睿擎平台：基于Modbus的在线监控网关方案

论坛原文：

https://club.rt-thread.org/ask/article/04554bb1d4ba5bfe.html

作者：XLUR_8603

 

功能综述

 

基于睿擎派和RT-Thread操作系统，我们开发了一款高性能工业物联网数据网关，实现了设备信息的实时采集、可视化监控和远程管理。该方案为传统工业设备的智能化升级提供了可靠且经济的技术路径。

 

核心功能

 

1. 实时数据采集与可视化

 

 

a. 通过Modbus RTU协议采集从设备数据

 

 

b. 基于WebNet实现数据的网页可视化展示

 

 

c. 支持温湿度、光照、距离等多种传感器数据监控

 

 

2. 远程设备管理

 

 

a. 通过Web界面实现设备参数配置

 

 

b. 支持在线OTA固件升级

 

 

c. 实现数据导出功能，方便数据分析

 

 

3. 稳定可靠的通信

 

 

a. 采用RS485总线连接，通信稳定可靠

 

 

b. 基于RT-Thread实时操作系统，确保系统响应及时

 

 

c. 使用互斥量保护数据，避免并发访问冲突

 

系统架构

 

硬件架构设计

 

本方案采用主从架构设计，实现了分布式数据采集与集中管理：

 

 

 

 

 

主机：睿擎派作为主站，负责数据汇总、处理和可视化

 

 

从机：星火一号作为从站，负责前端传感器数据采集

 

 

通信链路：通过RS485总线实现主从机之间的Modbus RTU通信

 

 

 

软件架构设计

 

本项目采用分层模块化设计，确保代码的可维护性和功能分离，核心模块包括：

 

 

主入口模块：程序执行入口，负责系统初始化流程

 

 

应用管理模块：集中管理应用任务，初始化全局资源

 

 

Modbus通信模块：实现Modbus RTU协议功能，负责数据读写操作

 

 

Web服务模块：基于WebNet实现HTTP服务，提供网页界面

 

 

传感器采集模块：负责各种传感器数据采集和处理

 

 

 

 

 

 

核心代码实现

 

Modbus初始化配置

 

代码说明：此模块负责初始化Modbus RTU通信环境，配置串口参数、从机地址、超时设置和RS485模式，为后续的数据采集建立通信基础。

 

 

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/* Modbus初始化 - 根据硬件配置 */staticrt_bool_tmodbus_init(void){/* 创建Modbus RTU上下文 - 使用串口配置 */    modbus_ctx =modbus_new_rtu("/dev/uart5",115200,'N',8,1);if(modbus_ctx ==NULL){LOG_E("Unable to create Modbus context");return-1;}/* 设置从机地址 */modbus_set_slave(modbus_ctx, MODBUS_SLAVE_ADDR);/* 设置响应超时 */modbus_set_response_timeout(modbus_ctx,1,0);/* 设置为 RS485 模式 */modbus_rtu_set_serial_mode(modbus_ctx, MODBUS_RTU_RS485);/* 设置 RTS 控制 */modbus_rtu_set_rts(modbus_ctx, RS485_RTS_PIN, MODBUS_RTU_RTS_UP);/* 连接Modbus设备 */if(modbus_connect(modbus_ctx)==-1){LOG_E("Modbus connection failed: %s",modbus_strerror(errno));modbus_free(modbus_ctx);        modbus_ctx = RT_NULL;return RT_FALSE;}LOG_I("Modbus initialized successfully with UART5, 115200, RS485 mode");return RT_TRUE;}

 

数据采集实现

 

代码说明：此模块实现从Modbus从设备读取传感器数据的功能，包括温湿度、光照和距离等参数，并进行数据处理和验证。

 

 

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staticrt_bool_tread_sensor_data(structsensor_data*data){uint16_t tab_reg[MODBUS_REG_COUNT];int rc;int i; if(modbus_ctx ==NULL){LOG_E("Modbus context is null");return RT_FALSE;}     rc =modbus_read_registers(modbus_ctx, MODBUS_REG_START, MODBUS_REG_COUNT, tab_reg);if(rc ==-1){LOG_E("Modbus read failed: %s",modbus_strerror(errno));return RT_FALSE;} /* 读取温度值（假设为有符号16位整数，单位0.1℃） */    data->temperature =(int16_t)tab_reg[TEMPERATURE_REG - MODBUS_REG_START]/1.0f;    data->humidity = tab_reg[HUMIDITY_REG - MODBUS_REG_START]/1.0f;    data->ps_data = tab_reg[PS_REG_ADDR - MODBUS_REG_START];    data->brightness = tab_reg[BR_REG_ADDR - MODBUS_REG_START]/1.0f;    data->valid = RT_TRUE; LOG_D("Modbus read: temp=%.1f℃, humidity=%.1f%%",          data->temperature, data->humidity);return RT_TRUE;}

 

 

 

Web服务实现

 

代码说明：此模块实现Web服务的CGI处理函数，用于响应前端的光照数据请求，通过互斥量保护共享数据，确保数据访问的安全性。

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staticvoidcgi_get_light_handler(structwebnet_session*session){constchar*mimetype;float light_value =0.0f;     mimetype =mime_get_type(RT_NULL);webnet_session_set_header(session, mimetype,200,"Ok",-1); char*trans_buf ="{\"light\": %.2f}"; if(temperature_mutex != RT_NULL){rt_mutex_take(temperature_mutex,100);        light_value = g_light_value;rt_mutex_release(temperature_mutex);} webnet_session_printf(session, trans_buf, light_value);}

 

网页界面设计

 

代码说明：此模块定义了Web界面的页面路由配置，根据用户选择加载不同的功能页面，包括设备信息、从机设备信息、视频流、数据导出、OTA更新和参数设置等。

 

 

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// 根据选择加载不同内容页const pages ={  device_info:"device_info.shtml",  slave_device_info:"slave_device_info.shtml",  video_stream:"video_stream.shtml",  data_export:"data_export.shtml",  ota_update:"ota_update.shtml",  parameter_settings:"parameter_settings.shtml",};

 

技术优势

 

1. 高实时性

 

 

a. 基于RT-Thread实时操作系统，任务响应及时

 

 

b. 采用消息队列和互斥量等IPC机制，确保数据处理的实时性

 

 

2. 易于扩展

 

 

a. 模块化设计，功能分离清晰

 

 

b. 基于RT-Thread软件包生态，可快速集成各种传感器

 

 

3. 稳定可靠

 

 

a. Modbus RTU协议，通信稳定可靠

 

 

b. RS485总线，抗干扰能力强

 

 

c. 完善的错误处理机制

 

 

4. 用户友好

 

 

a. 直观的Web界面，操作简单

 

 

b. 支持在线OTA升级，维护便捷

 

 

c. 数据可视化展示，一目了然

 

 

 

应用场景

 

工业设备监控：实时监控工业设备的运行状态和环境参数

 

 

智能楼宇：监控楼宇内的温湿度、光照等环境参数

 

 

农业大棚：监测大棚内的环境参数，实现智能调控

 

 

仓储物流：监控仓库内的温湿度、烟雾等参数，确保存储安全

 

 

 

部署与配置

 

硬件配置

 

主机：睿擎派开发板

 

 

从机：星火一号开发板

 

 

通信：RS485总线连接

 

 

传感器：温湿度传感器、光照传感器、距离传感器

 

 

软件配置

 

操作系统：RT-Thread 4.0+

 

 

协议：Modbus RTU

 

 

网络：WebNet HTTP服务

 

 

串口配置：UART5，波特率115200，无校验位，8位数据，1位停止位

 

 

 

演示效果

 

 

总结

 

基于Modbus的在线监控网关系统方案，充分利用了RT-Thread操作系统的优势，实现了设备信息的实时采集、可视化监控和远程管理。该方案具有高实时性、易于扩展、稳定可靠和用户友好等特点，可广泛应用于工业、楼宇、农业等领域的设备监控场景。

 

 

通过本方案的实施，传统工业设备可以快速接入物联网，实现智能化升级，提高生产效率和管理水平。RT-Thread软件包生态的丰富资源，也为系统的快速开发和功能扩展提供了有力支持。

 

 

 

 

 

项目代码地址：

https://gitee.com/lv-yuhaogree/rui-ching_demo

 

 

相关文档：

https://www.rt-thread.com/ruiching/document/site/