CAT1 RTU軟硬件設(shè)計(jì)開源資料分析 MQTT協(xié)議+Modbus協(xié)議+GNSS定位版本

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CAT1 RTU方案簡介：

遠(yuǎn)程終端單元( Remote Terminal Unit，RTU)，一種針對通信距離較長和工業(yè)現(xiàn)場環(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)測控單元，它將末端檢測儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)與遠(yuǎn)程控制中心相連接。

奇跡MQTT RTU+GNSS+Modbus版本的RTU，用于將遠(yuǎn)程現(xiàn)場的傳感器和執(zhí)行器數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒?a target="_blank">控制系統(tǒng)或監(jiān)控中心。RTU 通常用于工業(yè)自動化、能源管理、環(huán)境監(jiān)測等領(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，可以對各種類型的傳感器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

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CAT1 RTU方案的硬件設(shè)計(jì)分享

1.硬件功能概述

奇跡MQTT RTU+GNSS+Modbus版本的RTU具有5*6貼片卡/外置SIM卡/全網(wǎng)通卡功能，支持北斗/GPS定位，支持卡基站定位，內(nèi)嵌看門狗，掉線自動恢復(fù)。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)RS232/485接口，可以支持6-20V的寬電壓輸入，支持5路DO，5路DI，1路AI。

MQTT RTU+GNSS+Modbus版本的RTU為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)固件以及對應(yīng)源碼，以及對應(yīng)的MQTT透傳、GNSS、DI、DO、AI、Modbus等功能的操作例程。

2.產(chǎn)品硬件定義

2.1 系統(tǒng)框圖：

2.2 HaaS框圖：

AM430EV5系列SOM板：

AM430EV5 SOM板4（5*6卡/GNSS）Haas框圖

AM430EV5 SOM板5（全網(wǎng)通卡/GNSS）Haas框圖

AM430EV5 SOM板6（插拔卡/GNSS）Haas框圖

REV1主板Haas框圖

2.3 SCH原理圖拆解分析：

AM430EV5系列SOM板SCH和PCB（如果需要原文件，請聯(lián)系我們）：

REV1主板SCH和PCB（如果需要原文件，請聯(lián)系我們）：

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CAT1 RTU方案的軟件設(shè)計(jì)分享

1.軟件功能概述

功能概述：

網(wǎng)絡(luò)通訊功能：為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制中心對終端測控單元的控制，RTU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)RTU現(xiàn)場維護(hù)不方便，使用網(wǎng)絡(luò)對其進(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)RTU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RTU定時(shí)發(fā)送一串?dāng)?shù)據(jù)給服務(wù)器，用通信來確認(rèn)RTU在線。

遠(yuǎn)程控制功能：依托上述功能的實(shí)現(xiàn)，可以輕松地制定一些協(xié)議，遠(yuǎn)程服務(wù)器通過下發(fā)對應(yīng)的協(xié)議，來控制RTU的DI、DO、AI等接口。控制方式包括讀寫、定時(shí)寫、IO聯(lián)動等。

Modbus功能：工業(yè)現(xiàn)場控制中，很多設(shè)備都支持Modbus協(xié)議。因此RTU實(shí)現(xiàn)Modbus協(xié)議很有必要。因?yàn)榇蠖鄶?shù)設(shè)備都是通過01H、02H、03H、04H、05H、06H來控制，所以實(shí)現(xiàn)這些功能碼基本可以滿足工業(yè)現(xiàn)場控制設(shè)備的需求。

2.軟件功能定義

2.1 軟件實(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；心跳包開啟/關(guān)閉；心跳包內(nèi)容；注冊包模式；注冊包內(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、退出透傳模式

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

支持5路DI，DI可以配置為，上拉/下拉，初始電平，主動上報(bào)，定時(shí)上報(bào)，可以單獨(dú)讀某一路，可以5路同時(shí)讀

支持5路DO，包含，可配上拉/下拉，初始電平，重啟狀態(tài)，可以單獨(dú)設(shè)置某一路的輸出電平，也可以同時(shí)設(shè)置5路的輸出電平

支持1路AI，可以采集4 - 20mA的電流，可以配置閾值，按照配置觸發(fā)報(bào)警，周期上報(bào)

鬧鐘功能，DO定時(shí)執(zhí)行設(shè)置動作

IO聯(lián)動，DI/AI作為輸入源，DO跟隨動作，包括正向跟隨、反向跟隨DI；閾值內(nèi)、閾值外執(zhí)行相應(yīng)動作

支持設(shè)置50組（01H 02H 03H 04H 05H 06H）指令，設(shè)置兩組（10H）指令。支持按照設(shè)置的功能碼等配置，通過Modbus輪訓(xùn)，支持Modbus RTU，JSON三種協(xié)議格式上報(bào)。

2.2 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)一個個組件，幾個組件完成一個模塊，幾個模塊完成一個項(xiàng)目的開發(fā)。

開發(fā)過程會從核心組件驗(yàn)證，完整代碼詳解，調(diào)試三個章節(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，從而完成整個項(xiàng)目。

2.3 軟件流程圖：

3.基開發(fā)豆平臺開發(fā)分析

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)存儲模塊，AT指令模塊，切卡模塊，透傳模式切換模塊，MQTT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，把對應(yīng)的代碼放到同一個源文件中。每個功能算作一個組件，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

透傳模式切換組件：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，掉線重連

MQTT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

GNSS組件：包括參數(shù)配置，串口初始化，串口數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)分析，模式切換，定時(shí)上報(bào)

DI組件：包括參數(shù)配置，GPIO初始化，中斷檢測，模式切換，定時(shí)上報(bào)，中斷上報(bào)

AI組件：包括參數(shù)配置，ADC接口初始化，電流計(jì)算，定時(shí)上報(bào)

DO組件：包括參數(shù)配置，GPIO初始化，模式切換，定時(shí)上報(bào)，跟隨DI或者AI

鬧鐘組件：包括參數(shù)配置，定時(shí)，超時(shí)動作

JSON組件：包括數(shù)據(jù)接收，解析，數(shù)據(jù)發(fā)送

Modbus組件：包括參數(shù)配置，數(shù)據(jù)接收，解析，數(shù)據(jù)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

MQTT網(wǎng)絡(luò)模塊

網(wǎng)絡(luò)AT模塊

主任務(wù)模塊

升級模塊

IO模塊

文件模塊

JSON協(xié)議模塊

DO模塊

DI模塊

AI模塊

MODBUS模塊

（注：點(diǎn)擊每個組件的名稱，可以進(jìn)入奇跡物聯(lián)wiki知識庫獲得詳解）

四、CAT1 RTU方案成果展示

1.Geber文件資料

詳情請聯(lián)系我們

2.Datasheet

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3.AT指令手冊

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4.產(chǎn)品BOM

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5.固件下載鏈接

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五、如何了解更多CAT1 RTU方案

本文章源自奇跡物聯(lián)開源的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用知識庫Cellular IoT Wiki，更多技術(shù)干貨歡迎關(guān)注收藏Wiki：Cellular IoT Wiki 知識庫（https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf）

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Cellular IoT Wiki沉淀的技術(shù)內(nèi)容方向如下：

奇跡物聯(lián)的業(yè)務(wù)服務(wù)范圍：基于自研的NB-IoT、Cat1、Cat4等物聯(lián)網(wǎng)模組，為客戶物聯(lián)網(wǎng)ODM/OEM解決方案服務(wù)。我們的研發(fā)技術(shù)中心在石家莊，PCBA生產(chǎn)基地分布在深圳、石家莊、北京三個工廠，滿足不同區(qū)域&不同量產(chǎn)規(guī)模&不同產(chǎn)品開發(fā)階段的生產(chǎn)制造任務(wù)。跟傳統(tǒng)PCBA工廠最大的區(qū)別是我們只服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)客戶。

連接我們，和10000+物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者一起 降低技術(shù)和成本門檻

讓蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用更簡單~~

哈哈你終于滑到最重要的模塊了，

千萬不！要！劃！走！忍住沖動！~

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審核編輯 黃宇