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0
app/bus/__init__.py Normal file
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47
app/bus/bus_interface.py Normal file
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@@ -0,0 +1,47 @@
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
总线通信模块的抽象接口定义 (契约)
此接口定义了面向业务操作的方法,将所有实现细节(包括解析)完全封装。
"""
from abc import ABC, abstractmethod
class IBusManager(ABC):
"""
总线管理器接口。
调用方只关心业务,不关心实现。
"""
@abstractmethod
def execute_raw_command(self, bus_id: int, command: bytes) -> None:
"""
【契约】执行一个“发后不理”的原始指令。
Args:
bus_id (int): 目标总线的编号。
command (bytes): 要发送的原始命令字节。
"""
pass
@abstractmethod
def execute_collect_task(self, task: dict) -> float | None:
"""
【契约】执行一个完整的采集任务,并直接返回最终的数值。
一个符合本接口的实现必须自己处理所有细节:
- 从task字典中解析出 bus_id, command, parser_type。
- 发送指令。
- 接收响应。
- 根据parser_type选择正确的内部解析器进行解析。
- 返回最终的float数值或在任何失败情况下返回None。
Args:
task (dict): 从Protobuf解码出的单个CollectTask消息字典。
Returns:
float | None: 成功解析则返回数值否则返回None。
"""
pass

253
app/bus/rs485_manager.py Normal file
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@@ -0,0 +1,253 @@
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
RS485 总线管理器实现
此模块实现了 IBusManager 接口,用于管理 RS485 总线通信。
"""
from ..logs.logger import log
# 导入 MicroPython 的 UART 和 Pin 库
from machine import UART, Pin
import time # 用于添加延时确保RS485方向切换
import _thread # 用于线程同步
import struct # 用于浮点数转换
class RS485Manager:
"""
RS485 总线管理器。
负责 RS485 设备的指令发送、响应接收和数据解析。
"""
def __init__(self, bus_config, default_timeouts):
"""
构造函数,注入配置。
根据传入的配置初始化 RS485 总线对应的 UART 管理器。
Args:
bus_config: 包含所有总线配置的字典。
键是总线ID值是该总线的详细配置。
default_timeouts: 包含各种默认超时设置的字典。
"""
self.bus_config = bus_config
self.default_timeouts = default_timeouts
# 存储以总线号为key的UART管理器实例、RTS引脚和锁
self.bus_ports = {}
log("RS485Manager 已使用配置初始化。")
log(f"总线配置: {self.bus_config}")
log(f"默认超时设置: {self.default_timeouts}")
# 遍历 bus_config初始化 RS485 端口
for bus_id, config in bus_config.items():
if config.get('protocol') == 'RS485':
try:
uart_id = config['uart_id']
baudrate = config['baudrate']
pins = config['pins']
tx_pin_num = pins['tx']
rx_pin_num = pins['rx']
rts_pin_num = pins['rts'] # RS485 的 DE/RE 方向控制引脚
# 初始化 Pin 对象
rts_pin = Pin(rts_pin_num, Pin.OUT) # RTS 引脚设置为输出模式
rts_pin.value(0) # 默认设置为接收模式
# 初始化 UART 对象
# 注意MicroPython 的 UART 构造函数可能不支持直接传入 Pin 对象,而是 Pin 编号
# 并且 rts 参数通常用于硬件流控制RS485 的 DE/RE 需要手动控制
uart = UART(uart_id, baudrate=baudrate, tx=tx_pin_num, rx=rx_pin_num,
timeout=self.default_timeouts.get('rs485_response', 500))
self.bus_ports[bus_id] = {
'uart': uart,
'rts_pin': rts_pin,
'lock': _thread.allocate_lock()
}
log(f"总线 {bus_id} (RS485) 的 UART 管理器初始化成功。UART ID: {uart_id}, 波特率: {baudrate}, TX: {tx_pin_num}, RX: {rx_pin_num}, RTS(DE/RE): {rts_pin_num}")
except KeyError as e:
log(f"错误: 总线 {bus_id} 的 RS485 配置缺少关键参数: {e}")
except Exception as e:
log(f"错误: 初始化总线 {bus_id} 的 RS485 管理器失败: {e}")
else:
log(f"总线 {bus_id} 的协议不是 RS485跳过初始化。")
@staticmethod
def _calculate_crc16_modbus(data):
"""
计算 Modbus RTU 的 CRC16 校验码。
"""
crc = 0xFFFF
for byte in data:
crc ^= byte
for _ in range(8):
if crc & 0x0001:
crc >>= 1
crc ^= 0xA001
else:
crc >>= 1
return crc
@staticmethod
def _parse_modbus_rtu_float_default(response_bytes):
"""
默认解析 Modbus RTU 响应中的 32 位 IEEE 754 单精度浮点数。
假定为大端 (ABCD) 字节序。
"""
# 最小预期长度: 从站ID(1) + 功能码(1) + 字节计数(1) + 4字节数据 + CRC(2) = 9字节
min_response_len = 9
expected_data_byte_count = 4 # 32位浮点数占用4字节
if not response_bytes or len(response_bytes) < min_response_len:
log(f"警告: 响应字节过短或为空,无法解析为浮点数。响应: {response_bytes.hex() if response_bytes else 'None'}")
return None
# 提取响应组件
# 注意: Modbus RTU CRC是LSB在前所以这里需要调整
# response_bytes[:-2] 是用于CRC计算的数据部分
# response_bytes[-2:] 是CRC本身
data_for_crc = response_bytes[:-2]
received_crc = (response_bytes[-1] << 8) | response_bytes[-2] # CRC的低字节在前高字节在后
# 1. CRC 校验
calculated_crc = RS485Manager._calculate_crc16_modbus(data_for_crc)
if calculated_crc != received_crc:
log(f"错误: CRC校验失败。接收CRC: {received_crc:04X}, 计算CRC: {calculated_crc:04X}. 响应: {response_bytes.hex()}")
return None
function_code = response_bytes[1]
byte_count = response_bytes[2]
data_bytes = response_bytes[3:3 + expected_data_byte_count]
# 2. 功能码检查 (假设读取保持寄存器0x03或输入寄存器0x04)
if function_code not in [0x03, 0x04]:
log(f"警告: 响应功能码 {function_code:02X} 不符合预期 (期望0x03或0x04)。响应: {response_bytes.hex()}")
return None
# 3. 字节计数检查
if byte_count != expected_data_byte_count:
log(f"警告: 响应字节计数 {byte_count} 不符合预期 (期望{expected_data_byte_count})。响应: {response_bytes.hex()}")
return None
# 4. 提取的数据字节长度检查 (与字节计数检查有重叠,但更安全)
if len(data_bytes) != expected_data_byte_count:
log(f"错误: 提取的数据字节长度不正确。期望{expected_data_byte_count}, 实际{len(data_bytes)}. 响应: {response_bytes.hex()}")
return None
# 5. 转换为浮点数 (大端, ABCD)
try:
parsed_float = struct.unpack('>f', data_bytes)[0]
log(f"成功解析浮点数: {parsed_float}")
return parsed_float
except Exception as e:
log(f"错误: 浮点数转换失败: {e}. 数据字节: {data_bytes.hex()}. 响应: {response_bytes.hex()}")
return None
def execute_raw_command(self, bus_id, command):
"""
【契约】执行一个“发后不理”的原始指令。
Args:
bus_id (int): 目标总线的编号。
command (bytes): 要发送的原始命令字节。
"""
if bus_id not in self.bus_ports:
log(f"错误: 未找到总线 {bus_id} 的 RS485 配置。")
return
port_info = self.bus_ports[bus_id]
uart = port_info['uart']
rts_pin = port_info['rts_pin']
lock = port_info['lock']
with lock:
try:
rts_pin.value(1) # 设置为发送模式 (DE/RE = HIGH)
time.sleep_us(100) # 短暂延时,确保方向切换完成
uart.write(command)
# 等待所有数据发送完毕
uart.flush()
time.sleep_us(100) # 短暂延时,确保数据完全发出
rts_pin.value(0) # 切换回接收模式 (DE/RE = LOW)
log(f"总线 {bus_id} 原始命令发送成功: {command.hex()}")
except Exception as e:
log(f"错误: 在总线 {bus_id} 上执行原始命令失败: {e}")
def execute_collect_task(self, task):
"""
【契约】执行一个完整的采集任务,并直接返回最终的数值。
一个符合本接口的实现必须自己处理所有细节:
- 从task字典中解析出 bus_id, command, parser_type。
- 发送指令。
- 接收响应。
- 根据parser_type选择正确的内部解析器进行解析。
- 返回最终的float数值或在任何失败情况下返回None。
Args:
task: 从Protobuf解码出的单个CollectTask消息字典。
期望结构: {"command": {"bus_number": int, "command_bytes": bytes}}
Returns:
成功解析则返回数值否则返回None。
"""
# I. 任务参数解析与初步验证
try:
command_info = task.get("command")
if not command_info:
log("错误: CollectTask 缺少 'command' 字段。")
return None
bus_id = command_info.get("bus_number")
command_bytes = command_info.get("command_bytes")
if bus_id is None or command_bytes is None:
log("错误: Raw485Command 缺少 'bus_number''command_bytes' 字段。")
return None
except Exception as e:
log(f"错误: 解析CollectTask失败: {e}. 任务: {task}")
return None
if bus_id not in self.bus_ports:
log(f"错误: 未找到总线 {bus_id} 的 RS485 配置。")
return None
port_info = self.bus_ports[bus_id]
uart = port_info['uart']
rts_pin = port_info['rts_pin']
lock = port_info['lock']
response_bytes = None
with lock:
try:
# II. 线程安全与指令发送
rts_pin.value(1) # 设置为发送模式 (DE/RE = HIGH)
time.sleep_us(100) # 短暂延时,确保方向切换完成
uart.write(command_bytes)
uart.flush()
time.sleep_us(100) # 短暂延时,确保数据完全发出
rts_pin.value(0) # 切换回接收模式 (DE/RE = LOW)
log(f"总线 {bus_id} 原始命令发送成功: {command_bytes.hex()}")
# III. 接收响应
response_bytes = uart.read()
if response_bytes:
log(f"总线 {bus_id} 收到响应: {response_bytes.hex()}")
else:
log(f"警告: 总线 {bus_id} 未收到响应或响应超时。")
return None
except Exception as e:
log(f"错误: 在总线 {bus_id} 上执行采集命令失败: {e}")
return None
# IV. 响应解析与数据提取 (默认 Modbus RTU 浮点数)
# TODO: 根据CollectTask的Protobuf定义此处需要根据parser_type来选择具体的解析逻辑和类型。
# 目前默认使用Modbus RTU大端浮点数解析。
parsed_value = RS485Manager._parse_modbus_rtu_float_default(response_bytes)
# V. 返回结果
return parsed_value

99
app/config/config.py Normal file
View File

@@ -0,0 +1,99 @@
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
项目全局配置文件
集中管理所有硬件引脚、通信参数和软件配置,
便于统一修改和适配不同的硬件版本。
"""
# --- LoRa 模块配置 ---
# 假设LoRa模块使用独立的UART进行通信
LORA_CONFIG = {
# 平台LoRa地址
'master_address': 0x01,
# LoRa模块连接的UART总线ID (0, 1, or 2 on ESP32)
'uart_id': 2,
# LoRa模块的通信波特率
'baudrate': 9600,
# LoRa模块连接的GPIO引脚
'pins': {
'tx': 5, # UART TX
'rx': 4, # UART RX
},
# LoRa Mesh 模块发送模式(EC: 透传; ED: 完整数据包)
# e.g.
# EC: 接收端只会接收到消息, 不会接收到请求头
# e.g. 发送: EC 05 02 01 48 65 6c 6c 6f
# (EC + 05(消息长度) + 0201(地址) + "Hello"(消息本体))
# 接收: 48 65 6c 6c 6f ("Hello")
# ED: 接收端会接收完整数据包,包含自定义协议头和地址信息。
# e.g. 发送: ED 05 12 34 01 00 01 02 03
# (ED(帧头) + 05(Length, 即 1(总包数)+1(当前包序号)+3(数据块)) + 12 34(目标地址) + 01(总包数) + 00(当前包序号) + 01 02 03(数据块))
# 接收: ED 05 12 34 01 00 01 02 03 56 78(56 78 是发送方地址,会自动拼接到消息末尾)
'lora_mesh_mode': 'ED',
# 单包最大用户数据数据长度, 模块限制240, 去掉两位自定义包头, 还剩238
'max_chunk_size': 238
}
# --- 总线配置 ---
# 使用字典来定义项目中的所有通信总线
# key是总线ID (bus_id)value是该总线的详细配置字典。
# 这种结构使得 command_processor 可以通过 bus_id 动态获取其配置。
BUS_CONFIG = {
# --- 总线 1 ---
1: {
# 总线协议类型,用于程序动态选择不同的处理逻辑
'protocol': 'RS485',
# 该总线使用的硬件UART ID
'uart_id': 1,
# 该总线的通信波特率
'baudrate': 9600,
# 该总线使用的GPIO引脚
'pins': {
'tx': 16, # RS485 TX
'rx': 17, # RS485 RX
'rts': 15, # RS485 DE/RE 方向控制引脚
}
},
# 如果未来有第二条总线,或不同协议的总线,可以直接在这里添加
# 2: {
# 'protocol': 'RS485',
# 'uart_id': 0,
# 'baudrate': 19200, # 这条总线可以有不同的波特率
# 'pins': {
# 'tx': 25,
# 'rx': 26,
# 'rts': 27,
# }
# },
}
# --- 全局超时设置 (毫秒) ---
DEFAULT_TIMEOUTS = {
'rs485_response': 500, # 等待RS485设备响应的默认超时时间
'lora_at_command': 300, # 等待LoRa模块AT指令响应的超时时间
}
# --- 系统参数配置 ---
SYSTEM_PARAMS = {
# 任务队列的最大长度。用于主线程和工作线程之间的缓冲。
# 如果LoRa指令瞬间并发量大可以适当调高此值。
# 如果内存紧张,可以适当调低。
'task_queue_max_size': 10,
# 全局调试日志开关
# True: 所有 logger.log() 的信息都会被打印到串口。
# False: logger.log() 将不执行任何操作,用于发布产品。
'debug_enabled': True,
}

0
app/logs/__init__.py Normal file
View File

23
app/logs/logger.py Normal file
View File

@@ -0,0 +1,23 @@
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
一个简单的、可配置的日志记录器模块。
"""
from app.config.config import *
def log(message: str):
"""
打印一条日志消息,是否实际输出取决于配置文件。
Args:
message (str): 要打印的日志消息。
"""
# 从配置文件中获取调试开关的状态
# .get()方法可以安全地获取值如果键不存在则返回默认值False
if SYSTEM_PARAMS.get('debug_enabled', False):
print(message)
# 如果开关为False此函数会立即返回不执行任何操作。

0
app/lora/__init__.py Normal file
View File

View File

@@ -0,0 +1,53 @@
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
LoRa通信模块的抽象接口定义 (契约)
这个文件定义了一个LoRa处理器应该具备哪些功能
但不包含任何具体的实现代码。任何具体的LoRa处理器
无论是UART的还是SPI的都必须实现这里定义的所有方法。
"""
# abc (Abstract Base Class) 是Python定义接口的标准方式
from abc import ABC, abstractmethod
class ILoraManager(ABC):
"""
LoRa处理器接口。
它规定了所有LoRa处理器实现类必须提供的功能。
"""
@abstractmethod
def receive_packet(self):
"""
【契约】非阻塞地检查并接收一个数据包。
一个符合本接口的实现必须:
- 检查是否有新的数据包。
- 如果有,读取、解析并返回负载数据。
- 如果没有必须立刻返回None不得阻塞。
Returns:
bytes: 如果成功接收到一个数据包,返回该数据包的字节。
None: 如果当前没有可读的数据包。
"""
pass
@abstractmethod
def send_packet(self, data_bytes: bytes) -> bool:
"""
【契约】发送一个数据包。
一个符合本接口的实现必须:
- 接收一个bytes类型的参数。
- 将这些数据通过LoRa模块发送出去。
- 返回一个布尔值表示发送指令是否成功提交。
Args:
data_bytes (bytes): 需要发送的字节数据。
Returns:
bool: True表示发送指令已成功提交False表示因任何原因失败。
"""
pass

View File

@@ -0,0 +1,179 @@
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
LoRa模块的具体实现 (UART Passthrough for LoRa Mesh)
负责与LoRa模块进行底层通信并向上层提供标准化的数据包收发接口。
这个实现针对的是通过UART进行透传的LoRa Mesh模块。
"""
from ..logs.logger import log
from machine import UART
import time
class LoRaMeshUartPassthroughManager:
"""
通过UART与LoRa Mesh模块通信的处理器实现 (ED模式)。
实现了自动分片与重组逻辑。
"""
def __init__(self, lora_config: dict):
"""
初始化LoRa处理器。
Args:
lora_config (dict): 来自全局配置文件的LoRa配置字典。
"""
log("LoRaMeshUartPassthroughManager: 初始化...")
# --- 配置注入 ---
self.master_address = lora_config.get('master_address')
self.uart_id = lora_config.get('uart_id')
self.baudrate = lora_config.get('baudrate')
self.pins = lora_config.get('pins')
self.max_chunk_size = lora_config.get('max_chunk_size')
self.lora_mesh_mode = b'\xed'
# TODO 目前这个配置没用, 完全按ED处理的
if lora_config.get('lora_mesh_mode') == 'EC':
self.lora_mesh_mode = b'\xec'
# --- 硬件初始化 ---
self.uart = UART(self.uart_id, self.baudrate, tx=self.pins['tx'], rx=self.pins['rx'])
# --- 内部状态变量 ---
self._rx_buffer = bytearray() # UART接收缓冲区
self._reassembly_cache = {} # 分片重组缓冲区 { chunk_index: chunk_data }
self._expected_chunks = 0 # 当前会话期望的总分片数
log(f"LoRaMeshUartPassthroughManager: 配置加载完成. UART ID: {self.uart_id}, Baudrate: {self.baudrate}")
def send_packet(self, payload: bytes) -> bool:
"""
【实现】发送一个数据包,自动处理分片。
Args:
payload (bytes): 需要发送的完整业务数据。
Returns:
bool: True表示所有分片都已成功提交发送False表示失败。
"""
max_chunk_size = self.max_chunk_size
if not payload:
total_chunks = 1
else:
total_chunks = (len(payload) + max_chunk_size - 1) // max_chunk_size
try:
for i in range(total_chunks):
chunk_index = i
start = i * max_chunk_size
end = start + max_chunk_size
chunk_data = payload[start:end]
# --- 组装物理包 ---
header = b'\xed'
dest_addr_bytes = self.master_address.to_bytes(2, 'big')
total_chunks_bytes = total_chunks.to_bytes(1, 'big')
current_chunk_bytes = chunk_index.to_bytes(1, 'big')
# 计算后续长度(总包数和当前包序号是自定义包头, 各占一位, 标准包头算在长度内)
length_val = 2 + len(chunk_data)
length_bytes = length_val.to_bytes(1, 'big')
# 拼接成最终的数据包
packet_to_send = header + length_bytes + dest_addr_bytes + total_chunks_bytes + current_chunk_bytes + chunk_data
self.uart.write(packet_to_send)
log(f"LoRa: 发送分片 {chunk_index + 1}/{total_chunks} 到地址 {self.master_address}")
# 让出CPU, 模块将缓存区的数据发出去本身也需要时间
time.sleep_ms(10)
return True
except Exception as e:
log(f"LoRa: 发送数据包失败: {e}")
return False
def receive_packet(self) -> bytes | None:
"""
【实现】非阻塞地检查、解析并重组一个完整的数据包。
"""
# 1. 从硬件读取数据到缓冲区
if self.uart.any():
self._rx_buffer.extend(self.uart.read())
# 2. 循环尝试从缓冲区解析包
while True:
# 2.1 检查头部和长度字段是否存在
if len(self._rx_buffer) < 2:
return None # 数据不足,无法读取长度
# 2.2 检查帧头是否正确
if self._rx_buffer[0] != 0xED:
log(f"LoRa: 接收到错误帧头: {hex(self._rx_buffer[0])}正在寻找下一个ED...")
next_ed = self._rx_buffer.find(b'\xed', 1)
if next_ed == -1:
self._rx_buffer.clear()
else:
self._rx_buffer = self._rx_buffer[next_ed:]
continue
# 2.3 检查包是否完整
payload_len = self._rx_buffer[1]
total_packet_len = 1 + 1 + payload_len
if len(self._rx_buffer) < total_packet_len:
return None # "半包"情况,等待更多数据
# 3. 提取和解析一个完整的物理包
packet = self._rx_buffer[:total_packet_len]
self._rx_buffer = self._rx_buffer[total_packet_len:]
addr = int.from_bytes(packet[2:4], 'big')
total_chunks = packet[4]
current_chunk = packet[5]
# 提取数据块排除末尾的2字节源地址
chunk_data = packet[6:-2]
# --- 长度反向校验 ---
# 根据协议Length字段 = 2 (自定义头) + N (数据块)
expected_payload_len = 2 + len(chunk_data)
if payload_len != expected_payload_len:
log(f"LoRa: 收到损坏的数据包!声明长度 {payload_len} 与实际计算长度 {expected_payload_len} 不符。已丢弃。")
# 包已从缓冲区移除直接continue进入下一次循环尝试解析缓冲区的后续内容
continue
# --- 校验结束 ---
# 4. 重组逻辑
if total_chunks == 1:
log(f"LoRa: 收到单包消息,来自地址 {addr},长度 {len(chunk_data)}")
return chunk_data
# 对于多包消息,只有当收到第一个分片时才清空缓存并设置期望分片数
if current_chunk == 0:
log(f"LoRa: 开始接收新的多包会话 ({total_chunks}个分片)...")
self._reassembly_cache.clear()
self._expected_chunks = total_chunks
elif not self._reassembly_cache and self._expected_chunks == 0:
# 如果不是第一个分片,但缓存是空的,说明错过了第一个分片,丢弃当前分片
log(f"LoRa: 收到非首个分片 {current_chunk},但未检测到会话开始,已丢弃。")
continue
self._reassembly_cache[current_chunk] = chunk_data
log(f"LoRa: 收到分片 {current_chunk + 1}/{self._expected_chunks},已缓存 {len(self._reassembly_cache)}")
if len(self._reassembly_cache) == self._expected_chunks:
log("LoRa: 所有分片已集齐,正在重组...")
full_payload = bytearray()
for i in range(self._expected_chunks):
if i not in self._reassembly_cache:
log(f"LoRa: 重组失败!缺少分片 {i}")
self._reassembly_cache.clear()
return None
full_payload.extend(self._reassembly_cache[i])
log(f"LoRa: 重组完成,总长度 {len(full_payload)}")
self._reassembly_cache.clear()
return bytes(full_payload)

108
app/processor.py Normal file
View File

@@ -0,0 +1,108 @@
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
核心业务逻辑处理器 (V3 - 面向业务接口)
职责:
- 编排业务流程:解码指令,并将业务任务分发给相应的管理器。
- 完全不关心总线通信和数据解析的技术实现细节。
"""
from app.lora.lora_mesh_uart_passthrough_manager import LoRaMeshUartPassthroughManager
from app.bus.rs485_manager import RS485Manager
# 导入Protobuf解析代码
from app.proto import client_pb
from app.logs.logger import log
class Processor:
"""
命令处理器类,项目的“大脑”。
它依赖于抽象的、面向业务的接口。
"""
def __init__(self, lora_handler: LoRaMeshUartPassthroughManager, bus_manager: RS485Manager):
"""
构造函数 (依赖注入)。
Args:
lora_handler (ILoraManager): 一个实现了LoRa接口的对象。
bus_manager (IBusManager): 一个实现了总线接口的对象。
"""
self.lora = lora_handler
self.bus = bus_manager
log("业务处理器已初始化,准备就绪。")
def handle_packet(self, packet_bytes: bytes):
"""
处理单个LoRa数据包的入口函数。
"""
log(f"收到待处理数据包: {packet_bytes.hex()}")
try:
instruction = client_pb.decode_instruction(packet_bytes)
except Exception as e:
log(f"错误:解码指令失败: {e}")
return
# 根据指令类型,分发到不同的业务处理方法
if 'raw_485_command' in instruction:
self._process_exec_command(instruction['raw_485_command'])
elif 'batch_collect_command' in instruction:
self._process_collect_command(instruction['batch_collect_command'])
else:
log(f"警告:收到未知或不适用于此设备的指令类型: {instruction}")
def _process_exec_command(self, cmd: dict):
"""
处理“执行命令”业务。
"""
bus_id = cmd['bus_number']
command_bytes = cmd['command_bytes']
log(f"处理[执行命令]业务:向总线 {bus_id} 下发指令。")
# 直接调用总线接口的业务方法,不关心实现
self.bus.execute_raw_command(bus_id, command_bytes)
log("执行指令已下发。")
def _process_collect_command(self, cmd: dict):
"""
处理“采集命令”业务。
"""
correlation_id = cmd['correlation_id']
tasks = cmd['tasks']
log(f"处理[采集命令]业务 (ID: {correlation_id}):共 {len(tasks)} 个任务。")
sensor_values = []
for i, task in enumerate(tasks):
log(f" - 执行任务 {i + 1}...")
# 调用总线接口的业务方法,直接获取最终结果
# 我们不再关心task的具体内容也不关心解析过程
value = self.bus.execute_collect_task(task)
if value is not None:
sensor_values.append(value)
log(f" => 成功,获取值为: {value}")
else:
# 如果返回None表示任务失败超时或解析错误
sensor_values.append(float('nan')) # 使用NaN表示无效值
log(" => 失败,任务未返回有效值。")
# 所有任务执行完毕,构建并发送响应
log(f"所有采集任务完成,准备发送响应。采集到的值: {sensor_values}")
try:
response_payload = {
'correlation_id': correlation_id,
'values': sensor_values
}
response_packet = client_pb.encode_instruction('collect_result', response_payload)
# 通过LoRa接口发送出去
self.lora.send_packet(response_packet)
log("采集结果已通过LoRa发送。")
except Exception as e:
log(f"错误:编码或发送采集结果失败: {e}")

51
app/proto/client.proto Normal file
View File

@@ -0,0 +1,51 @@
syntax = "proto3";
package device;
// import "google/protobuf/any.proto"; // REMOVED: Not suitable for embedded systems.
option go_package = "internal/domain/device/proto";
// --- Concrete Command & Data Structures ---
// 平台生成的原始485指令单片机直接发送到总线
message Raw485Command {
int32 bus_number = 1; // 总线号,用于指示单片机将指令发送到哪个总线
bytes command_bytes = 2; // 原始485指令的字节数组
}
// BatchCollectCommand
// 一个完整的、包含所有元数据的批量采集任务。
message BatchCollectCommand {
string correlation_id = 1; // 用于关联请求和响应的唯一ID
repeated CollectTask tasks = 2; // 采集任务列表
}
// CollectTask
// 定义了单个采集任务的“意图”。
message CollectTask {
Raw485Command command = 1; // 平台生成的原始485指令
}
// CollectResult
// 这是设备响应的、极致精简的数据包。
message CollectResult {
string correlation_id = 1; // 从下行指令中原样返回的关联ID
repeated float values = 2; // 按预定顺序排列的采集值
}
// --- Main Downlink Instruction Wrapper ---
// 指令 (所有从平台下发到设备的数据都应该被包装在这里面)
// 使用 oneof 来替代 google.protobuf.Any这是嵌入式环境下的标准做法。
// 它高效、类型安全,且只解码一次。
message Instruction {
oneof payload {
Raw485Command raw_485_command = 1;
BatchCollectCommand batch_collect_command = 2;
CollectResult collect_result = 3; // ADDED用于上行数据
// 如果未来有其他指令类型,比如开关控制,可以直接在这里添加
// SwitchCommand switch_command = 3;
}
}

419
app/proto/client_pb.py Normal file
View File

@@ -0,0 +1,419 @@
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
根据client.proto生成的解析代码
适用于ESP32 MicroPython环境
"""
import struct
# --- Protobuf基础类型辅助函数 ---
def encode_varint(value):
"""编码varint整数"""
buf = bytearray()
while value >= 0x80:
buf.append((value & 0x7F) | 0x80)
value >>= 7
buf.append(value & 0x7F)
return buf
def decode_varint(buf, pos=0):
"""解码varint整数"""
result = 0
shift = 0
while pos < len(buf):
byte = buf[pos]
pos += 1
result |= (byte & 0x7F) << shift
if not (byte & 0x80):
break
shift += 7
return result, pos
def encode_string(value):
"""编码字符串"""
value_bytes = value.encode('utf-8')
length = encode_varint(len(value_bytes))
return length + value_bytes
def decode_string(buf, pos=0):
"""解码字符串"""
length, pos = decode_varint(buf, pos)
value = buf[pos:pos + length].decode('utf-8')
pos += length
return value, pos
# --- 消息编码/解码函数 ---
def encode_raw_485_command(bus_number, command_bytes):
"""
编码Raw485Command消息
Args:
bus_number (int): 总线号
command_bytes (bytes): 原始485指令
Returns:
bytearray: 编码后的数据
"""
result = bytearray()
# bus_number (field 1, wire type 0)
result.extend(encode_varint((1 << 3) | 0))
result.extend(encode_varint(bus_number))
# command_bytes (field 2, wire type 2)
result.extend(encode_varint((2 << 3) | 2))
result.extend(encode_varint(len(command_bytes)))
result.extend(command_bytes)
return result
def decode_raw_485_command(buf):
"""
解码Raw485Command消息
Args:
buf (bytes): 编码后的数据
Returns:
dict: 解码后的消息
"""
result = {}
pos = 0
while pos < len(buf):
tag, pos = decode_varint(buf, pos)
field_number = tag >> 3
wire_type = tag & 0x07
if field_number == 1: # bus_number
if wire_type == 0:
value, pos = decode_varint(buf, pos)
result['bus_number'] = value
elif field_number == 2: # command_bytes
if wire_type == 2:
length, pos = decode_varint(buf, pos)
value = buf[pos:pos + length]
pos += length
result['command_bytes'] = value
else:
# 跳过未知字段
if wire_type == 0:
_, pos = decode_varint(buf, pos)
elif wire_type == 2:
length, pos = decode_varint(buf, pos);
pos += length
else:
pos += 1
return result
def encode_collect_task(command_msg):
"""
编码CollectTask消息
Args:
command_msg (dict): Raw485Command消息字典
Returns:
bytearray: 编码后的数据
"""
result = bytearray()
# command (field 1, wire type 2)
encoded_command = encode_raw_485_command(command_msg['bus_number'], command_msg['command_bytes'])
result.extend(encode_varint((1 << 3) | 2)) # 字段编号已改为1
result.extend(encode_varint(len(encoded_command)))
result.extend(encoded_command)
return result
def decode_collect_task(buf):
"""
解码CollectTask消息
Args:
buf (bytes): 编码后的数据
Returns:
dict: 解码后的消息
"""
result = {}
pos = 0
while pos < len(buf):
tag, pos = decode_varint(buf, pos)
field_number = tag >> 3
wire_type = tag & 0x07
if field_number == 1: # command
if wire_type == 2:
length, pos = decode_varint(buf, pos)
value_buf = buf[pos:pos + length]
pos += length
result['command'] = decode_raw_485_command(value_buf)
else:
if wire_type == 0:
_, pos = decode_varint(buf, pos)
elif wire_type == 2:
length, pos = decode_varint(buf, pos);
pos += length
else:
pos += 1
return result
def encode_batch_collect_command(correlation_id, tasks):
"""
编码BatchCollectCommand消息
Args:
correlation_id (str): 关联ID
tasks (list): CollectTask消息字典列表
Returns:
bytearray: 编码后的数据
"""
result = bytearray()
# correlation_id (field 1, wire type 2)
result.extend(encode_varint((1 << 3) | 2))
result.extend(encode_string(correlation_id))
# tasks (field 2, wire type 2) - repeated
for task in tasks:
encoded_task = encode_collect_task(task['command'])
result.extend(encode_varint((2 << 3) | 2))
result.extend(encode_varint(len(encoded_task)))
result.extend(encoded_task)
return result
def decode_batch_collect_command(buf):
"""
解码BatchCollectCommand消息
Args:
buf (bytes): 编码后的数据
Returns:
dict: 解码后的消息
"""
result = {'tasks': []}
pos = 0
while pos < len(buf):
tag, pos = decode_varint(buf, pos)
field_number = tag >> 3
wire_type = tag & 0x07
if field_number == 1: # correlation_id
if wire_type == 2:
value, pos = decode_string(buf, pos)
result['correlation_id'] = value
elif field_number == 2: # tasks (repeated)
if wire_type == 2:
length, pos = decode_varint(buf, pos)
value_buf = buf[pos:pos + length]
pos += length
result['tasks'].append(decode_collect_task(value_buf))
else:
if wire_type == 0:
_, pos = decode_varint(buf, pos)
elif wire_type == 2:
length, pos = decode_varint(buf, pos);
pos += length
else:
pos += 1
return result
def encode_collect_result(correlation_id, values):
"""
编码CollectResult消息
Args:
correlation_id (str): 关联ID
values (list): 采集值列表 (float)
Returns:
bytearray: 编码后的数据
"""
result = bytearray()
# correlation_id (field 1, wire type 2)
result.extend(encode_varint((1 << 3) | 2))
result.extend(encode_string(correlation_id))
# values (field 2, wire type 5) - repeated fixed32
for value in values:
result.extend(encode_varint((2 << 3) | 5)) # Tag for fixed32
result.extend(struct.pack('<f', value)) # 小端序浮点数
return result
def decode_collect_result(buf):
"""
解码CollectResult消息
Args:
buf (bytes): 编码后的数据
Returns:
dict: 解码后的消息
"""
result = {'values': []}
pos = 0
while pos < len(buf):
tag, pos = decode_varint(buf, pos)
field_number = tag >> 3
wire_type = tag & 0x07
if field_number == 1: # correlation_id
if wire_type == 2:
value, pos = decode_string(buf, pos)
result['correlation_id'] = value
elif field_number == 2: # values (repeated)
if wire_type == 5: # fixed32
value = struct.unpack('<f', buf[pos:pos + 4])[0]
pos += 4
result['values'].append(value)
else:
if wire_type == 0:
_, pos = decode_varint(buf, pos)
elif wire_type == 5:
pos += 4 # fixed32
elif wire_type == 2:
length, pos = decode_varint(buf, pos);
pos += length
else:
pos += 1
return result
def encode_instruction(payload_type, payload_data):
"""
编码Instruction消息 (包含oneof字段)
Args:
payload_type (str): oneof字段的类型 ('raw_485_command', 'batch_collect_command', 'collect_result')
payload_data (dict): 对应类型的消息字典
Returns:
bytearray: 编码后的数据
"""
result = bytearray()
encoded_payload = bytearray()
if payload_type == 'raw_485_command':
encoded_payload = encode_raw_485_command(payload_data['bus_number'], payload_data['command_bytes'])
result.extend(encode_varint((1 << 3) | 2)) # field 1, wire type 2
elif payload_type == 'batch_collect_command':
encoded_payload = encode_batch_collect_command(payload_data['correlation_id'], payload_data['tasks'])
result.extend(encode_varint((2 << 3) | 2)) # field 2, wire type 2
elif payload_type == 'collect_result':
encoded_payload = encode_collect_result(payload_data['correlation_id'], payload_data['values'])
result.extend(encode_varint((3 << 3) | 2)) # field 3, wire type 2
else:
raise ValueError("未知的指令负载类型")
result.extend(encode_varint(len(encoded_payload)))
result.extend(encoded_payload)
return result
def decode_instruction(buf):
"""
解码Instruction消息
Args:
buf (bytes): 编码后的数据
Returns:
dict: 解码后的消息
"""
result = {}
pos = 0
while pos < len(buf):
tag, pos = decode_varint(buf, pos)
field_number = tag >> 3
wire_type = tag & 0x07
if wire_type == 2: # 所有oneof字段都使用长度分隔类型
length, pos = decode_varint(buf, pos)
value_buf = buf[pos:pos + length]
pos += length
if field_number == 1: # raw_485_command
result['raw_485_command'] = decode_raw_485_command(value_buf)
elif field_number == 2: # batch_collect_command
result['batch_collect_command'] = decode_batch_collect_command(value_buf)
elif field_number == 3: # collect_result
result['collect_result'] = decode_collect_result(value_buf)
else:
# 跳过未知字段
if wire_type == 0:
_, pos = decode_varint(buf, pos)
elif wire_type == 5:
pos += 4
elif wire_type == 2:
length, pos = decode_varint(buf, pos);
pos += length
else:
pos += 1
return result
# --- 单元测试与使用范例 ---
if __name__ == "__main__":
print("--- 测试 Raw485Command ---")
raw_cmd_data = {'bus_number': 1, 'command_bytes': b'\x01\x03\x00\x00\x00\x02\xc4\x0b'}
encoded_raw_cmd = encode_raw_485_command(raw_cmd_data['bus_number'], raw_cmd_data['command_bytes'])
print(f"编码后 Raw485Command: {encoded_raw_cmd.hex()}")
decoded_raw_cmd = decode_raw_485_command(encoded_raw_cmd)
print(f"解码后 Raw485Command: {decoded_raw_cmd}")
assert decoded_raw_cmd == raw_cmd_data
print("\n--- 测试 CollectTask ---")
collect_task_data = {'command': raw_cmd_data}
encoded_collect_task = encode_collect_task(collect_task_data['command'])
print(f"编码后 CollectTask: {encoded_collect_task.hex()}")
decoded_collect_task = decode_collect_task(encoded_collect_task)
print(f"解码后 CollectTask: {decoded_collect_task}")
assert decoded_collect_task == collect_task_data
print("\n--- 测试 BatchCollectCommand ---")
batch_collect_data = {
'correlation_id': 'abc-123',
'tasks': [
{'command': {'bus_number': 1, 'command_bytes': b'\x01\x03\x00\x00\x00\x02\xc4\x0b'}},
{'command': {'bus_number': 2, 'command_bytes': b'\x02\x03\x00\x01\x00\x01\xd5\xfa'}}
]
}
encoded_batch_collect = encode_batch_collect_command(batch_collect_data['correlation_id'],
batch_collect_data['tasks'])
print(f"编码后 BatchCollectCommand: {encoded_batch_collect.hex()}")
decoded_batch_collect = decode_batch_collect_command(encoded_batch_collect)
print(f"解码后 BatchCollectCommand: {decoded_batch_collect}")
assert decoded_batch_collect == batch_collect_data
print("\n--- 测试 CollectResult ---")
collect_result_data = {
'correlation_id': 'res-456',
'values': [12.34, 56.78, 90.12]
}
encoded_collect_result = encode_collect_result(collect_result_data['correlation_id'], collect_result_data['values'])
print(f"编码后 CollectResult: {encoded_collect_result.hex()}")
decoded_collect_result = decode_collect_result(encoded_collect_result)
print(f"解码后 CollectResult: {decoded_collect_result}")
# 由于32位浮点数精度问题直接比较可能会失败此处设置一个合理的容忍度
assert decoded_collect_result['correlation_id'] == collect_result_data['correlation_id']
for i in range(len(collect_result_data['values'])):
assert abs(decoded_collect_result['values'][i] - collect_result_data['values'][i]) < 1e-5 # 已放宽容忍度
print("\n--- 测试 Instruction (内含Raw485Command) ---")
instruction_raw_485 = encode_instruction('raw_485_command', raw_cmd_data)
print(f"编码后 Instruction (Raw485Command): {instruction_raw_485.hex()}")
decoded_instruction_raw_485 = decode_instruction(instruction_raw_485)
print(f"解码后 Instruction (Raw485Command): {decoded_instruction_raw_485}")
assert decoded_instruction_raw_485['raw_485_command'] == raw_cmd_data
print("\n--- 测试 Instruction (内含BatchCollectCommand) ---")
instruction_batch_collect = encode_instruction('batch_collect_command', batch_collect_data)
print(f"编码后 Instruction (BatchCollectCommand): {instruction_batch_collect.hex()}")
decoded_instruction_batch_collect = decode_instruction(instruction_batch_collect)
print(f"解码后 Instruction (BatchCollectCommand): {decoded_instruction_batch_collect}")
assert decoded_instruction_batch_collect['batch_collect_command']['correlation_id'] == batch_collect_data[
'correlation_id']
assert len(decoded_instruction_batch_collect['batch_collect_command']['tasks']) == len(batch_collect_data['tasks'])
print("\n--- 测试 Instruction (内含CollectResult) ---")
instruction_collect_result = encode_instruction('collect_result', collect_result_data)
print(f"编码后 Instruction (CollectResult): {instruction_collect_result.hex()}")
decoded_instruction_collect_result = decode_instruction(instruction_collect_result)
print(f"解码后 Instruction (CollectResult): {decoded_instruction_collect_result}")
assert decoded_instruction_collect_result['collect_result']['correlation_id'] == collect_result_data[
'correlation_id']
for i in range(len(collect_result_data['values'])):
assert abs(
decoded_instruction_collect_result['collect_result']['values'][i] - collect_result_data['values'][i]) < 1e-5
print("\n所有测试均已通过!")

81
app/uqueue.py Normal file
View File

@@ -0,0 +1,81 @@
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
一个适用于MicroPython的、简单的线程安全队列实现。
这个模块提供了一个与标准库 `queue.Queue` 类似的类,
确保在多线程环境下的数据操作是安全的。
"""
import _thread
from collections import deque
class Queue:
"""一个简单的、线程安全的队列。"""
def __init__(self, maxsize=0):
self.maxsize = maxsize
self._lock = _thread.allocate_lock()
# 使用deque可以实现更高效的头部弹出操作 (O(1))
self._items = deque((), maxsize if maxsize > 0 else 1024)
def qsize(self):
"""返回队列中的项目数。"""
with self._lock:
return len(self._items)
def empty(self):
"""如果队列为空返回True否则返回False。"""
return self.qsize() == 0
def full(self):
"""如果队列已满返回True否则返回False。"""
if self.maxsize <= 0:
return False
return self.qsize() >= self.maxsize
def put(self, item, block=True, timeout=None):
"""将一个项目放入队列。"""
if not block:
return self.put_nowait(item)
# 阻塞式put的简单实现 (在实际应用中更复杂的实现会使用信号量)
while True:
with self._lock:
if not self.full():
self._items.append(item)
return
# 如果队列是满的,短暂休眠后重试
import time
time.sleep_ms(5)
def put_nowait(self, item):
"""等同于 put(item, block=False)。"""
if self.full():
raise OSError("Queue full")
with self._lock:
self._items.append(item)
def get(self, block=True, timeout=None):
"""从队列中移除并返回一个项目。"""
if not block:
return self.get_nowait()
# 阻塞式get的简单实现
while True:
with self._lock:
if self._items:
return self._items.popleft()
# 如果队列是空的,短暂休眠后重试
import time
time.sleep_ms(5)
def get_nowait(self):
"""等同于 get(item, block=False)。"""
if self.empty():
raise OSError("Queue empty")
with self._lock:
return self._items.popleft()

44
app/worker.py Normal file
View File

@@ -0,0 +1,44 @@
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
工作线程模块
职责:
- 作为一个独立的线程运行。
- 阻塞式地等待任务队列。
- 从队列中取出任务并交给Processor进行耗时处理。
"""
from app.uqueue import Queue
from app.processor import Processor
from app.logs.logger import log
def worker_task(task_queue: Queue, processor: Processor):
"""
工作线程的主函数。
Args:
task_queue (uqueue.Queue): 共享的任务队列。
processor (Processor): 业务处理器实例。
"""
log("工作线程已启动,等待任务...")
while True:
try:
# 1. 阻塞式地从队列中获取任务
# 如果队列为空程序会在这里自动挂起不消耗CPU
# get()方法是线程安全的
packet_bytes = task_queue.get()
log(f"工作线程:收到新任务,开始处理... 数据: {packet_bytes.hex()}")
# 2. 调用processor进行耗时的、阻塞式的处理
# 这个处理过程不会影响主线程的LoRa监听
processor.handle_packet(packet_bytes)
log("工作线程:任务处理完毕,继续等待下一个任务。")
except Exception as e:
log(f"错误:工作线程在处理任务时发生异常: {e}")