#  水下运载器姿态数据采集系统

**Repository Path**: yoooola/SCADA

## Basic Information

- **Project Name**:  水下运载器姿态数据采集系统
- **Description**: No description available
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 1
- **Forks**: 0
- **Created**: 2024-04-26
- **Last Updated**: 2024-06-30

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 水下运载器数据采集管理系统

## 1. 设备简介

请补充：

1.用途

## 2. 控制系统

|     设备     |     型号      |          典型精度           | 数据频率 |                           淘宝链接                           |            备注            |
| :----------: | :-----------: | :-------------------------: | :------: | :----------------------------------------------------------: | :------------------------: |
|   主控单元   |  树莓派4B-8G  |              -              |    -     |                              -                               |             -              |
|   储存单元   | 长江存储64G卡 |              -              |    -     |                              -                               |             -              |
|    深度计    |    DT03D5     |           0.01%FS           |  100hz   |  [深度计](https://item.taobao.com/item.htm?id=650341318648)  |       量程3Mpa(300m)       |
| 高精度倾角仪 |  HWT9073-CAN  | heading 0.1°<br>else 0.001° |  100hz   | [HWT9073-CAN](https://detail.tmall.com/item.htm?id=672387306606) |       频率最高200hz        |
|   调速风扇   |  CreateBlock  |              -              |    -     |        [FAN](https://item.jd.com/10082392486566.html)        |         需插调速线         |
|   通信模块   |   RS485-USB   |              -              |    -     | [RS485-USB](https://item.taobao.com/item.htm?id=735528802234) |          深度计用          |
|   通信模块   |    CAN-USB    |              -              |    -     | [CAN-USB](https://detail.tmall.com/item.htm?id=598670674373) |          倾角仪用          |
| 电压转换模块 |  12V转5V-3A   |              -              |    -     |    [5V](https://item.taobao.com/item.htm?id=722027908769)    |          需要三块          |
|   电源系统   |   11.1V(3S)   |              -              |    -     | [12V/8400mah](https://detail.tmall.com/item.htm?abbucket=6&id=520111996213) |        DC5.5公+母头        |
|  状态指示灯  | 10030105-0002 |              -              |    -     | [绿色指示灯](https://item.taobao.com/item.htm?id=793523888501) | 耐压1km<br/>需外接控制电路 |

### 0. 硬件总体安装示意图

树莓派引脚图->[链接](https://pinout.xyz/)

**无集成单元连接方式**

![硬件概览图](/hardware/hardware.svg)

**集成单元安装接线示意图**

![硬件概览图](/hardware/hardware_com.svg)

### 1. 时钟模块安装

![](else/pic/时钟模块对应引脚图.png)



### 2. 调速风扇安装

### 3.  树莓派电源安装

### 4. 状态指示灯安装

### 5. 深度计安装

![img](else/pic/USB引脚定义图.jpg)

### 6. 倾角仪安装

## 3. 树莓派的设置与安装

### 3.1 PC端上位机软件安装

+ 命令行交互软件 xshell -> [xshell下载链接](https://www.xshell.com/zh/xshell/)
+ 文件交互软件 WinSCP -> [WinSCP](https://winscp.net/eng/index.php)

### 3.2 树莓派系统安装

[下载树莓派系统安装软件->点我](https://downloads.raspberrypi.org/imager/imager_latest.exe)

**选择如图**

![图片](else/pic/树莓派烧录_1.png)

**设置如下**

![设置](else/pic/树莓派烧录_2.png)

```
设置主机名：
pi01.local	
Set username and passwd :
username: pi
passwd:   raspberry
配置WIFI：
WTJ
密码
wangtaijie
WIFI国家：GB
语言：
SHANGHAI
键盘
us
```



![确认](else/pic/树莓派烧录_3.png)

### 3.3 查看设备是否连接至路由器

http://192.168.8.1/

密码:wangtaijie

查看设备以`dhcpcd-8.1.2`开头的设备是否连上

![](else/pic/查看设备连接.png)

### 3.4 连接树莓派

打开xshell，新建会话

```bash
主机:
pi01.local
用户身份验证:
用户名:pi
密码:raspberry
```

连接

### 3.5 更新设备系统和库

```bash
sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade # 按y
# 更改系统时区
```

### 3.6 检查pip是否安装

```bash
pip --version     # Python2.x 版本命令
pip3 --version    # Python3.x 版本命令
# 如果未安装的话
sudo apt-get install python3-pip
# sudo apt-get install python-pip 安装一个即可
# pip换源
pip config set global.index-url https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
```

### 3.7 安装wiringpi-python

```bash
# 安装nano编辑器和Git
sudo apt-get install nano
sudo apt-get install git
# 创建工作区并进入
cd ~/ && mkdir ~/WorkSpace && cd ~/WorkSpace
# 安装wiringpi
pip install wiringpi
```

### 3.8 安装gsw库

```bash
pip install gsw # 用来计算海水的深度
```

### 3.9 修改树莓派WIFI

1. SD卡创建名为`wpa_supplicant.conf`文件

```bash
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=US

network={
        scan_ssid=1
        ssid="你的Wifi名称"
        psk="你的Wifi密码"
        proto=RSN
        key_mgmt=WPA-PSK
        pairwise=CCMP
        auth_alg=OPEN
        priority=1
}
```

2. ssh方式添加wifi

```bash
# 先使用ssh登录树莓派的后台
sudo raspi-config
# 选择1-> System Options
# 选择S1-> Wireless LAN
# Please enter SSID -> 输入wifi名称
# Please enter password -> 输入wifi密码
# 回车完事儿
```

### 3.10 安装其他相关库

```bash
# 安装serial库
pip3 install pyserial
# 安装openblas
sudo apt-get install libopenblas-dev
# 安装psutil库
pip install psutil
```



## 4. 传感器参数设置

### 4.1 DS3231时钟模块

#### 树莓派设置（xshell）

```bash
sudo raspi-config
# 1. 选择 3 Interface Options Configure connections to peripherals
# 2. 然后,选择 P5 I2C Enable/disable automatic loading of I2C kernel module
# -> 提示 Would you like the ARM I2C interface to be enable?
# 3. 选择 <yes>
# -> 提示 The ARM I2C interface is enabled
# 4. 回车选择 <ok>
# 5. 选择5,选择时区, Localisation Options Configure language and regional settings
# 6. 选择L2 Timezone Configure time zone
# 选择 Asia -> Shanghai
# 8. 按ESC退出
sudo nano /boot/config.txt
# 在 dtparam=i2c_arm=on下添加（复制粘贴即可）
dtoverlay=i2c-rtc,ds3231
# ctrl+x, 按y确认,回车退出
# 安装i2c-tools
sudo apt-get install i2c-tools
# 然后重启
sudo reboot now
# 等待重启结束
# 查看I2C设备
sudo i2cdetect -y 1
# 结果如下图所示，某组地址为UU
```

![I2C_Detect.png](else/pic/查看I2C设备连接.png)

```bash
# 查看当前树莓派的系统时间
timedatectl # 查看时间服务
#                Local time: Sun 2024-05-26 16:11:55 CST    # 本地时间
#            Universal time: Sun 2024-05-26 08:11:55 UTC    # UTC时间
#                  RTC time: Sun 2024-05-26 08:11:56        # RTC时钟模块时间
#                 Time zone: Asia/Shanghai (CST, +0800)     # 时区
# System clock synchronized: yes                            # 如果和远程NTP服务器成功同步，显示为yes
#              NTP service: active                          # 联网自动时间同步功能,是否开启
#           RTC in local TZ: no                             # no表示硬件时钟设置为协调世界时（UTC），yes表示硬件时钟设置为本地时间

# 尝试设置一个时间
sudo hwclock --set --date="2021/08/21 22:02:00"
# 再次查看时钟模块的时间
timedatectl # 查看时间服务
#                Local time: Sun 2024-05-26 16:40:02 CST
#            Universal time: Sun 2024-05-26 08:40:02 UTC
#                  RTC time: Sat 2021-08-21 14:02:04
#                 Time zone: Asia/Shanghai (CST, +0800)
# System clock synchronized: no
#               NTP service: active
#          RTC in local TZ: no

# 重启，并联网, 此时时钟模块会自动更新
sudo reboot now

timedatectl # 查看时间服务
#                Local time: Sun 2024-05-26 16:44:09 CST
#            Universal time: Sun 2024-05-26 08:44:09 UTC
#                  RTC time: Sun 2024-05-26 08:44:10 # 时钟模块时间更新了
#                 Time zone: Asia/Shanghai (CST, +0800)
# System clock synchronized: yes
#               NTP service: active
#           RTC in local TZ: no
```

### 4.2 DT03D5-RS485深度计

#### 4.2.1 深度计参数设置

+ 下载深度计上位机，解压后打开，[深度计上位机压缩包点我](else/Depth Sensor/DepthSensorSoftware.zip)

+ 如果设备管理器查找不到对应串口，安装对应的驱动，[下载驱动点我](https://www.wch.cn/downloads/CH343SER_EXE.html)

+ **提示，深度计必须接上外接电源！**

+ 打开上位机，如下图所示：
+ 若为新设备，设置波特率为19200（已经调试过的设备为115200）
+ 设置协议为串口通信ASCII协议
+ 点击打开串口

<img src="else/pic/深度计设置_1.png" style="width:60%;" alt="尝试读取地址">

+ 尝试读取设备地址，当提示地址读取成功时，说明可以进行后续的设置流程，反之需要检查设备硬件连接。

<img src="else/pic/深度计设置_2.png" style="width:60%;" alt="尝试读取地址">

+ 将设置波特率设置选择为`115200`，然后点击`设置波特率`。当输出栏出现**设置地址成功，重新上电有效**时，重新对深度计进行上电。

<img src="else/pic/深度计设置_3.png" style="width:60%;" alt="尝试读取地址">

+ 设备重新上点后，设置串口通信波特率为`115200`，点击`打开串口`，然后点击->`读取数据`。可以看到此时数据接收栏出现数据，且左上角数据解析区有新的数据。此时深度计设置完毕。

<img src="else/pic/深度计设置_4.png" style="width:60%;" alt="尝试读取地址">

#### 4.2.2 代码中纬度设置（海水作业环境必须设置）

设置采样纬度，是用来计算海水密度，从而换算深度计在某点水压下的深度的。

首先下载好代码，详见第`5`章：

##### 4.2.2.3 在线修改方式（联网状态下推荐）

```bash
# 确保已联网！！！！！
# 打开源代码
cd ~/WorkSpace/SCADA/

# 确保已联网！！！！！
# 删除已修改代码
rm ~/WorkSpace/SCADA/src/DT03D5_RS485/Read_DT03D5.py

# 确保已联网！！！！！
# 拉取最新代码
git pull
# 重启即可
```

##### 4.2.2.4 离线状态修改方式

```bash
nano ~/WorkSpace/SCADA/src/DT03D5_RS485/Read_DT03D5.py
# 找到第10行
# latitude = 0.0 # 海水的纬度,度点度
# 修改为作业纬度，单位是度点度
# 退出 ctrl+x  -> 按 y 保存
# 修改完毕，重启即可
```

### 4.3 HWT9073-CAN协议IMU

#### 4.3.1 IMU的参数设置

下载上位机，[下载上位机点我](https://wit-motion.yuque.com/wumwnr/aqvq6y/qngktvx5grz81zkq)

+ 选择设备为HWT9703-CAN
+ 点选设备
+ 点击设置按钮
+ 算法选择六轴
+ 带宽选择256hz(以本要求为准)
+ 通信速率设置为250k(以本要求为准)
+ 回传速率设置为100hz(以本要求为准)
+ ~~勾选内容->时间(以本要求为准)~~(时间数据无用，勾掉即可)
+ 设置完毕，重启设备，并再次打开上位机的传感器配置页面，检查设置是否成功

![HWT9703](else/pic/HWT9703.png)

## 5. 数据管理系统安装与维护

### 5.1 下载代码

```bash
cd ~/WorkSpace && git clone https://gitee.com/yoooola/SCADA.git
```

**日常维护**

```bash
# 查看状态
sudo systemctl status SCADA.service
# 开始采集服务
sudo systemctl start SCADA.service
# 停止采集服务
sudo systemctl stop SCADA.service
# 重启服务
sudo systemctl restart SCADA.service
# 查看日志
cat /home/pi/workspace/SCADA/log/SCADA_service.log
cat /home/pi/workspace/SCADA/log/SCADA_service_error.log
```

**设置开机自启动功能**

```bash
# 开启开机自启服务
sudo systemctl enable /home/pi/WorkSpace/SCADA/SCADA.service
sudo systemctl daemon-reload
# 关闭开机自启动服务
sudo systemctl disable /home/pi/WorkSpace/SCADA/SCADA.service
sudo systemctl daemon-reload
# 查看是否开机自启动
sudo systemctl is-enabled SCADA.service
```

### 5.2 温控风扇

**说明**：该功能来自[GITHUB开源示例库（迁移至gitee）](https://gitee.com/yoooola/RaspberryPi_CPU_PWM)

**日常维护**

```bash
# 查看风扇日志
cat /var/log/cpu-fan/cpu-fan.log
# 设置风扇启动最低温度、全速温度、关闭温度
nano ~/.cpu-fan.conf
# 重启风扇服务
sudo service cpu-fan restart
# 编辑风扇程序
sudo nano /usr/bin/cpu-fan
```

**删除调速风扇功能**

```bash
# 卸载风扇程序
cd /home/pi/workspace/SCADA/src/Fans/
sudo ./uninstall.sh
```

**安装调速风扇功能**

```bash
# 下载最新C版本的wiringpi安装包
cd ~/WorkSpace && wget https://project-downloads.drogon.net/wiringpi-latest.deb
# 安装wiringpi
sudo dpkg -i wiringpi-latest.deb

# 进入调速风扇代码目录
cd ~/WorkSpace/SCADA/src/Fans 
# 给于应用程序权限
chmod +x install.sh
chmod +x uninstall.sh
chmod +x cpu-fan.sh
# 安装调速风扇功能
sudo ./install.sh

# 设置开机自启动
sudo systemctl enable /home/pi/WorkSpace/SCADA/src/Fans/fan.service

# 查看风扇状态
sudo systemctl status fan.service

# 设置风扇启动
sudo systemctl start fan.service

# 设置风扇关闭
sudo systemctl stop fan.service
```

### 5.3 状态指示灯闪烁含义

<br>

<br>

**注意：状态指示灯只能同时指示`一个`设备状态！！！**

状态指示灯只能指示一个设备状态，当同时检测到多个设备异常时，只显示一个设备异常！！！

<br>

<br>

**系统启动时**

指示灯闪烁三次，然后熄灭，此时设备进入初始化功能

异常情况：

+ 指示灯未闪烁，请检查指示灯连接情况，或检查系统是否设置开机自启动，能否手动启动

<br/ >

**设备初始化及设备运行时**

设备初始化开始，本系统会对IMU和进行自检，自检设备无异常，指示灯常量

指示灯闪烁，以5s为周期，前2s闪烁几次是哪个设备（IMU为1,深度计为2）,后1.5s闪烁几次是什么异常

5s内，闪烁频次为(长1次 + 短1次)，即设备1（IMU），错误代码为1

错误代码：

+ 01	-	初始化中串口丢失，检查设备是否连接，两个USB设备的设备号是否接错
+ 02	-	设备运行中串口丢失，检查设备是否有松动
+ 10	-	未知错误

**系统正常运行**

指示灯长亮，无闪烁

## 6. 常见问题

### 1. 深度传感器MS5837无数据、提示"Error: conn't open I/O ....."

```txt
1.确保RS485和RS232的设备供电为单独供电，不能直接接在树莓派上。最好做好电源隔离和IO隔离；
2.确保IIC的线长低于30cm，10-20cm较为合适；
3.检查MS5837的供电为3.3-3.6V,可以在vcc和gnd之间并联一个电容10-100uf之间即可。
```

### 2. 调速风扇时而转时而不转

```txt
1.调速风扇是温控的，温度较低的时候可能会不转，如果需要可以设置风扇启动的最低温度为33000(33℃),关闭温度为30000(30℃)，或者其他参数。
```

### 3.  内存泄漏

```bash
# 出现以下内存泄漏，没办法，我也不知道咋处理。重启就能重新分配内存了。所以无视他就好了
/usr/lib/python3.9/multiprocessing/resource_tracker.py:216: UserWarning: resource_tracker: There appear to be 1 leaked shared_memory objects to clean up at shutdown
  warnings.warn('resource_tracker: There appear to be %d '
```

## 7. 备用代码

[姿态传感器计算位移并作示意图代码](https://github.com/xioTechnologies/Gait-Tracking)

## 8.  树莓派的系统迁移及备份问题

最好新作系统，不要迁移！！！

### ~~8.1 系统备份及迁移~~

~~**请保证原始系统和待迁移系统SD卡大小相同！**~~

~~**请使用软件Etcher,[点我->~~](https://etcher.balena.io/)**

### 8.2 系统域名设置

```bash
sudo raspi-config
# 选择1 -> System Options
# 选择S4 -> HostName
# 输入 pi02
# 回车确认
# 重启
```