【RT-Thread作品秀】分布式温度监控系统

作者：Willian Chan 

概述：

分布式温度监控系统基于 STM32 系类芯片开发，支持采集多达六个分节点的温度数据，网关节点收集分节点的数据并通过 WIFI 上传云端远程实时监视，也可本地连接串口与 PC 端通讯，上位机实时显示分节点数据。该系统适用于家庭、办公室、教室等小面积场所的多点温度监控，无线传输距离可达 100m ~ 500m，具有功耗低，丢包率低，传输距离远等特点，是一个相当实用的设计。

开发环境

硬件:stm32f407-atk-explorer

扩展板：DS18B20数字温度传感器，NRF24L01无线射频模块，ESP8266 WIFI模块

RT-Thread版本：RT-Thread V 4.0.3

开发工具及版本：MDK 5.27

RT-Thread使用情况概述

内核部分：调度器，信号量，消息队列。

调度器：创建多个线程来实现不同的工作。

信号量：用来同步线程。

消息队列：用来实现线程之间传递的数据。

组件部分：SPI框架， Sensor框架,SAL 套接字抽象层

SPI框架：使用 SPI 框架来驱动温度传感器,上层代码可以提高代码的可重用性。

Sensor框架：为上层提供统一的操作接口，提高上层代码的可重用性；简化底层驱动开发的难度，只要实现简单的 ops(operations: 操作命令) 就可以将传感器注册到系统上。

SAL 套接字抽象层：组件完成对不同网络协议栈或网络实现接口的抽象并对上层提供一组标准的 BSD Socket API，这样开发者只需要关心和使用网络应用层提供的网络接口，而无需关心底层具体网络协议栈类型和实现，极大的提高了系统的兼容性，方便开发者完成协议栈的适配和网络相关的开发

软件包部分：

Webclient：提供设备与 HTTP Server 的通讯的基本功能。

pahomqtt,：本软件包是在 Eclipse paho-mqtt 源码包的基础上设计的一套 MQTT 客户端程序。

Onenet：是 RT-Thread 针对 OneNET 平台连接做的的适配，通过这个软件包，可以让设备在 RT-Thread 上非常方便的连接 OneNet 平台，完成数据的发送、接收、设备的注册和控制等功能。

cJSON：C语言实现的极简的解析 JSON 格式的软件包。

at_device：是由 RT-Thread AT 组件针对不同 AT 设备的移植文件和示例代码组成，目前支持的 AT 设备有：ESP8266、M26、MC20、RW007、MW31、SIM800C 以及 SIM76XX 系列设备等。

nRF24L01：是一个 RT-Thread 的软件包，该软件包提供了 nRF24L01 模块的驱动。

硬件框架

MCU 定时读取 DS180B20 的温度数据，然后通过 NRF24L01 传输到接收节点，接收节点把数据分别传输到云端和PC上位机。

软件框架说明

本项目使用分布节点的方式来实现温度的采集与上传，从而避免一个节点的系统崩溃并不影响到其余的节点，本项目软件分为两部分：

第一部分：采集节点

MCU 上电之后完成板级外设初始化，并初始化温度传感器DS18B20 准备采集温度数据，无线射频芯片NRF24L01，在一切准备妥当之后，就会定时向接收节点发送温度数据。

第二部分：接收节点

MCU 上电之后首先完成板级外设的初始化，并初始化 ESP8266 实现与 ONENET 的连接。初始化 NRF24L01 准备接收来自采集节点的温度信息，接收到节点发送过来的温度数据，分别发送到 ONENET 平台和PC 端上位机。

软件模块说明

发送节点：

发送节点创建了3个线程，1个消息队列

read_temp_entry：周期性的读取温度传感器的值，并把读取到的值通过消息队列发送

nrf24l01_send_entry：使用消息队列来接收传感器检测到的温度值，并通过 BRF24L01 发送到接收节点

led_shine_entry：LED 在每次发送成之后，来改变当前的状态，来检测当前系统的运行状态

接收节点：

接收节点创建了6个线程，1个信号量，1个事件集，2个ringbuff，1个邮箱，1个消息内存池

nrf24l01_receive_entry: NRF24L01 数据接收线程，正确收到数据后会发送WRITE_EVENT_P0事件，然后把数据放到 ringbuff，申请一块内存池，然后把数据放入内存池，最后把内存池的首地址放到邮箱。

save_recv_p0_data_entry：保存数据线程，接收WRITE_EVENT_P0 事件后，读取ringbuff0的数据，保存 节点0 的温度与时间戳。

save_recv_p1_data_entry：保存数据线程，接收WRITE_EVENT_P1 事件后，读取ringbuff1的数据，保存 节点1 的温度与时间戳。

onenet_mqtt_init_entry：初始化 onenet_mqtt, mqtt初始化成功之后，释放信号量告知onenet_upload_data_thread线程可以上传数据了，这里会做循环处理，周期性的检查onenet_mqtt的状态，如果已经断线，就进行再次连接。

onenet_upload_data_entry: take信号量的方式，获取到信号量之后，通过邮箱获取到的内存池首地址去拿到数据，然后就可以发数据到 onenet云平台和PC端上位机。

led_shine_entry：led 闪烁线程，用来检测当前系统的运行状态。

演示效果

视频观看：

代码地址

(附件为代码地址，下载后打开可见）

比赛感悟

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。陆游的这首诗，完美的诠释了我在这次比赛中的收获。

时代的发展，MCU的性能也越来越强，万物互联的需求也愈加强烈，使用RTOS来实现物与网的链接，是时代发展的潮流，通过综合对比，我选择了国人自主的 RT-Thread。

通过 RT-Thread官网上的文档中心，我学习了 多线程及其调度、信号量、邮箱、消息队列、内存管理、定时器等，学完之后，有种感觉就是看过了，我都懂，但是感觉把这些都融合不起来，通过这次比赛的项目实践，这些知识点已经全部融会贯通，我对RTOS也有了全新的认识。

另外就是RT-Thread的软件包非常的好用，如果没有前人提供的软件包，我可能不会这么快的完成这个项目，说到这里，由衷的感谢开源社区大佬们的贡献。

最后感谢主办方提供了这么好的一个平台，不仅能展示自我，也能学到很多知识，还要感谢论坛上那些解决我问题以及制作软件包的大佬，希望有朝一日我也能给开源社区贡献一份自己力量。