红豆Cat 1开源 项目四： 从0-1设计一款TCP版本DTU产品的软硬件全过程

引言

本文为奇迹物联量产 DTU 产品设计资料分享，主要针对嵌入式 C 语言物联网开发爱好者学习交流。可帮助以下人员降低物联网产品开发门槛：

物联网Cat 1产品开发初学者： 本文将介绍产品的软硬件定义、硬件设计分析、软件设计分析，并详细讲解单一功能点功能模块的验证过程和测试验证方法。通过学习本内容，初学者可以在 1-2 天内完成一款 Cat 1 DTU产品的开发全过程，快速提升物联网产品开发的实践能力。本文也是红豆开源产品的一个实战讲解项目。

负责开发类似DTU（Cat 1 版本）功能定义的产研人员：通过本案例，你将全面了解 DTU的设计全部功能模块拆解分析，并结合红豆开源平台（开源硬件+RTOS 开源资料），快速进行微改动，完成自己的物联网产品项目研发设计。

需要设计一款DTU产品的项目负责人：本案开源了产品设计软硬件全部设计资料，以及产品手册、AT指令手册、JSON通信协议等开发成果，可以直接转为自己量产产品设计资料，节省开发成本。

TCP版本DTU产品项目概述

远程终端单元( Remote Terminal Unit，DTU)，一种针对通信距离较长和工业现场环境恶劣而设计的具有模块化结构的、特殊的计算机测控单元，它将末端检测仪表和执行机构与远程控制中心相连接。

产品定义&功能描述

硬件功能概述

TCP DTU，用于将远程现场的传感器和执行器数据传输到中央控制系统或监控中心。DTU通常用于工业自动化、能源管理、环境监测等领域，它可以收集和传输各种类型的数据，如温度、压力、流量、电流、电压等。

TCP DTU具有5*6贴片卡/外置SIM卡/全网通卡功能，支持卡基站定位，内嵌看门狗，掉线自动恢复。标准工业RS232/485接口，可以支持6-20V的宽电压输入。

TCP DTU为用户提供标准固件以及对应源码，以及对应的TCP透传、AT指令配置等功能的操作例程。

软件功能概述

网络通讯功能：为了实现远程控制中心对终端测控单元的控制，DTU首先应该具备联网的能力，通过网络将两者连接起来。实现了网络通讯，就要考虑网络稳定的问题，如果不稳定，需要实现断线重连等。服务器确定设备目前在线

参数配置功能：网络通讯可以选择TCP，MQTT等协议。连接TCP服务器，需要配置TCP服务器地址，端口号等参数；连接MQTT服务器需要配置鉴权信息，订阅和发布的Topic等参数。此外，其它复杂功能，也会涉及到一些参数的配置。

网络参数配置功能：上述功能实现后，可以考虑后期维护过程中，当DTU现场维护不方便，使用网络对其进行配置的方式。配置的方式可以选择多种形式，可以将上面的指令稍微修改，也可以另外写一份协议。

心跳功能：当DTU和远程服务器建立连接后，服务器判断设备是否在线，需要DTU定时发送一串数据给服务器，用通信来确认DTU在线。

产品硬件定义

系统框图：

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HaaS框图：

SOM板Haas框图

AM430EV5 SOM板1（5*6eSIM卡）Haas框图

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AM430EV5 SOM板2（全网通SIM卡）Haas框图

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REV1主板Haas框图

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也可以购买标准硬件进行软件开发，购买链接：

https://item.taobao.com/item.htm?id=768412868192&spm=a1z10.1-c-s.w4004-25306266394.3.7c4517edPbkQLY

产品软件功能定义

开源项目实现功能：

AT指令配置设备运行参数，包括：服务器连接IP、端口号；心跳包开启/关闭；心跳包内容；注册包模式；注册包内容。以及复位和查询相关配置参数指令。

可随时选择进入、退出透传模式

心跳保持功能，心跳间隔可配置

网络重连功能

理论上可以发送无限长度数据包

波特率固定为115200，可以根据客户需求定制

网络AT指令和JSON协议配置功能，可以通过服务器下发远程AT指令配置

支持远程升级

软件功能模块分析：

按照上面的分析，开发的过程就是实现一个个组件，几个组件完成一个模块，几个模块完成一个项目的开发。

开发过程会从核心组件验证，完整代码详解，调试三个章节来讲，如何使用服务层API或应用层组件中的代码实现组件和模块，从而完成整个项目。

软件流程图：

根据上面的讲解，我们可以轻松画出每个模块的流程图：

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基开发豆平台开发分析（用了哪些应用层组件和服务层组件）

我们的目的是做一款RTU，根据RTU应该具有的的功能，代码可以分为：数据存储模块，AT指令模块，切卡模块，透传模式切换模块，TCP模块，心跳模块，掉线重连模块，GNSS模块，DI模块，DO模块，AI模块，JSON模块，闹钟模块，Modbus模块。

模块是根据相似的功能，把对应的代码放到同一个源文件中。每个功能算作一个组件，不同组件组合以来，构成了模块的主要功能。

数据存储组件：包括文件创建，初始化，读写，关闭等。

AT指令组件：包括串口初始化，串口数据接收，发送，数据分析，AT指令解析

切卡组件：包括GPIO初始化，复位切卡

透传模式切换组件：包括串口初始化，串口数据接收，发送，数据分析，切换模式

掉线重连组件：包括连接状态检测，掉线重连

TCP组件：包括参数配置，创建Socket，连接服务器，发送，接收数据

心跳组件：包括参数配置，定时发送

上述模块功能大致是按照依赖顺序来的，下面的模块实现可能要基于上面的组件。

AT指令模块

心跳模块

TCP网络模块

网络AT模块

主任务模块

升级模块

IO模块

文件模块

审核编辑 黄宇