引言

本文為奇跡物聯(lián)量產(chǎn) DTU 產(chǎn)品設(shè)計資料分享，主要針對嵌入式 C 語言物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)愛好者學習交流?？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)初學者： 本文將介紹產(chǎn)品的軟硬件定義、硬件設(shè)計分析、軟件設(shè)計分析，并詳細講解單一功能點功能模塊的驗證過程和測試驗證方法。通過學習本內(nèi)容，初學者可以在 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)的實踐能力。本文也是紅豆開源產(chǎn)品的一個實戰(zhàn)講解項目。

負責開發(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)計全部功能模塊拆解分析，并結(jié)合紅豆開源平臺（開源硬件+RTOS 開源資料），快速進行微改動，完成自己的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品項目研發(fā)設(shè)計。

需要設(shè)計一款DTU產(chǎn)品的項目負責人：本案開源了產(chǎn)品設(shè)計軟硬件全部設(shè)計資料，以及產(chǎn)品手冊、AT指令手冊、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)計資料，節(jié)省開發(fā)成本。

TCP版本DTU產(chǎn)品項目概述

遠程終端單元( Remote Terminal Unit，DTU)，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://www.www27dydycom.cn/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。

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，掉線自動恢復。標準工業(yè)RS232/485接口，可以支持6-20V的寬電壓輸入。

TCP DTU為用戶提供標準固件以及對應(yīng)源碼，以及對應(yīng)的TCP透傳、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：為了實現(xiàn)遠程控制中心對終端測控單元的控制，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DTU現(xiàn)場維護不方便，使用網(wǎng)絡(luò)對其進行配置的方式。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DTU和遠程服務(wù)器建立連接后，服務(wù)器判斷設(shè)備是否在線，需要DTU定時發(fā)送一串數(shù)據(jù)給服務(wù)器，用通信來確認DTU在線。

產(chǎn)品硬件定義

系統(tǒng)框圖：

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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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也可以購買標準硬件進行軟件開發(fā)，購買鏈接：

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

開源項目實現(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。以及復位和查詢相關(guān)配置參數(shù)指令。

可隨時選擇進入、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)遠程AT指令配置

支持遠程升級

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。

軟件流程圖：

根據(jù)上面的講解，我們可以輕松畫出每個模塊的流程圖：

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基開發(fā)豆平臺開發(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)存儲模塊，AT指令模塊，切卡模塊，透傳模式切換模塊，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

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

TCP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

審核編輯 黃宇