基于FR3068的RS485通信终端集群控制系统
1. 引言
随着农业现代化的推进，精准农业和智能农业逐渐成为农业发展的趋势。为了实现农业设备的集中控制和数据采集，本文介绍了一种基于RS485通信的终端集群控制系统。该系统采用FR3068E作为主控芯片，通过RS485总线集中控制多个节点，采集温湿度、二氧化碳含量及农作物采光累计时间等数据，并通过蓝牙网络将数据传输到网关，最终上传至服务器进行数据统计和分析，帮助农民实时监测农作物的生长情况。
2. 系统概述
2.1 系统架构
该系统由多个终端节点和一个主控节点组成。每个终端节点负责采集环境数据（如温湿度、二氧化碳含量、光照时间等），并通过RS485总线将数据传输到主控节点。主控节点通过蓝牙网络将数据上传至网关，最终传输到服务器进行数据存储和分析。
2.2 系统功能
- 数据采集：终端节点采集温湿度、二氧化碳含量及光照时间等数据。
- 集中控制：主控节点通过RS485总线控制所有终端节点，实现集群管理。
- 数据传输：主控节点通过蓝牙网络将数据传输到网关，最终上传至服务器。
- 数据统计与分析：服务器对采集的数据进行统计和分析，帮助农民实时监测农作物生长情况。
3. 开发环境搭建
3.1 硬件环境
- 主控芯片：FR3068E-C，支持蓝牙5.3协议，内置CAN FD控制器，适合工业和汽车电子应用。
- RS485通信模块：采用SM65HVD110R芯片，支持RS485通信协议。
- 传感器模块：温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器等。
- 蓝牙模块：FR3068E-C内置蓝牙5.3协议，支持BLE/BT蓝牙网关功能。
3.2 软件环境
- 开发工具：Keil MDK 5.36及以上版本，支持ARM Cortex-M33内核的编译和调试。
- 操作系统：FreeRTOS，用于任务调度和管理。
- SDK：FR3068E-C SDK，包含外设驱动、蓝牙协议栈、FreeRTOS系统框架等。
3.3 开发步骤
- 安装MDK：安装Keil MDK 5.36及以上版本，并配置ARM Compiler。
- 导入SDK：下载FR3068E-C SDK，导入Keil工程，配置Device为FR3068E-C。
- 配置RS485通信：在SDK中配置RS485通信接口，使用PA4、PA5作为RS485的RX和TX引脚。
- 编写数据采集代码：编写传感器数据采集代码，通过RS485总线将数据传输到主控节点。
- 编写蓝牙数据传输代码：编写蓝牙数据传输代码，将采集的数据通过蓝牙网络上传至网关。
4. FR3068E主控特性描述
4.1 高性能双核架构
FR3068E-C采用双核处理器架构，主核为ARM Cortex-M33，最高主频156MHz，支持浮点运算单元（FPU）和DSP指令集，适合处理复杂的控制任务。副核为32位RISC内核，主频48MHz，负责运行蓝牙协议栈。
4.2 大容量存储
FR3068E-C内置最大2MB Flash和512KB SRAM，能够存储大量用户程序和数据，适合复杂的农业数据采集和控制任务。
4.3 丰富的外设接口
FR3068E-C支持多种外设接口，包括：
- RS485：支持RS485通信，适合长距离数据传输。
- 蓝牙5.3：支持BLE/BT蓝牙网关功能，能够同时连接多个蓝牙设备。
- CAN FD：支持CAN FD协议，适合汽车电子和工业控制应用。
- USB OTG：支持USB主机和设备模式，方便数据传输和设备连接。
4.4 低功耗设计
FR3068E-C在低功耗模式下，睡眠电流仅为8.9uA，适合长时间运行的农业设备，后期将一些节点改成蓝牙为主控，采用蓝牙mesh网络布控，RS485的节点作为主干路。
5. RS485通信描述
5.1 RS485通信数据描述
通信协议：modbus-RTU
通信方式：RS-485(2线式半双工)
波特率：57600bps
数据位：8bit
校验位：无
通信响应发送数据等待时间：20ms
5.2通信协议指令
参数类别 | 寄存器地址 | 读写属性 | 寄存器属性 | 参数 数值 | 说明 |
系统参数配置指令 | 1000H | 可读可写 | 通信波特率设置 | 9600 | 仅支持9600（默认）、19200、38400、57600bps，重启后生效 |
系统参数配置指令 | 1001H | 可读可写 | 通信数据校验方式 | 偶校验 | 0：无校验，1：奇校验，2：偶校验，重启后生效 |
系统参数配置指令 | 1002H | 可读可写 | 通信响应发送数据等待时间 | 20 | 单位毫秒，范围5~100ms |
系统参数配置指令 | 1003H | 可读可写 | 控制器通讯地址 | 1 | 设置范围：1~99，默认为1 |
系统参数配置指令 | 1004H | 可读可写 | 控制器机型版本配置 | 0 | 常规款默认配置为0，重启后生效 |
系统参数配置指令 | 1005H | 可读可写 | 控制节点警报灯 | 0 | 0：熄灭 1：常亮 2：慢闪 3：快闪 |
读取参数指令 | 1100H | 可读 | 当前温度 | 实时值T | 返回数值放大10倍，真实温度=T/10； 当数值返回0x8000时，传感器开路故障； 当数值返回0x7FFF时，传感器短路故障； 其它为正常数值。 |
读取参数指令 | 1101H | 可读 | 当前湿度 | 20 | 范围：0~100，单位：% |
读取参数指令 | 1102H | 可读 | 光敏电阻原始数值 | 180 | 范围：0~999，单位：1个ADC |
读取参数指令 | 1103H | 可读 | 二氧化碳浓度百分比 | 120 | 范围：0~100，单位：% |
说明：读从机参数指令：03H；写从机参数指令：06H | |||||
5.3 RS485通信接线图
6. 控制系统产品的用途和特点
6.1 用途
该系统主要用于农业上的集群设备控制，能够实时采集温湿度、二氧化碳含量及光照时间等数据，帮助农民监测农作物的生长环境。通过RS485总线集中控制所有节点，系统能够实现高效的集群管理。同时，系统通过蓝牙网络将数据传输到网关，最终上传至服务器进行数据统计和分析，帮助农民做出科学的种植决策。
6.2 特点
- 高效集群控制：通过RS485总线集中控制多个终端节点，实现高效的集群管理。
- 多数据采集：支持温湿度、二氧化碳含量及光照时间等多种数据的采集。
- 蓝牙数据传输：通过蓝牙网络将数据传输到网关，最终上传至服务器进行数据统计和分析。
- 低功耗设计：FR3068E-C的低功耗设计适合长时间运行的农业设备。
7. 结论
本文介绍了一种基于RS485通信的终端集群控制系统，采用FR3068E作为主控芯片，通过RS485总线集中控制多个节点，采集温湿度、二氧化碳含量及光照时间等数据，并通过蓝牙网络将数据传输到网关，最终上传至服务器进行数据统计和分析。该系统能够帮助农民实时监测农作物的生长情况，提高农业生产的效率和精准度。
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