基于RT-Thread設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)分析預(yù)警系統(tǒng)

概述

我們在工廠里，特別是生產(chǎn)重型機(jī)械的工廠里工作過的人都知道，當(dāng)我們需要吊起幾百斤到到幾十噸的重物時，一般都會用到起重機(jī)，常見起重機(jī)又分為橋式起重機(jī)、門式起重機(jī)等，都具有自身運(yùn)行軌道的起重機(jī)設(shè)備，他們的運(yùn)行軌道一般根據(jù)車間的長度來安裝和車間的寬度來設(shè)計制造，相當(dāng)于每臺起重設(shè)備都是定制的。常見的起重機(jī)有雙梁和單梁，一般10噸以下多以單梁和小型雙梁為主，10噸到20噸以小型雙梁為主，20噸以上以雙梁為主，同時還配有司機(jī)室。

由于軌道很長，所以是由多根軌道拼接而成，連接處會有縫隙，如果縫隙過大會造成起重機(jī)運(yùn)行過程出現(xiàn)劇烈抖動，如果軌道不平，起重機(jī)運(yùn)行時就會有上坡下坡的情況。設(shè)備會增加自身負(fù)載而影響運(yùn)行安全。為了實(shí)時監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，需要一個小巧跟隨設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)分析儀?？梢苑奖惆惭b在需要監(jiān)測的部位，當(dāng)超過設(shè)定相關(guān)參數(shù)的閾值時就會發(fā)出報警信息，配合這樣測量的數(shù)據(jù)更加真實(shí)可靠。除了用于起重機(jī)，還可以用于船舶，游樂設(shè)施等。

開發(fā)環(huán)境

本項(xiàng)目采用到硬件方案是：通過ART-Pi STM32H750主板上的I2C引腳和UART以及一個普通IO口就可以實(shí)現(xiàn)與STEVAL-MKI197V1（LSM6DSOX）六軸傳感器和STEVAL-MKI192V1（LPS22HH）氣壓傳感器的I2C通信，與廣和通 L610-CN-00 Cat1 模塊實(shí)現(xiàn)串口通信連接物聯(lián)網(wǎng)平臺。

除了以上的外擴(kuò)硬件外，還使用到了ART-PI板載的資源，如WIFI模塊的WIFI和藍(lán)牙功能實(shí)現(xiàn)小程序進(jìn)行藍(lán)牙配網(wǎng)后啟動TCP服務(wù)器，等待其他客戶端連接并進(jìn)行相關(guān)控制。

軟件方案是：

1. 開發(fā)源碼基礎(chǔ)：ART-PI SDK1.0，主要使用到出廠案例中的藍(lán)牙配網(wǎng)
2. STM32CubeMX:主要用于生成相關(guān)硬件驅(qū)動
3. 開發(fā)工具及版本：MDK5.31.0.0
4. ENV工具：通過menuconfig配置L610組件到工程
5. 物聯(lián)網(wǎng)可視化軟件Node-Red：人機(jī)交互頁面
6. 阿里云物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺，其中阿里云和Node-Red是作為數(shù)據(jù)采集顯示運(yùn)動曲線的上位機(jī)，方便對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
7. 手機(jī)APP：具有TCP/IP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)連接開發(fā)板WIFI。

RT-Thread使用情況概述

總的來講，RT_Thread大部分功能都用到了，因?yàn)槲沂腔诔鰪S代碼來添加自己的應(yīng)用代碼的，這里只介紹自己添加了哪些功能代碼。

內(nèi)核部分：使用了任務(wù)創(chuàng)建、任務(wù)休眠

組件部分：使用了WIFI框架來實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動、輕量級的TCP/IP協(xié)議、AT指令框架、MQTT組件

軟件包：使用了廣和通L610模組驅(qū)動，連接阿里云軟件包。

硬件框架

框架如圖所示：主要用到ART-PI主板、廣和通L610 cat1模組、六軸傳感器和氣壓計。

1. 利用ART-PI板載的WIFI/BT(AP6212A)模組實(shí)現(xiàn)TCP服務(wù)器，首先通過手機(jī)的微信小程序讓開發(fā)板連接到無線路由器，然后創(chuàng)建TCP服務(wù)器。通過局域網(wǎng)手機(jī)軟件或網(wǎng)絡(luò)助手軟件都可以連接TCP服務(wù)器。
2. 六軸傳感器和氣壓計是用于測量設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，如姿態(tài)、方向、高度、溫度等，通過HAL庫的I2C實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取。
3. LSM6DSOX 是小尺寸低噪聲低功耗的加速度計陀螺儀二合一芯片 . 具有數(shù)字I2C、SPI 和MIPI I3CSM 串口標(biāo)準(zhǔn)輸出. 是手持便攜式應(yīng)用的理想選擇，如物聯(lián)網(wǎng)（IoT）連接設(shè)備，穿戴，等其他應(yīng)用?？衫糜布R別出的自由落體事件、6D 方向、單擊和雙擊感應(yīng)、活動或不活動、喚醒事件，來生成中斷信號?？蓡为?dú)設(shè)定最多16 個嵌入式有限狀態(tài)機(jī)，用于運(yùn)動檢測或手勢識別，例如查看、絕對手腕傾斜、搖晃、連續(xù)兩次搖晃或拿起。LSM6DSOX 還嵌入了機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)核邏輯，可以識別數(shù)據(jù)模式與用戶定義的類別集是否匹配。應(yīng)用的典型示例有跑步、行走和駕車等活動檢測。
4. LSM6DSOX EVB提供完整的LSM6DSOX信號輸出，并在VDD/VDDIO上提供所需的去耦電容，用戶基于它可以快速設(shè)計自己的系統(tǒng)原型和設(shè)備，直接調(diào)試評估芯片的功能和性能參數(shù)。
5. LPS22HH 是一款高精度氣壓傳感器，可用作數(shù)字輸出氣壓計，具有數(shù)字I2C / MIPI I3CSM / SPI 串行接口標(biāo)準(zhǔn)輸出。工作壓力范圍為260 hPa 至1260 hPa，器件能夠以最高200 Hz 的輸出數(shù)據(jù)率測量壓力值。絕對精度是0.5hPa.LPM下功耗只有4uA.可以用于測量海拔高度,樓層定位,無人機(jī)定高,吸塵器吸力大小判斷等應(yīng)用。
6. LPS22HH EVB提供完整的氣壓計LPS22HH信號輸出，并在VDD/VDDIO上提供所需的去耦電容，用戶基于它可以快速設(shè)計自己的系統(tǒng)原型和設(shè)備，直接調(diào)試評估芯片的功能和性能參數(shù)。
7. 廣和通LTE Cat 1模組L610技術(shù)規(guī)格：

（1）、L610是LTE-Cat1制式；（2）、L610的基帶是展銳春藤 8910DM，是完全符合3GPP R13官方標(biāo)準(zhǔn)的 Cat.1bis 通信終端解決方案；（3）Cat1 最大上/下行速率 5Mbps UL/10Mbps DL；（4）Cat1 是LTE終端的一個類別，不是新技術(shù)，用現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)建成熟；（5）、完美承接2G/3G的退網(wǎng)迭代需求；（6）、完美承接部分Cat4的向下兼容替代需求；（7）、Cat1可以覆蓋超30%的物聯(lián)網(wǎng)場景 ；（8）、Catx（UE-Category），3GPP定義 LTE終端能力等級，表明了終端所支持的數(shù)據(jù)處理能力（下載、上傳速 率）、最大的空分復(fù)用、調(diào)制編碼能力；（9）Cat.1 bis是唯一符合規(guī)范的Cat1單天線方案。

通過它可以實(shí)現(xiàn)戶外將測量傳感器數(shù)據(jù)通過MQTT協(xié)議發(fā)送到阿里云平臺，模組是通過ART-PI主板的UART1和一個GPIO引腳實(shí)現(xiàn)AT指令控制的。模組的供電電源由ART-PI主板5V引腳提供。詳情閱讀：基于廣和通Cat1模塊L610+ RT-Thread AT-Device應(yīng)用講解.pdf文件

軟件框架說明

軟件部分主要是利用ART-PI的出廠固件實(shí)現(xiàn)小程序藍(lán)牙配網(wǎng)，為實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)連接做好準(zhǔn)備，連接好WIFI路由器，然后開發(fā)板創(chuàng)建兩個TCP服務(wù)器后，即可使用手機(jī)端TCP/IP APP來連接開發(fā)板，實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP發(fā)送相關(guān)指令來查看開發(fā)板采集到的數(shù)據(jù)。此時NODERED也可以實(shí)現(xiàn)同樣的連接方式，同時還具備連接阿里云的MQTT功能，讓數(shù)據(jù)可視化，例如查看數(shù)據(jù)曲線。Cat1 L610模組也是實(shí)現(xiàn)MQTT連接阿里云，它的重要意義在于可以在戶外測試設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，因?yàn)橹恍枰娫捒ň涂梢詫?shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)實(shí)時上傳到云端，并用Node-RED遠(yuǎn)程監(jiān)控。

軟件模塊說明

應(yīng)用軟件關(guān)鍵部分的邏輯有：

1. 官網(wǎng)提供的微信小程序：檢測開發(fā)板藍(lán)牙，并實(shí)現(xiàn)通過藍(lán)牙配置手機(jī)連接的WIFI。
2. TCP/IP：啟動兩個TCP服務(wù)器實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)控制，提供兩個端口號5000和6000。
3. Node-Red：通過物聯(lián)網(wǎng)平臺軟件連接TCP服務(wù)器和阿里云平臺進(jìn)行控制和接收開發(fā)板采集的數(shù)據(jù)。
4. 阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺：與L610實(shí)現(xiàn)MQTT連接，上傳傳感器數(shù)據(jù)；與Node-Red連接獲取傳感數(shù)據(jù)并集中顯示在Node-Red人機(jī)交互頁面中。
5. 手機(jī)APP :下載第三方的TCP/IP協(xié)議的APP連接開發(fā)板的TCP服務(wù)器，例如連接192.168.1.6 端口5000。實(shí)現(xiàn)查詢傳感器數(shù)據(jù)，控制開發(fā)板。