1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告題 目 學(xué) 院 學(xué) 院 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 年級(jí) 級(jí) 指導(dǎo)教師 畢業(yè)教務(wù)處制表畢業(yè)學(xué)生姓名： xx填寫 學(xué)號(hào)： xx填寫 專業(yè)： xx填寫 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 指導(dǎo)教師意見：（請(qǐng)對(duì)論文的學(xué)術(shù)水平做出簡(jiǎn)要評(píng)述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握；所用資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)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(dǎo)教師結(jié)論： （合格、不合格）指導(dǎo)教師姓名所在單位指導(dǎo)時(shí)間畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)閱意見表 學(xué)生姓名： xx填寫 學(xué)號(hào)： xx填寫 專業(yè)： xx填寫 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 農(nóng)村宅基地測(cè)量技術(shù)研究 評(píng)閱意見：

2、（請(qǐng)對(duì)論文的學(xué)術(shù)水平做出簡(jiǎn)要評(píng)述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握；所用資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)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(duì)上面提出的問題和不足之處提出具體修改意見。評(píng)閱成績(jī)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(jì)（論文）評(píng)閱成績(jī) （百分制）： 評(píng)閱結(jié)論： （同意答辯、不同意答辯、修改后答辯）評(píng)閱人姓名所在單位評(píng)閱時(shí)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(cè)量技術(shù)研究，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。論文中引用他人的文獻(xiàn)、資料均已明確注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人

3、獨(dú)立完成，不包含他人成果及使用過的材料。對(duì)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(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范，沒有侵權(quán)行為，并愿意承擔(dān)由此而產(chǎn)生的法律責(zé)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的多泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)杜石雷 劉繼偉 林考摘? 要：為了實(shí)現(xiàn)特殊環(huán)境下泵站的監(jiān)控和操作，本文設(shè)計(jì)了一套泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于RT-Thread實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開發(fā)，節(jié)點(diǎn)之間通過Lora無線通信傳輸數(shù)據(jù)，并且借助標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議采集泵站數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)和操作控制。經(jīng)過實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試，該系統(tǒng)運(yùn)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(shí)際推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞：RT-Thread;遠(yuǎn)程監(jiān)控;Lora無線傳輸0 概述在實(shí)際生產(chǎn)中，為了有效監(jiān)控多個(gè)泵站的運(yùn)行狀態(tài)以及下發(fā)指令進(jìn)行操作，需要通過硬接線或者現(xiàn)場(chǎng)總線組成網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)、布線困難等問題1。為了有效改善以上問題，實(shí)現(xiàn)多泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控，為狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施打下良好基礎(chǔ)。基于此，本文提出一種基于RT-Thread實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的多泵站遠(yuǎn)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(yùn)行在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RT-Thread上，功能節(jié)點(diǎn)分為無線通信終端主節(jié)點(diǎn)和無線通信終

5、端從節(jié)點(diǎn)，均采用STM32單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)。1 總體結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)包括以下4個(gè)功能部分：無線終端主節(jié)點(diǎn)、無線終端從節(jié)點(diǎn)、設(shè)備采集器和數(shù)據(jù)共享節(jié)點(diǎn)。該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。由圖1可知，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的主要節(jié)點(diǎn)為無線通信終端，其分為主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)，一般系統(tǒng)中會(huì)配置一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，根據(jù)泵站設(shè)備數(shù)量配置若干個(gè)從節(jié)點(diǎn)，主從節(jié)點(diǎn)采用Lora無線通信技術(shù)，內(nèi)部采用自定義應(yīng)用協(xié)議進(jìn)行通信。多個(gè)從節(jié)點(diǎn)采集到的泵站設(shè)備狀態(tài)信息匯聚到主節(jié)點(diǎn)，由主節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一預(yù)處理接收數(shù)據(jù)，然后發(fā)布給標(biāo)準(zhǔn)第三方系統(tǒng)使用。無線通信終端主節(jié)點(diǎn)通過Modbus協(xié)議為第三方系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)接入接口，一般作為Modbus從站運(yùn)行，根據(jù)第三方系統(tǒng)需要配置為Mo

6、dbus RTU模式運(yùn)行;而從節(jié)點(diǎn)通過Modbus協(xié)議采集泵站變頻器運(yùn)行狀態(tài)信息以及下發(fā)操作指令，作為Modbus主站運(yùn)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(diǎn)采用Modbus RTU模式運(yùn)行。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了保證該系統(tǒng)能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的運(yùn)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(jì)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(jì)思路，并將功能分散到各個(gè)模組中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)3，單個(gè)組件的失效不會(huì)影響其他設(shè)備或者功能的正常運(yùn)行。2.1 硬件電路由意法半導(dǎo)體公司推出的STM32系列單片機(jī)，采用專為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M內(nèi)核，具有高性能、低成本、低功耗的顯著優(yōu)勢(shì)

7、，同時(shí)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(dá)112個(gè)的快速I/O端口、最多多達(dá)11個(gè)定時(shí)器、最多多達(dá)13個(gè)通信接口?；谝陨巷@著優(yōu)勢(shì)，本系統(tǒng)采用STM32系列單片機(jī)中的STM32F103RET6進(jìn)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(dòng)電路即可。2.2 軟件設(shè)計(jì)由于工業(yè)控制場(chǎng)合對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高，尤其是任務(wù)調(diào)度和執(zhí)行周期的確定性要求更為嚴(yán)格。在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)要完成的任務(wù)劃

8、分為多個(gè)線程，采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RT-Thread是一款主要由中國開源社區(qū)主導(dǎo)開發(fā)的開源實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（許可證GPLv2），其是最簡(jiǎn)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(gè)單一的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，也是一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)，其包含了實(shí)時(shí)、嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的各個(gè)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(dòng)快速，除此以外RT-Thread還具有實(shí)時(shí)性高、占用資源小等特點(diǎn)，其

9、易裁剪，易擴(kuò)展，適用于不同檔次的產(chǎn)品，大大增加軟件的可復(fù)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(chǎng)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(shì)，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(qiáng)軟件可重用性和可維護(hù)性。2.2.2 Modbus軟件設(shè)計(jì)作為工業(yè)應(yīng)用中非常成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，Modbus獲得了廣泛的應(yīng)用，大部分現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)，型號(hào)為深川S350，配有隔離通信擴(kuò)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(yùn)行，采集S350變頻器的運(yùn)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(yùn)行頻率、改寫功能碼參數(shù)等。該任務(wù)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(dòng)Modbus主站的輪詢工作，在輪詢時(shí)，需要用戶按照變頻器通信手冊(cè)提供的寄存器列表調(diào)用相應(yīng)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(jì)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(yuǎn)，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(dòng)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(chǎng)泵站設(shè)備由變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，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(jī)和永磁同步電機(jī)的控制，因此電機(jī)控制性能明顯提高。該變頻器同時(shí)支持端子控制、手動(dòng)控制和通信控制等工作模式，在該遠(yuǎn)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(diǎn)的通信端口進(jìn)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(tái)變頻器都會(huì)單獨(dú)接入到無線通信主節(jié)點(diǎn)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(yàn)位無，停止位1位，同樣的，無線通信主節(jié)點(diǎn)的通信參數(shù)也要設(shè)置為相同的屬性。實(shí)際工作過程中，變

13、頻器通信的數(shù)據(jù)點(diǎn)位如表2所示，其中的數(shù)據(jù)點(diǎn)既包括變頻器上傳的狀態(tài)參數(shù)，也包括遠(yuǎn)程下發(fā)的控制指令。2.3 上位機(jī)設(shè)計(jì)為了直觀、形象地展示監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)和運(yùn)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(tái)觸摸屏，型號(hào)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(chǔ)存內(nèi)存及萬年歷，達(dá)到IP65面板防護(hù)等級(jí)，具備RS-485接口，最大通信速率可達(dá)187.5K，內(nèi)置電源隔離保護(hù)。該觸摸屏可對(duì)泵站進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，能夠?qū)ぷ麟妷?、電流、運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，并能夠泵站進(jìn)行成組或單獨(dú)操作。數(shù)據(jù)通信均通過Mod

14、bus協(xié)議實(shí)現(xiàn)觸摸屏與無線通信終端主節(jié)點(diǎn)之間的通信。3 運(yùn)行效果按照系統(tǒng)運(yùn)行要求，將無線通信終端主節(jié)點(diǎn)、從節(jié)點(diǎn)、觸摸屏進(jìn)行正確連接后，對(duì)照變頻器通信數(shù)據(jù)點(diǎn)表，配置寄存器地址，能夠通過觸摸屏上位機(jī)界面上查看當(dāng)前各個(gè)遠(yuǎn)程泵站運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，并能夠通過觸摸屏下發(fā)控制命令，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)泵站的啟停操作，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，參數(shù)傳輸可靠，控制命令下發(fā)準(zhǔn)確。4 結(jié)論實(shí)踐表明，提高遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化、信息化水平，可以顯著提高成套裝備的可靠性和可維護(hù)性。多泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)作為一個(gè)典型代表，通過引入嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RT-Thread，借助于其多任務(wù)處理優(yōu)勢(shì)，通過智能化、網(wǎng)絡(luò)化的控制技術(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性?，F(xiàn)場(chǎng)

15、運(yùn)行結(jié)果表明，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，完成了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)和任務(wù)，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(xiàn)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(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)及試驗(yàn)驗(yàn)證D.鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2019.3葉沛洪.PLC控制技術(shù)在泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究J.自動(dòng)化應(yīng)用，2019（5）：89-90.4王煦竹.一種無線地震數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D.成都：電子科技大學(xué)，2020.5李海園.基于RT-Tread OS和OneNet云的IoT系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diǎn)設(shè)計(jì)在機(jī)房中的應(yīng)用研究J.河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，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(dòng)可重構(gòu)避障機(jī)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(jì)J.山西能源學(xué)院學(xué)報(bào)，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