如何去实现一种基于RT-Thread的小型蚯蚓养殖监控系统设计

概述：

小型蚯蚓养殖监控系统主要探索在家庭等局限场地下，蚯蚓的正常养殖，从而得到蚯蚓粪和蚯蚓液。系统基于ART-PI & RT-Studio 开发，使用了dht11,ds18b20,土壤湿度，mpu6050监测养殖环境中的空气温湿度，土壤温湿度和蚯蚓的抖动密度。外置的风扇和水泵对上述环境变量进行控制。连接onenet后可以及时在后台远程观测环境变量并加以控制。

开发环境

硬件: ART-Pi STM32H750

扩展板： DS18B20防水数字温度传感器，DHT11温湿度传感器，2pcs MPU6050 传感器，土壤湿度传感器

RT-Thread版本： RT-Thread V 4.0.3

开发工具及版本： RT-studio2.0.0

RT-Thread使用情况概述

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。

互斥量： 多个相关采集线程能同时获得系统资源，不被其他线程抢占

消息队列： 用来实现采集线程，控制线程和OneNet upload线程的同步。

消息邮箱： onenet_mqtt 接受控制命令后和控制线程的同步

组件部分： I2c框架， Sensor框架

I2C框架： 使用 I2C框架来驱动MPU6050

**ADC device: **用来采集土壤湿度

**PWM device: **用来控制风扇，水泵。

Sensor框架： MPU6050,DHT11,DS18b20均为基于sensor框架的包，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。

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。

**DHT11： **GPIO模拟单总线协议，读取传感器温湿度，注册在sensor框架

**Ds18b20: ** GPIO模拟单总线协议，读取传感器温度，注册在sensor框架

**MPU6050: **本软件包是为 InvenSense 公司的六轴系列传感器提供的通用传感器驱动包，可选I2C或SPI通信协议。通过 Sensor 框架，开发者可以快速的将此传感器驱动起来。

硬件框架

ART-Pi 外挂多个传感器作为采集输入设备， 水泵和风扇作为控制设备。ART-Pi本身作为Onenet的一个终端设备来上传数据接收和接收命令。

软件框架说明

多个采集线程实时读取环境中的温湿度，发送到stream消息队列;Onenet上传线程接收消息并上传到相应stream。当云端下发命令，触发Onenet_cmd_rsp_cb, 在里面发送接收的控制命令到命令缓存邮箱，控制线程查询邮箱，发现邮件后使用rt_mq_urgent发送紧急控制stream,及时同步云端控制设备的状态。

软件模块说明

共创建了2个信号量，1个消息队列，1个互斥量，7个线程

信号量：

mqttinit_sem 主要用于wifi的连接及onenet_mqtt_init的同步问题。

sensor_msg_sem_empty 主要限制采集线程占用的消息资源个数

5个采集线程：

adc1_5_entry ：周期性读取土壤湿度传感器的值，并把读取到的值发送到消息队列sensor_msg_mq

read_dhtll_entry ：周期性读取DHT11温湿度传感器的值，并把读取到的值发送到消息队列sensor_msg_mq

read_ds18b20_entry ：周期性读取ds1b20 土壤温度传感器的值，并把读取到的值发送到消息队列sensor_msg_mq

read_gyro0_entry ： 周期性读取MPU6050_0六轴传感器的Y轴角速度，作为蚯蚓活动强度（间接反映蚯蚓密度和活性情况），并把读取到的值发送到消息队列

read_gyro1_entry ： 同上，两点测量。

消息队列：

sensor_msg_mq ： 为了同步采集线程，控制线程和云端的同步。由于Onenet数据刷新有要求，更新数据快了也没用，这里设置为1s. 生产者过多，消费速率过慢，最终都会过剩。只分配5个消息给到采集线程。

另外，虽然我们开辟了8个消息，但是我们使用了sensor_msg_sem_empty 信号量来限制采集线程只能使用5个，留下的3个用来快速同步控制流，及时刷新云端控制设备的状态。

互斥量：

sensor_msg_mutex ： 由于DHT11同时读取了温度和湿度两个环境变量，对应云端两个stream，需要发送两次消息，为确保两个stream的同步，先获取互斥量，在未全部发送完成之前不释放互斥量。

消息邮箱：

sensor_msg_mailbox ：云端发送命令间隔没有明确的限制，存在连续操作，需要缓存一下，这里设置了16个邮件。在Onenet_cmd_rsp_cb里把接收的命令直接发送到邮箱，控制线程接收邮件并处理。

控制线程：

center_control_entry ：从sensor_msg_mailbox邮箱里接收邮件，解析命令，控制设备，并同步设备状态到云端。

上传线程：

onenet_upload_entry : 长等待方式从队列里接收消息，然后根据消息里的stream_id发数据到 onenet云端不同的数据流

状态线程：

Main ：led 2s闪烁，指示当前系统的运行状态。

演示效果

原作者：刘涛