用通信來確認(rèn)DTU在線。

產(chǎn)品硬件定義

系統(tǒng)框圖：

暫時(shí)無法在飛書文檔外展示此內(nèi)容

HaaS框圖：

SOM板Haas框圖

AM430EV5 SOM板1（5*6eSIM卡）Haas框圖

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AM430EV5 SOM板2（全網(wǎng)通SIM卡）Haas框圖

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REV1主板Haas框圖

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也可以購(gòu)買標(biāo)準(zhǔn)硬件進(jìn)行軟件開發(fā)，購(gòu)買鏈接：

https://item.taobao.com/item.htm?id=768412868192&spm=a1z10.1-c-s.w4004-25306266394.3.7c4517edPbkQLY

產(chǎn)品軟件功能定義

開源項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)功能：

AT指令配置設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，包括：服務(wù)器連接IP、端口號(hào)；心跳包開啟/關(guān)閉；心跳包內(nèi)容；注冊(cè)包模式；注冊(cè)包內(nèi)容。以及復(fù)位和查詢相關(guān)配置參數(shù)指令。

可隨時(shí)選擇進(jìn)入、退出透?jìng)髂Ｊ?/p>

心跳保持功能，心跳間隔可配置

網(wǎng)絡(luò)重連功能

理論上可以發(fā)送無限長(zhǎng)度數(shù)據(jù)包

波特率固定為115200，可以根據(jù)客戶需求定制

網(wǎng)絡(luò)AT指令和JSON協(xié)議配置功能，可以通過服務(wù)器下發(fā)遠(yuǎn)程AT指令配置

支持遠(yuǎn)程升級(jí)

軟件功能模塊分析：

按照上面的分析，開發(fā)的過程就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)個(gè)組件，幾個(gè)組件完成一個(gè)模塊，幾個(gè)模塊完成一個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)。

開發(fā)過程會(huì)從核心組件驗(yàn)證，完整代碼詳解，調(diào)試三個(gè)章節(jié)來講，如何使用服務(wù)層API或應(yīng)用層組件中的代碼實(shí)現(xiàn)組件和模塊，從而完成整個(gè)項(xiàng)目。

軟件流程圖：

根據(jù)上面的講解，我們可以輕松畫出每個(gè)模塊的流程圖：

暫時(shí)無法在飛書文檔外展示此內(nèi)容

基開發(fā)豆平臺(tái)開發(fā)分析（用了哪些應(yīng)用層組件和服務(wù)層組件）

我們的目的是做一款RTU，根據(jù)RTU應(yīng)該具有的的功能，代碼可以分為：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，AT指令模塊，切卡模塊，透?jìng)髂Ｊ角袚Q模塊，TCP模塊，心跳模塊，掉線重連模塊，GNSS模塊，DI模塊，DO模塊，AI模塊，JSON模塊，鬧鐘模塊，Modbus模塊。

模塊是根據(jù)相似的功能，把對(duì)應(yīng)的代碼放到同一個(gè)源文件中。每個(gè)功能算作一個(gè)組件，不同組件組合以來，構(gòu)成了模塊的主要功能。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組件：包括文件創(chuàng)建，初始化，讀寫，關(guān)閉等。

AT指令組件：包括串口初始化，串口數(shù)據(jù)接收，發(fā)送，數(shù)據(jù)分析，AT指令解析

切卡組件：包括GPIO初始化，復(fù)位切卡

透?jìng)髂Ｊ角袚Q組件：包括串口初始化，串口數(shù)據(jù)接收，發(fā)送，數(shù)據(jù)分析，切換模式

掉線重連組件：包括連接狀態(tài)檢測(cè)，掉線重連

TCP組件：包括參數(shù)配置，創(chuàng)建Socket，連接服務(wù)器，發(fā)送，接收數(shù)據(jù)

心跳組件：包括參數(shù)配置，定時(shí)發(fā)送

上述模塊功能大致是按照依賴順序來的，下面的模塊實(shí)現(xiàn)可能要基于上面的組件。

AT指令模塊

心跳模塊

TCP網(wǎng)絡(luò)模塊

網(wǎng)絡(luò)AT模塊

主任務(wù)模塊

升級(jí)模塊

IO模塊

文件模塊

審核編輯 黃宇