异构接入底层网关实现

分手后的思念是犯贱 2022-05-23 06:29 117阅读 0赞

该异构接入网关底层需要实现对多种接口传感设备数据的读入（例如DI/DO类设备，Modbus接口的传感器设备，工业无线网ISA100.11a传输的数据），并能将数据存储，上层网关可定时取出下层网关数据库中数据，并封装成工厂Mesh系统所需数据样式，与工厂Mesh系统交互，其网关下层模型主要参考了EdgeX Foundry结构的下层模块实现，并进行了一定程度的简化，EdgeX Foundry的结构如下：

![20180604104620473][]

其中Device service层主要负责下层设备的接入及对应数据获取，Core Service主要对设备类型信息及设备数据进行存储，Supporting Service主要负责系统运行，Export Service主要负责对对外服务。

我们下层网关主要参考下两层实现：即能对底层多型设备进行接入并获取数据，及将设备类型数据及设备感知数据写入数据库。

# 1.下层网关继承体系 #

##  ##

## 1.1 数据库类继承示意图 ##

![20180604112010326][]

因为下层网关要对获得的数据进行暂时存储，因此需要在本地建立mysql数据库，此外，由于DIDO类数据、温湿度类数据及PM值类数据其本身数据量及数据属性不同，因此，其数据应该分别存储在不同的数据表中，因此需要建立各自的读、写、该、删数据库表的方法。

## 1.2 设备类继承示意图 ##

![20180604111820841][]

Device\_base（设备基类）主要封装设备最基础的性质，如设备ID，设备类型，设备地址（设备地址强制性与设备ID为同一值，设备地址为传感器设备地址寄存器中的值，其范围是0x01~0xff，在执行串口读写命令时，命令的第一个字节均为设备地址）。

Device\_modbus(modbus设备类)主要封装了设备路径（存储对应设备在linux下的路径，char \*型，如 "/dev/ttyUSB0"）、读命令（char\*型字符串），以及用于计算CRC循环校验的方法（modbus设备读串口命令后面两字节主要前面部分的CRC循环校验值）。

Device\_modbus\_th继承自Device\_modbus类，封装了sqlcon\_modbus\_th对象指针（用于获取温湿度值后插入对应数据库温湿度表），double型温度，double型湿度，及获取温度、湿度值的辅助函数。

Device\_modbus\_pm继承自Device\_modbus类，封装了sqlcon\_modbus\_pm对象指针（用于获取pm值后插入对应数据库pm值表），unsigned int型PM2.5值，unsigned int型PM10值，及获取PM值的辅助函数。

Device\_modbus\_dido继承自Device\_modbus类，封装了sqlcon\_modbus\_dido对象指针（用于获取dido值后插入对应数据库dido表），8个unsigned int di值（unsigned int型，不是0就是1，表示联通或者断开）。

# 2. 数据库操作类具体设计 #

## 2.1 sqlcon\_base设计 ##

/*编译时加  `mysql_config --cflags --libs`   */
    class sqlcon_base
    {
    protected:
        MYSQL * conn;    //MYSQL连接对象
        char *host;      //主机地址
        char *user;    //数据库用户名
        char *pd;     //数据库用户密码
        char *dbname;     //数据库名字
    public:
        sqlcon_base();    //默认构造函数，直接传入自己数据库相关信息
        sqlcon_base(char *ht, char *usr, char *pad, char *name);    //全参数构造函数，可以传入自己需要的数据库参数
        virtual ~sqlcon_base();
        MYSQL * get_conn();
        void connect_sql();
    };

## 2.2 sqlcon\_dido设计 ##

class sqlcon_dido:public sqlcon_base
    {
    private:
        char *table_name;//相比起数据库基类，只添加了一个table_name（该名字用于标识数据库中dido数据表）
    public:
        sqlcon_dido();
        sqlcon_dido(char * ht,char * usr,char * pad,char * name,char *tbname);
        sqlcon_dido(char *tbname);
        ~sqlcon_dido();
        /*search函数可以重载以满足不同搜索条件*/
        didodata search_sql(unsigned int id);
        void insert_sql(didodata * data);    //此函数用于插入dido表,didodata类型数据定义在value_type.h里
        void update_sql(unsigned int id, didodata data); //此函数用于更新dido表中id为传入id的数据
        void delete_sql(unsigned int id);  //删除表中数据
    };

## 2.3 sqlcon\_modbus\_th设计 ##

class sqlcon_modbus_th:public sqlcon_base
    {
    private:
        char *table_name;  //数据库中存储温湿度数据的表名
    public:
        sqlcon_modbus_th();
        sqlcon_modbus_th(char * ht,char * usr,char * pad,char * name,char *tbname);
        sqlcon_modbus_th(char *tbname);
        ~sqlcon_modbus_th();
        /*search函数要考虑多种搜索条件,例如只给id，查温度，湿度，或者查温度或者湿度的情况*/
        /*此时暂时写根据id查温湿度的情形*/
        modbusdata search_sql(unsigned int id);
        void insert_sql(modbusdata *data);  //此函数用于插入温湿度表,modbusdata类型数据定义在value_type.h里
        void update_sql(unsigned int id,double temperature,double humidity);  //依据传入设备id号更新设备在数据库中数据
        void delete_sql(unsigned int id);  //依据传入id删除表中数据
    };

sqlcon\_modbus\_pm设计与sqlcon\_modbus\_th极其相似，就不在这里详细展开。

# 3. 设备类具体设计 #

## 3.1 device\_base类设计 ##

class Base_device
    {
    protected:
        unsigned int deviceID;   //设备id
        device_type deviceType;    //设备类型,定义在value_type.h头文件中
        unsigned int deviceAddress;    //设备地址
    public:
        Base_device();
        Base_device(unsigned int id);
        virtual ~Base_device();
        unsigned int get_deviceID();
        void set_deviceID(unsigned int id);
        device_type get_deviceType();
        void set_deviceType(device_type type);
        unsigned int get_deviceAddress();
        virtual void run()=0;
        virtual void insert()=0;
        virtual void update()=0;
    };

设备基类之所以要设置底下三个虚函数，主要是为了实现动态多态，在第四节设备管理器类里，设备管理器使用vector存储各个设备指针，因此只能存储设备基类指针（Base \* ptr=new Derived()，从而实现各个继承类的方法）。

## 3.2 device\_modbus类设计 ##

device\_modbus类继承自device\_base类，其主要作用是封装了使用modbus通信协议的传感器设备公共数据成员及公用方法，

class Modbus_device:public Base_device
    {
    protected:
        char * device_path;  //设备地址，即设备在linux系统下位置，如"/dev/ttyUSB0"
        unsigned char *rd_cmd;   //读命令，char型字符串
        /*用于计算crc循环函数*/
        void InvertUint8(unsigned char *dBuf, unsigned char *srcBuf);
        void InvertUint16(unsigned short *dBuf, unsigned short *srcBuf);
        unsigned short CRC16_MODBUS(unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen);
        virtual void set_rd_cmd(unsigned char *rd_cmd,unsigned int id);  //虚函数，具体实现在继承类里，用于根据设备地址计算rd_cmd的数据
    public:
        Modbus_device();
        virtual ~Modbus_device();
    };

## 3.3 device\_modbus\_dido类设计 ##

device\_modbus\_dido类继承自device\_modbus类，主要功能是获取dido状态并更新对应数据库表

class Modbus_device_dido:public Modbus_device
    {
    private:
        unsigned int di1;   //一个dido传感设备可同时监听八路dido信号
        unsigned int di2;
        unsigned int di3;
        unsigned int di4;
        unsigned int di5;
        unsigned int di6;
        unsigned int di7;
        unsigned int di8;
        sqlcon_dido * ptr_sqlcon_dido;    //sqlcon_dido对象指针，用于device_modbus_dido设备类对象在获取到数据后，更新对应的数据库
        /*用于计算crc循环函数*/
        void set_rd_cmd(unsigned char *rd_cmd,unsigned int id);
    
    public:
        Modbus_device_dido();
        Modbus_device_dido(unsigned int id,char * path);
        ~Modbus_device_dido();
        didodata get_dido(char a);
    
        /*用于封装sqlcon_dido的insert与update方法*/
        void update();
        void insert();
        /*打印dido接口数据的函数*/
        void show_dido();
        void run();//具体的读写串口函数，每执行一次，会更新di1~di8的值，
    };

## 3.4 device\_modbus\_th类设计 ##

device\_modbus\_th类继承自device\_modbus类，其主要作用是获取温湿度值，并写入对应的数据库表

class Modbus_device_th:public Modbus_device
    {
    private:
        double temperature;  //温度值
        double humidity;    //湿度值
        sqlcon_modbus_th * ptr_sqlcon_modbus;   //sqlcon_modbus_th指针，用于device_modbus_th设备获取温湿度值以后写入对应数据库表
        bool is_fullone(char a);//此函数用于温度计算（辅助函数）
        double func(int *a,int n);//用于温度计算（辅助函数）
        void set_rd_cmd(unsigned char *rd_cmd,unsigned int id);
    public:
        Modbus_device_th();
        Modbus_device_th(unsigned int id,char *path);
        ~Modbus_device_th();
        double get_temperature(char a,char b);
        double get_humidity(char a,char b);
    
        /*用于封装sqlcon_modbus的insert与update方法*/
        void update();
        void insert();
        /*打印温度值与湿度值的函数*/
        void show_temperature();
        void show_humidity();
        void run();

//具体的读写串口函数，每执行一次，会更新temperature与humidity的值

\};device\_modbus\_pm与device\_modbus\_th设计几乎相同，就不在此赘述。

# 4. 设备管理器具体设计 #

## device\_manager: ##

device\_manager用于管理已接入的设备（读取设备信息表），定时获取对应设备数据，并更新对应设备传感信息数据库，

设备信息表主要含以下几项（id，type，location，path，其中type是设备类型，location为设备安放位置，path为设备在linux环境下设备路径）。

class device_manager
    {
    private:
        sqlcon_add_device * addDevice_ptr;   //添加设备类，用以将设备加进设备信息表中
        unordered_map<int,int> find_Device;   //标记设备是否在device_list中
        vector<Base_device *> device_list;   //所有设备的链表指针
        Base_device * chooseToCreate(MYSQL_ROW row);//依据查询设备数据库得到的设备类型，执行对应设备的构造函数
    public:
        device_manager();
        explicit device_manager(char * tbname);
        ~device_manager();
        void addDeviceToList();//查询设备数据库,并将新设备更新到设备列表中
        void run();//run里首先执行上面的addDeviceToList函数（更新设备vector），然后遍历vector(执行对应的insert(新设备)或者update(已添加过的设备))
    };

调用顺序：(1)主函数创建device\_manager（传入设备信息表）->run()

(2)(1)中run 调用addDeviceToList更新设备List

(3)遍历设备LIst，调用Base\* ptr->insert() 或者update()方法

(4) insert 和update方法先调用自身设备类的run()方法更新设备成员变量（即dido值，温湿度值）,再调用对应的

数据库指针（如sqlcon\_modbus\_th）更改设备传感器值数据库。

(5)while循环，重新执行(2)~(4)步骤

# 5. 小结 #

该网关初步设计便是上述的样子，可能以后会对其继续改进，满足后续增加的要求，项目完整代码地址如下：

git@github.com:longjialin93528/YanXiang.git

欢迎查阅。

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