CAT1 RTU軟硬件設(shè)計開源資料分析（HTTP協(xié)議+Modbus協(xié)議版本 ）

一、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)計的具有模塊化結(jié)構(gòu)的、特殊的計算機測控單元，它將末端檢測儀表和執(zhí)行機構(gòu)與遠(yuǎn)程控制中心相連接。

奇跡HTTP RTU+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 href="http://ttokpm.com/v/tag/8966/" 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。

二、CAT1 RTU方案的硬件設(shè)計分享

1.硬件功能概述

奇跡HTTP RTU+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。

HTTP RTU+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HTTP透傳、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：

暫時無法在飛書文檔外展示此內(nèi)容

2.2 HaaS框圖：

AM430EV5系列SOM板：

AM430EV5 SOM板1（5*6卡）Haas框圖

AM430EV5 SOM板2（全網(wǎng)通卡）Haas框圖

AM430EV5 SOM板3（插拔卡）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：

詳情見Wiki：Cellular IoT Wiki 知識庫。

REV1主板SCH：

詳情見Wiki：Cellular IoT Wiki 知識庫。

三、CAT1 RTU方案的軟件設(shè)計分享

1.軟件功能概述

功能概述：

網(wǎng)絡(luò)通訊功能：為了實現(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、HTTP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：上述功能實現(xiàn)后，可以考慮后期維護過程中，當(dāng)RTU現(xiàn)場維護不方便，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?？刂品绞桨ㄗx寫、定時寫、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實現(xiàn)Modbus協(xié)議很有必要。因為大多數(shù)設(shè)備都是通過01H、02H、03H、04H、05H、06H來控制，所以實現(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 軟件實現(xiàn)功能：

AT指令配置設(shè)備運行參數(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，定時上報，可以單獨讀某一路，可以5路同時讀

支持5路DO，包含，可配上拉/下拉，初始電平，重啟狀態(tài)，可以單獨設(shè)置某一路的輸出電平，也可以同時設(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)報警，周期上報

鬧鐘功能，DO定時執(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。

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目的開發(fā)。

開發(fā)過程會從核心組件驗證，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現(xiàn)組件和模塊，從而完成整個項目。

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，HTTP模塊，心跳模塊，掉線重連模塊，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

HTTP組件：包括參數(shù)配置，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，定時發(fā)送

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

AI組件：包括參數(shù)配置，ADC接口初始化，電流計算，定時上報

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

鬧鐘組件：包括參數(shù)配置，定時，超時動作

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，下面的模塊實現(xiàn)可能要基于上面的組件。

AT指令模塊

心跳模塊

HTTP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

四、CAT1 RTU方案成果展示

1.SCH的講解和Geber文件資料

詳情請見Wiki：Cellular IoT Wiki 知識庫

2.Datasheet

詳情請見Wiki：Cellular IoT Wiki 知識庫

3.AT指令手冊

詳情請見Wiki：Cellular IoT Wiki 知識庫

4.產(chǎn)品BOM

詳情請見Wiki：Cellular IoT Wiki 知識庫

5.固件下載鏈接

詳情請見Wiki：Cellular IoT Wiki 知識庫

五、如何了解更多CAT1 RTU方案

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在我們長期投身于蜂窩物聯(lián)網(wǎng) ODM/OEM 解決方案的實踐過程中，一直被物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)碎片化與產(chǎn)業(yè)資源碎片化的問題所困擾。從產(chǎn)品定義、芯片選型，到軟硬件研發(fā)和測試，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的碎片化以及產(chǎn)業(yè)資源的碎片化，始終對團隊的產(chǎn)品開發(fā)交付質(zhì)量和效率形成制約。為了減少因物聯(lián)網(wǎng)碎片化而帶來的重復(fù)開發(fā)工作，我們著手對物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)中高頻應(yīng)用的技術(shù)知識進(jìn)行沉淀管理，并基于 Bloom OS 搭建了不同平臺的 RTOS 應(yīng)用生態(tài)。后來我們發(fā)現(xiàn)，很多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)團隊都面臨著相似的困擾，于是，我們決定向全體物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)開發(fā)者開放奇跡物聯(lián)內(nèi)部沉淀的應(yīng)用技術(shù)知識庫 Wiki，期望能為更多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)者減輕一些重復(fù)造輪子的負(fù)擔(dān)。

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，

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審核編輯 黃宇