01

CAT1 RTU方案簡介：

遠程終端單元( Remote Terminal Unit，RTU)，一種針對通信距離較長和工業現場環境惡劣而設計的具有模塊化結構的、特殊的計算機測控單元，它將末端檢測儀表和執行機構與遠程控制中心相連接。

奇跡MQTT RTU+GNSS+Modbus版本的RTU，用于將遠程現場的傳感器和執行器數據傳輸到中央控制系統或監控中心。RTU 通常用于工業自動化、能源管理、環境監測等領域，它可以收集和傳輸各種類型的數據，如溫度、壓力、流量、電流、電壓等，可以對各種類型的傳感器進行遠程控制。

02

CAT1 RTU方案的硬件設計分享

1.硬件功能概述

奇跡MQTT RTU+GNSS+Modbus版本的RTU具有5*6貼片卡/外置SIM卡/全網通卡功能，支持北斗/GPS定位，支持卡基站定位，內嵌看門狗，掉線自動恢復。標準工業RS232/485接口，可以支持6-20V的寬電壓輸入，支持5路DO，5路DI，1路AI。

MQTT RTU+GNSS+Modbus版本的RTU為用戶提供標準固件以及對應源碼，以及對應的MQTT透傳、GNSS、DI、DO、AI、Modbus等功能的操作例程。

2.產品硬件定義

2.1 系統框圖：

2.2 HaaS框圖：

AM430EV5系列SOM板：

AM430EV5 SOM板4（5*6卡/GNSS）Haas框圖

AM430EV5 SOM板5（全網通卡/GNSS）Haas框圖

AM430EV5 SOM板6（插拔卡/GNSS）Haas框圖

REV1主板Haas框圖

2.3 SCH原理圖拆解分析：

AM430EV5系列SOM板SCH和PCB（如果需要原文件，請聯系我們）：

REV1主板SCH和PCB（如果需要原文件，請聯系我們）：

03

CAT1 RTU方案的軟件設計分享

1.軟件功能概述

功能概述：

網絡通訊功能：為了實現遠程控制中心對終端測控單元的控制，RTU首先應該具備聯網的能力，通過網絡將兩者連接起來。實現了網絡通訊，就要考慮網絡穩定的問題，如果不穩定，需要實現斷線重連等。服務器確定設備目前在線

參數配置功能：網絡通訊可以選擇TCP，MQTT等協議。連接TCP服務器，需要配置TCP服務器地址，端口號等參數；連接MQTT服務器需要配置鑒權信息，訂閱和發布的Topic等參數。此外，其它復雜功能，也會涉及到一些參數的配置。

網絡參數配置功能：上述功能實現后，可以考慮后期維護過程中，當RTU現場維護不方便，使用網絡對其進行配置的方式。配置的方式可以選擇多種形式，可以將上面的指令稍微修改，也可以另外寫一份協議。

心跳功能：當RTU和遠程服務器建立連接后，服務器判斷設備是否在線，需要RTU定時發送一串數據給服務器，用通信來確認RTU在線。

遠程控制功能：依托上述功能的實現，可以輕松地制定一些協議，遠程服務器通過下發對應的協議，來控制RTU的DI、DO、AI等接口。控制方式包括讀寫、定時寫、IO聯動等。

Modbus功能：工業現場控制中，很多設備都支持Modbus協議。因此RTU實現Modbus協議很有必要。因為大多數設備都是通過01H、02H、03H、04H、05H、06H來控制，所以實現這些功能碼基本可以滿足工業現場控制設備的需求。

2.軟件功能定義

2.1 軟件實現功能：

AT指令配置設備運行參數，包括：服務器連接IP、端口號；心跳包開啟/關閉；心跳包內容；注冊包模式；注冊包內容。以及復位和查詢相關配置參數指令。

可隨時選擇進入、退出透傳模式

心跳保持功能，心跳間隔可配置

網絡重連功能

理論上可以發送無限長度數據包

波特率固定為115200，可以根據客戶需求定制

網絡AT指令和JSON協議配置功能，可以通過服務器下發遠程AT指令配置

支持遠程升級

支持5路DI，DI可以配置為，上拉/下拉，初始電平，主動上報，定時上報，可以單獨讀某一路，可以5路同時讀

支持5路DO，包含，可配上拉/下拉，初始電平，重啟狀態，可以單獨設置某一路的輸出電平，也可以同時設置5路的輸出電平

支持1路AI，可以采集4 - 20mA的電流，可以配置閾值，按照配置觸發報警，周期上報

鬧鐘功能，DO定時執行設置動作

IO聯動，DI/AI作為輸入源，DO跟隨動作，包括正向跟隨、反向跟隨DI；閾值內、閾值外執行相應動作

支持設置50組（01H 02H 03H 04H 05H 06H）指令，設置兩組（10H）指令。支持按照設置的功能碼等配置，通過Modbus輪訓，支持Modbus RTU，JSON三種協議格式上報。

2.2 軟件功能模塊分析：

按照上面的分析，開發的過程就是實現一個個組件，幾個組件完成一個模塊，幾個模塊完成一個項目的開發。

開發過程會從核心組件驗證，完整代碼詳解，調試三個章節來講，如何使用服務層API或應用層組件中的代碼實現組件和模塊，從而完成整個項目。

2.3 軟件流程圖：

3.基開發豆平臺開發分析

我們的目的是做一款RTU，根據RTU應該具有的的功能，代碼可以分為：數據存儲模塊，AT指令模塊，切卡模塊，透傳模式切換模塊，MQTT模塊，心跳模塊，掉線重連模塊，GNSS模塊，DI模塊，DO模塊，AI模塊，JSON模塊，鬧鐘模塊，Modbus模塊。

模塊是根據相似的功能，把對應的代碼放到同一個源文件中。每個功能算作一個組件，不同組件組合以來，構成了模塊的主要功能。

數據存儲組件：包括文件創建，初始化，讀寫，關閉等。

AT指令組件：包括串口初始化，串口數據接收，發送，數據分析，AT指令解析

切卡組件：包括GPIO初始化，復位切卡

透傳模式切換組件：包括串口初始化，串口數據接收，發送，數據分析，切換模式

掉線重連組件：包括連接狀態檢測，掉線重連

MQTT組件：包括參數配置，創建Socket，連接服務器，發送，接收數據

心跳組件：包括參數配置，定時發送

GNSS組件：包括參數配置，串口初始化，串口數據接收，數據分析，模式切換，定時上報

DI組件：包括參數配置，GPIO初始化，中斷檢測，模式切換，定時上報，中斷上報

AI組件：包括參數配置，ADC接口初始化，電流計算，定時上報

DO組件：包括參數配置，GPIO初始化，模式切換，定時上報，跟隨DI或者AI

鬧鐘組件：包括參數配置，定時，超時動作

JSON組件：包括數據接收，解析，數據發送

Modbus組件：包括參數配置，數據接收，解析，數據發送

上述模塊功能大致是按照依賴順序來的，下面的模塊實現可能要基于上面的組件。

AT指令模塊

心跳模塊

MQTT網絡模塊

網絡AT模塊

主任務模塊

升級模塊

IO模塊

文件模塊

JSON協議模塊

DO模塊

DI模塊

AI模塊

MODBUS模塊

（注：點擊每個組件的名稱，可以進入奇跡物聯wiki知識庫獲得詳解）

四、CAT1 RTU方案成果展示

1.Geber文件資料

詳情請聯系我們

2.Datasheet

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3.AT指令手冊

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4.產品BOM

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5.固件下載鏈接

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五、如何了解更多CAT1 RTU方案

本文章源自奇跡物聯開源的物聯網應用知識庫Cellular IoT Wiki，更多技術干貨歡迎關注收藏Wiki：Cellular IoT Wiki 知識庫（https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf）

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審核編輯 黃宇