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huang b80a04bfc1 AI生成代码

2025-09-07 15:46:10 +08:00

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猪舍主控

简介

猪舍主控系统根据上位机的指令控制当前猪舍内所有设备（传感器，阀门，电机等），并汇聚当前猪舍传感器数据统一上报。本系统作为猪场智能化管理的重要组成部分，实现了猪舍环境的自动化监控与调节。

功能概述

与上位机交互

根据上位机指令定期采集栏内所有传感器的数据，并统一上报
根据上位机指令启动或关闭栏内设备，上位机发送的启动指令分两种：
- 常开指令：收到后启动设备，直到收到关闭指令后关闭设备
- 短暂开启指令：收到后启动设备，但需要上位机每过两秒发送一次指令，超过五秒没收到下一个开启指令或受到关闭指令将会关闭设备
定期检查栏内设备状态，发现异常立即上报上位机
定期向上位机发送心跳包
接收上位机发送的总线上各机器的位置和类型
根据上位机指令调整设备功率大小
接收上位机批量控制指令并执行
接收上位机发送的配置信息

与设备交互

控制栏内设备启停
调整风机等功率可调设备的功率
定时检查栏内设备状态
定时采集栏内数据

数据管理

保存总线上各机器的位置和类型
临时保存上位机发送的指令
保存上位机发送的配置信息
汇总栏内所有传感器数据
临时保存栏内设备故障信息，直到上报成功后清除
根据批量指令控制对应设备工作

猪舍控制器

猪舍控制器是一个用于监控和控制猪舍环境的系统。它可以通过LoRa与上位机通信，并通过RS485总线控制传感器和执行器设备。

协议栈和技术选型

本系统采用以下物联网标准协议栈：

物理层

LoRa：低功耗广域网物理层技术，提供远距离无线传输能力

数据链路层和网络层

LoRaWAN：基于LoRa物理层的广域网协议，提供设备认证、加密和网络管理

传输层

CoAP：受限应用协议，轻量级的RESTful协议，适用于资源受限设备

应用层

LwM2M：轻量级机器到机器协议，提供设备管理、固件更新等功能

数据格式

SenML：传感器标记语言，标准化的传感器数据表示格式

这种协议栈选择具有以下优势：

低功耗：适合电池供电或节能要求高的场景
远距离传输：LoRa技术可实现数公里覆盖
标准化：采用业界标准协议，便于系统集成和扩展
安全性：LoRaWAN和CoAP均提供安全机制
互操作性：基于标准协议，便于与不同厂商设备集成

系统架构

猪舍控制器
├── 通信层 (LoRa)
├── 控制层 (核心逻辑)
├── 设备层 (传感器和执行器)
└── 存储层 (数据存储)

抽象接口设计

为了提高系统的可扩展性和可维护性，我们定义了以下抽象接口：

通信接口 (BaseComm)

定义了通信模块的基本操作，包括连接、断开连接、发送和接收数据等方法。

设备接口 (BaseDevice)

定义了设备的基本操作，包括连接、断开连接、读取数据、写入数据和获取状态等方法。

存储接口 (BaseStorage)

定义了存储模块的基本操作，包括保存、加载、删除数据等方法。

命令处理器接口 (BaseHandler)

定义了命令处理的基本操作，包括处理命令、注册和注销命令处理函数等方法。

设计理念

按照功能区分将传感器和执行器分别连接到不同的RS485总线上，可以带来以下优势：

减少总线负载：传感器通常需要频繁读取数据，而执行器可能需要较大的电流，分离可以避免相互干扰。
提高响应速度：控制命令可以直接发送到执行器总线，无需等待传感器数据采集完成。
增强系统稳定性：一条总线故障不会影响另一条总线上的设备。
便于维护：可以根据需要单独重启或维护某一总线。

配置说明

系统配置文件为 config.json，如果不存在，系统会根据默认配置创建。配置项包括：

LoRa通信配置

lora.address: 本机LoRa地址
lora.frequency: 工作频率(MHz)
lora.bandwidth: 带宽(kHz)
lora.spreading_factor: 扩频因子
lora.coding_rate: 编码率
lora.encryption_key: 加密密钥

上位机配置

master.lora_address: 上位机LoRa地址
master.protocol: 与上位机通信协议

总线配置

bus.sensor.port: 传感器总线串口
bus.sensor.baudrate: 传感器总线波特率
bus.actuator.port: 执行器总线串口
bus.actuator.baudrate: 执行器总线波特率

日志配置

log.level: 日志级别 (DEBUG, INFO, WARNING, ERROR)
log.file_path: 日志文件路径
log.max_size: 日志文件最大大小
log.backup_count: 保留的日志文件数量
log.report_errors: 是否上报错误信息
log.terminate_on_report_failure: 错误上报失败时是否终止程序

系统参数

system.heartbeat_interval: 心跳包发送间隔(秒)
system.data_collection_interval: 数据采集间隔(秒)
system.command_timeout: 命令超时时间(秒)
system.retry_count: 命令重试次数
system.error_handling: 错误处理策略

设备配置

devices: 设备列表（包括传感器和执行器）

每个设备包含以下属性：

id: 设备唯一标识
type: 设备类型
address: 设备地址
bus: 所在总线(sensor/actuator)
location: 设备位置(可选)
unit: 单位（仅传感器需要，如温度单位、湿度单位等）

参考示例配置文件 config.json.example 创建您的配置文件。

枚举类型定义

为了提高代码的可读性和维护性，系统定义了以下枚举类型：

LogLevel: 日志等级枚举 (DEBUG, INFO, WARNING, ERROR, CRITICAL)
DeviceType: 设备类型枚举 (包括温度、湿度等传感器类型和喂料口、阀门等执行器类型)
BusType: 总线类型枚举 (SENSOR, ACTUATOR)
ErrorHandlingStrategy: 错误处理策略枚举 (RETRY, SKIP, ALERT)

日志和错误处理机制

考虑到树莓派等嵌入式设备的存储空间限制，系统采用以下策略：

限制日志文件大小：默认将日志文件大小限制为1MB，仅保留一个备份文件
错误上报机制：当发生错误时，系统会尝试通过LoRa将错误信息上报给上位机
上报成功处理：错误信息上报成功后，系统会删除本地日志中的该条目
上报失败处理：如果错误信息上报失败，说明与上位机之间的通信不稳定，系统将根据配置决定是否终止程序运行

这种机制既节省了本地存储空间，又能确保关键错误信息能够及时传递给上位机。

开发顺序建议

当然，从对其他模块依赖最小的模块开始开发是一个明智的策略，以便逐步构建项目的基础。以下是建议的开发顺序：

配置模块（config.py）：首先实现配置模块，以定义应用程序所需的基本配置。这将为其他模块提供必要的设置。
实用程序模块（utils/）：开发实用程序函数，这些函数可以在整个项目中被重复使用。这样可以为其他模块提供基本的辅助功能。
数据存储模块（storage/）：实现数据存储逻辑，包括存储传感器数据、设备状态和配置信息。这一模块可以在独立于其他模块的情况下开发。
设备交互模块（devices/）：实现与设备交互的模块，包括传感器和执行器。这将为之后的通信和核心逻辑提供基础。
通信模块（comms/）：开发通信模块，以处理与上位机和设备的通信协议。此模块可能需要依赖设备交互模块。
核心逻辑模块（core/）：实现核心逻辑，包括处理命令、控制设备和管理传感器数据。这一模块将利用之前开发的模块。
测试模块（tests/）：在开发过程中，逐步添加测试用例以验证每个模块的功能。
主程序（main.py）：最后实现主程序，作为应用程序的入口点，将所有模块整合在一起。

这种顺序将帮助你逐步构建项目，并确保每个模块在开发过程中得到充分的测试和验证。

许可证

禁止未经授权使用本项目代码，否则后果自负。

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