基于RT-Thread實時操作系統(tǒng)的多泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）報告題 目 學 院 學 院 專 業(yè) 學生姓名 學 號 年級 級 指導教師 畢業(yè)教務處制表畢業(yè)學生姓名： xx填寫 學號： xx填寫 專業(yè)： xx填寫 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 指導教師意見：（請對論文的學術(shù)水平做出簡要評述。包括選題意義；文獻資料的掌握；所用資料、實驗結(jié)果和計算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。） 指導教師結(jié)論： （合格、不合格）指導教師姓名所在單位指導時間畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱教師評閱意見表 學生姓名： xx填寫 學號： xx填寫 專業(yè)： xx填寫 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 農(nóng)村宅基地測量技術(shù)研究 評閱意見：

2、（請對論文的學術(shù)水平做出簡要評述。包括選題意義；文獻資料的掌握；所用資料、實驗結(jié)果和計算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。）修改意見：（針對上面提出的問題和不足之處提出具體修改意見。評閱成績合格，并可不用修改直接參加答辯的不必填此意見。）畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱成績 （百分制）： 評閱結(jié)論： （同意答辯、不同意答辯、修改后答辯）評閱人姓名所在單位評閱時間論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本人所呈交的本科畢業(yè)論文農(nóng)村宅基地測量技術(shù)研究，是本人在導師的指導下獨立進行研究工作所取得的成果。論文中引用他人的文獻、資料均已明確注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人

3、獨立完成，不包含他人成果及使用過的材料。對論文的完成提供過幫助的有關(guān)人員已在文中說明并致以謝意。本人所呈交的本科畢業(yè)論文沒有違反學術(shù)道德和學術(shù)規(guī)范，沒有侵權(quán)行為，并愿意承擔由此而產(chǎn)生的法律責任和法律后果。 論文作者（簽字）： xx填寫日期：xx填寫年月日題目：基于RT-Thread實時操作系統(tǒng)的多泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計杜石雷 劉繼偉 林考摘? 要：為了實現(xiàn)特殊環(huán)境下泵站的監(jiān)控和操作，本文設(shè)計了一套泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于RT-Thread實時操作系統(tǒng)開發(fā)，節(jié)點之間通過Lora無線通信傳輸數(shù)據(jù)，并且借助標準Modbus協(xié)議采集泵站數(shù)據(jù)，實現(xiàn)狀態(tài)檢測和操作控制。經(jīng)過實際現(xiàn)場運行測試，該系統(tǒng)運行穩(wěn)

4、定，數(shù)據(jù)傳輸正常，表明該方案是可行的，且具備一定的實際推廣價值。關(guān)鍵詞：RT-Thread;遠程監(jiān)控;Lora無線傳輸0 概述在實際生產(chǎn)中，為了有效監(jiān)控多個泵站的運行狀態(tài)以及下發(fā)指令進行操作，需要通過硬接線或者現(xiàn)場總線組成網(wǎng)絡化的控制系統(tǒng)，而在一些特殊環(huán)境（比如海上、山地、丘陵等）下，存在傳輸距離遠、布線困難等問題1。為了有效改善以上問題，實現(xiàn)多泵站的遠程監(jiān)控，為狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實施打下良好基礎(chǔ)?；诖?，本文提出一種基于RT-Thread實時操作系統(tǒng)的多泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用Lora無線通信技術(shù)，軟件運行在嵌入式實時操作系統(tǒng)RT-Thread上，功能節(jié)點分為無線通信終端主節(jié)點和無線通信終

5、端從節(jié)點，均采用STM32單片機進行開發(fā)。1 總體結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)包括以下4個功能部分：無線終端主節(jié)點、無線終端從節(jié)點、設(shè)備采集器和數(shù)據(jù)共享節(jié)點。該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。由圖1可知，實現(xiàn)該系統(tǒng)的主要節(jié)點為無線通信終端，其分為主節(jié)點和從節(jié)點，一般系統(tǒng)中會配置一個主節(jié)點，根據(jù)泵站設(shè)備數(shù)量配置若干個從節(jié)點，主從節(jié)點采用Lora無線通信技術(shù)，內(nèi)部采用自定義應用協(xié)議進行通信。多個從節(jié)點采集到的泵站設(shè)備狀態(tài)信息匯聚到主節(jié)點，由主節(jié)點統(tǒng)一預處理接收數(shù)據(jù)，然后發(fā)布給標準第三方系統(tǒng)使用。無線通信終端主節(jié)點通過Modbus協(xié)議為第三方系統(tǒng)平臺實現(xiàn)接入接口，一般作為Modbus從站運行，根據(jù)第三方系統(tǒng)需要配置為Mo

6、dbus RTU模式運行;而從節(jié)點通過Modbus協(xié)議采集泵站變頻器運行狀態(tài)信息以及下發(fā)操作指令，作為Modbus主站運行，由于泵站變頻器或者軟啟一般支持RS485接口，所以從節(jié)點采用Modbus RTU模式運行。2系統(tǒng)設(shè)計為了保證該系統(tǒng)能夠應對復雜的運行環(huán)境，在通信終端設(shè)備的開發(fā)中，其軟件和硬件設(shè)計都要充分考慮其可靠性問題2。該系統(tǒng)總體上遵循模塊化的設(shè)計思路，并將功能分散到各個模組中進行實現(xiàn)3，單個組件的失效不會影響其他設(shè)備或者功能的正常運行。2.1 硬件電路由意法半導體公司推出的STM32系列單片機，采用專為嵌入式應用設(shè)計的ARM Cortex-M內(nèi)核，具有高性能、低成本、低功耗的顯著優(yōu)勢

7、，同時具有豐富的外設(shè)資源，在功耗和集成度方面均有不俗的表現(xiàn)4。內(nèi)核采用ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz，單周期乘法和硬件除法;支持最多高達112個的快速I/O端口、最多多達11個定時器、最多多達13個通信接口?；谝陨巷@著優(yōu)勢，本系統(tǒng)采用STM32系列單片機中的STM32F103RET6進行開發(fā)，其片上資源和外設(shè)控制器能夠滿足本系統(tǒng)開發(fā)需求，硬件電路只需增加必要的緩沖和驅(qū)動電路即可。2.2 軟件設(shè)計由于工業(yè)控制場合對系統(tǒng)實時性和可靠性要求較高，尤其是任務調(diào)度和執(zhí)行周期的確定性要求更為嚴格。在遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計過程中，根據(jù)要完成的任務劃

8、分為多個線程，采用嵌入式實時操作系統(tǒng)進行線程調(diào)度，從而滿足工控系統(tǒng)的苛刻要求。2.2.1 RT-Thread實時操作系統(tǒng)RT-Thread是一款主要由中國開源社區(qū)主導開發(fā)的開源實時操作系統(tǒng)（許可證GPLv2），其是最簡潔、優(yōu)雅的開源操作系統(tǒng)之一，且已經(jīng)建立了較為成熟的上下游生態(tài)5。RT-Thread不僅僅是一個單一的實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，也是一個完整的應用系統(tǒng)，其包含了實時、嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的各個組件：TCP/IP協(xié)議棧，文件系統(tǒng)，libc接口，圖形用戶界面等。相較于Linux操作系統(tǒng)，RT-Thread體積小，成本低，功耗低、啟動快速，除此以外RT-Thread還具有實時性高、占用資源小等特點，其

9、易裁剪，易擴展，適用于不同檔次的產(chǎn)品，大大增加軟件的可復用性，提升開發(fā)的效率，非常適用于各種資源受限（如成本、功耗限制等）的場合。該監(jiān)控系統(tǒng)采用RT-Thread操作系統(tǒng)，充分發(fā)揮其多線程調(diào)度優(yōu)勢，利用生態(tài)系統(tǒng)中成熟的組件，縮短軟件開發(fā)周期，增強軟件可重用性和可維護性。2.2.2 Modbus軟件設(shè)計作為工業(yè)應用中非常成熟的現(xiàn)場總線協(xié)議，Modbus獲得了廣泛的應用，大部分現(xiàn)場設(shè)備均支持該協(xié)議。本系統(tǒng)中的泵站設(shè)備由變頻器驅(qū)動，型號為深川S350，配有隔離通信擴展卡，支持RS-485數(shù)據(jù)傳輸，通信協(xié)議為Modbus RTU。本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集器作為Modbus主站運行，采集S350變頻器的運行狀

10、態(tài)、監(jiān)控參數(shù)、故障信息、功能碼參數(shù)，并且能夠向變頻器發(fā)送操作命令、設(shè)定運行頻率、改寫功能碼參數(shù)等。該任務主要由threadModbusPoll工作線程完成，在RT-Thread操作系統(tǒng)下，開啟用戶線程的方法為：rt_thread_init（&thread_ModbusPoll， MBMasterPoll， threadModbusPoll，RT_NULL， thread_ModbusPoll_stack， sizeof（thread_ModbusPoll_stack）， thread_ModbusPoll_Prio，5）;rt_thread_startup（&thread_ModbusMast

11、erPoll）;總體上來看，在該線程中，首先完成通信端口的初始化，然后使能相關(guān)端口，最后啟動Modbus主站的輪詢工作，在輪詢時，需要用戶按照變頻器通信手冊提供的寄存器列表調(diào)用相應的API完成。該部分的軟件工作流程如圖2所示。2.2.3 Lora通信設(shè)計Lora模塊配置信息表，Lora通信采用E22-400T30S拳新一代Lora無線模塊，基于SEMTECH公司SX1268射頻芯片的無線串口模塊6，工作在410.125-493.125MHz頻段，其傳輸距離遠，速度快，并且功耗低，支持空中喚醒、無線配置、載波監(jiān)聽、自動中繼、通信秘鑰等功能，支持分包長度設(shè)定7。其參數(shù)配置如表1所示。2.2.4 變

12、頻器連接與設(shè)置現(xiàn)場泵站設(shè)備由變頻器進行驅(qū)動，本系統(tǒng)選擇的變頻器為深川S350系列變頻器，這是一款高性能矢量變頻器，可用于異步電機和永磁同步電機的控制，因此電機控制性能明顯提高。該變頻器同時支持端子控制、手動控制和通信控制等工作模式，在該遠程泵站監(jiān)控系統(tǒng)中，主要采用通信控制方式。變頻器接線端子上的RS-485通信接口與無線通信主節(jié)點的通信端口進行連接8，即數(shù)據(jù)線A接A，B接B，GND接GND，一般來說，每臺變頻器都會單獨接入到無線通信主節(jié)點中。變頻器的軟件通信參數(shù)設(shè)置為：波特率115200，數(shù)據(jù)位8位，校驗位無，停止位1位，同樣的，無線通信主節(jié)點的通信參數(shù)也要設(shè)置為相同的屬性。實際工作過程中，變

13、頻器通信的數(shù)據(jù)點位如表2所示，其中的數(shù)據(jù)點既包括變頻器上傳的狀態(tài)參數(shù)，也包括遠程下發(fā)的控制指令。2.3 上位機設(shè)計為了直觀、形象地展示監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)，最大限度地方便工程技術(shù)人員查詢、操作、配置監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)，本系統(tǒng)配置一臺觸摸屏，型號為TK6071iP。該觸摸屏為寬輸入電壓范圍10.528VDC，800480 TFT LCD，LED背光燈，內(nèi)建儲存內(nèi)存及萬年歷，達到IP65面板防護等級，具備RS-485接口，最大通信速率可達187.5K，內(nèi)置電源隔離保護。該觸摸屏可對泵站進行遠程集中監(jiān)控，能夠?qū)ぷ麟妷?、電流、運行狀態(tài)等參數(shù)進行連續(xù)監(jiān)控，并能夠泵站進行成組或單獨操作。數(shù)據(jù)通信均通過Mod

14、bus協(xié)議實現(xiàn)觸摸屏與無線通信終端主節(jié)點之間的通信。3 運行效果按照系統(tǒng)運行要求，將無線通信終端主節(jié)點、從節(jié)點、觸摸屏進行正確連接后，對照變頻器通信數(shù)據(jù)點表，配置寄存器地址，能夠通過觸摸屏上位機界面上查看當前各個遠程泵站運行參數(shù)和狀態(tài)，并能夠通過觸摸屏下發(fā)控制命令，遠程實現(xiàn)泵站的啟停操作，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，參數(shù)傳輸可靠，控制命令下發(fā)準確。4 結(jié)論實踐表明，提高遠程監(jiān)控系統(tǒng)的自動化、信息化水平，可以顯著提高成套裝備的可靠性和可維護性。多泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)作為一個典型代表，通過引入嵌入式實時操作系統(tǒng)RT-Thread，借助于其多任務處理優(yōu)勢，通過智能化、網(wǎng)絡化的控制技術(shù)，增強系統(tǒng)的可靠性、可維護性?，F(xiàn)場

15、運行結(jié)果表明，本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，完成了預期的設(shè)計目標和任務，為實現(xiàn)遠程泵站監(jiān)控系統(tǒng)信息化和智能化提供了技術(shù)支撐。參考文獻1梅幼亞，姚毅，于洋，等.基于西門子S7-300與威綸通觸摸屏的換熱站自控系統(tǒng)J.山東工業(yè)技術(shù)，2015（13）：220-221.2邱偉峰.一體化智能型泵站軟測量監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)及試驗驗證D.鎮(zhèn)江：江蘇大學，2019.3葉沛洪.PLC控制技術(shù)在泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的應用研究J.自動化應用，2019（5）：89-90.4王煦竹.一種無線地震數(shù)據(jù)采集節(jié)點系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)D.成都：電子科技大學，2020.5李海園.基于RT-Tread OS和OneNet云的IoT系統(tǒng)設(shè)計J.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，

16、2020，10（1）：75-76+82.6吳梅梅，王德永.基于LoRa的無線溫濕度節(jié)點設(shè)計在機房中的應用研究J.河北軟件職業(yè)技術(shù)學院學報，2020，22（3）：1-4.7鐘智杰，楊昊旋，崔鵬，等.基于STM32的智能四輪全向移動可重構(gòu)避障機器人J.傳感器與微系統(tǒng)，2020，39（9）：112-115+118.8李通，韓建萍，魏誠.基于STM32電氣控制器硬件設(shè)計J.山西能源學院學報，2020，33（4）：100-102.In order to realize the monitoring and operation of pumping station under special enviro

17、nment， this paper designs a set of remote monitoring system for pumping station.The system is developed based on the RT-Thread real-time operating system， and the nodes transmit data through Lora wireless communication， and use the standard Modbus protocol to collect pump station data to achieve status detecti