其中系統(tǒng)信息交互模塊實現(xiàn)了系統(tǒng)診斷信息的實時傳輸與共享，包括屏顯模塊、云端通信模塊兩部分。通過信息交互模塊，診斷信息被分別發(fā)送至了下位機端和移動端APP，操作人員可以根據(jù)需要自行選擇是進行現(xiàn)場診斷還是進行遠程診斷。信息交互模塊的功能框架圖如下所示：

屏顯模塊，負責(zé)將診斷信息直接呈現(xiàn)在顯示屏上?；?a target="_blank">機智云平臺設(shè)計的云端通信模塊，則負責(zé)將診斷信息通過機智云服務(wù)器發(fā)送至操作人員的移動 APP 上。云端通信模塊的功能框架如下所示：

WiFi模塊對系統(tǒng)計算所得的診斷信息進行封裝后傳至互聯(lián)網(wǎng)，并通過互聯(lián)網(wǎng)上傳至機智云服務(wù)器，移動端離心泵工況診斷 APP 通過與機智云服務(wù)器通信實時獲取離心泵的工況診斷信息。

云端通信模塊中的WiFi模塊負責(zé)系統(tǒng)的配置入網(wǎng)。WiFi模塊的性能對通信質(zhì)量起著重要的影響作用。綜合考慮傳輸速率、距離、功耗和接受靈敏度這四方面因素，選用樂鑫 ESP8266WiFi 模組作為系統(tǒng)云端通信模塊的WiFi模塊，其原理圖和實物圖分別如下所示。

離心泵工況診斷系統(tǒng)樣機的 PCB 設(shè)計圖和實物照片分別如下所示。

信息交互程序包括兩方面，一是屏顯模塊的信息顯示程序，二是系統(tǒng)下位機與移動 APP之間的通信程序。屏顯模塊的信息顯示程序較簡單，MCU 核心控制模塊將屏顯模塊視為外部 SRAM 設(shè)備，通過 FSMC 對其進行驅(qū)動，完成顯示。離心泵工況診斷系統(tǒng)的屏顯界面如下所示：

由于機智云平臺可以為用戶提供從設(shè)備接入到產(chǎn)品運營管理的整個生命周期的服務(wù)。本文選用機智云作為系統(tǒng)云端通信的開發(fā)平臺?；跈C智云服務(wù)器的云端通信框架示意圖如下所示：

云端通信的具體開發(fā)步驟如下：

?創(chuàng)建產(chǎn)品：在機智云開發(fā)者中心官網(wǎng)中選擇“創(chuàng)建新產(chǎn)品”，并完成產(chǎn)品的屬性配置。具體地，本文在開發(fā)過程中，根據(jù)診斷系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域選擇產(chǎn)品分類為“安防，監(jiān)控”類，將產(chǎn)品名稱命名為“離心泵工況診斷系統(tǒng) V1”，選擇技術(shù)方案類型為 WIFI/移動網(wǎng)絡(luò)方案，選擇通訊方式為 WIFI，選擇數(shù)據(jù)傳輸方式為定長。

?創(chuàng)建數(shù)據(jù)點：數(shù)據(jù)點即設(shè)備產(chǎn)品功能的抽象。根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計要求，分別建立采樣頻率、電網(wǎng)工頻、電機輸入功率、離心泵驅(qū)動電機定子電流均方根指標、脈沖因子指標、峭度系數(shù)指標、總諧波失真指標、信噪比指標、信納比指標共 9 項只讀數(shù)值類型的數(shù)據(jù)點，用于顯示診斷信息。建立缺相報警這一項布爾值類型的數(shù)據(jù)點，用于離心泵驅(qū)動電機某相斷路時報警。

?程序改寫：基于機智云官網(wǎng)生成的 MCU 代碼包，對程序進行改寫，將系統(tǒng)計算出的指標值賦給對應(yīng)數(shù)據(jù)點。

http://docs.gizwits.com/zh-cn/deviceDev/ESP8266%E4%B8%B2%E5%8F%A3%E7%83%A7%E5%86%99%E8%AF%B4%E6%98%8E.html

?基于 Android Studio 環(huán)境，對機智云提供的 APP 開源框架進行個性化修改，最后生成的移動客戶端界面。

系統(tǒng)APP界面圖如下：

//ADC 參數(shù)配置：voidADC_Config(void){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;ADC_CommonInitTypeDefADC_CommonInitStructure;ADC_InitTypeDefADC_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE); GPIO_InitStructureGPIO_Pin = GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3；   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 
   RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);    RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,DISABLE); 
   ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode= ADC_Mode_Independent;    ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;    ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode =ADC_DMAAccessMode_Disabled;    ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler= ADC_Prescaler_Div4;    ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure); 
   ADC_InitStructure.ADC_Resolution= ADC_Resolution_12b;    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode= ENABLE;     ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode= DISABLE; 

   ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_Rising;    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv= ADC_ExternalTrigConv_T2_TRGO;    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign= ADC_DataAlign_Right;    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion= 3;    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); 
   ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_480Cycles);      ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 2, ADC_SampleTime_480Cycles);    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_3, 3, ADC_SampleTime_480Cycles);  
   ADC_DMARequestAfterLastTransferCmd(ADC1, ENABLE);    ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); } 
  (2) 三相電參數(shù)監(jiān)測模塊參數(shù)配置：  void EMU_init(int Phase,int Wire)   {   Write_Att7022(0xD3,0x0000);   //ATT7022E 復(fù)位   Write_Att7022(0xC3,0x000000);   //校表數(shù)據(jù)寄存器恢復(fù)到上電初始值 Write_Att7022(0xC9,0x00005A);//使能SPI校表寫操作Write_Att7022(0x01,0xB97E);//模式配置寄存器設(shè)置  Write_Att7022(0x03,0xF884);   //EMU 單元配置   Write_Att7022(0x02,0x0100);   //ADC 增益配置寄存器配置   Write_Att7022(0x31,0x3437);   //模擬模塊寄存器使能   Write_Att7022(0x6D, 0xFF00);   // Vrefgain 補償曲線系數(shù) TCcoffA 設(shè)置   Write_Att7022(0x6E, 0x0DB8);   // Vrefgain 補償曲線系數(shù) TCcoffB 設(shè)置   Write_Att7022(0x6F, 0xD1DA);   // Vrefgain 補償曲線系數(shù) TCcoffC 設(shè)置   Write_Att7022(0x1E,HFCONST);   //HFconst 3200   Write_Att7022(0x17,(int)ATT_U_JIAOZHENG(0x0D,228.6));   //A 相電壓增益校準  Write_Att7022(0x18,(int)ATT_U_JIAOZHENG(0x0E,228.6));   //B 相電壓增益校準   Write_Att7022(0x19,(int)ATT_U_JIAOZHENG(0x0F,229.7));   //C 相電壓增益校準   Write_Att7022(0x1A,(int)ATT_I_JIAOZHENG(0x10,1.568));   //A 相電流增益校準   Write_Att7022(0x1B,(int)ATT_I_JIAOZHENG(0x11,1.568));   //B 相電流增益校準   Write_Att7022(0x1C,(int)ATT_I_JIAOZHENG(0x12,1.568));   //C 相電流增益校準   Write_Att7022(0x04,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x01,358.448));   //A 相有功功率增益校準   Write_Att7022(0x07,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x01,358.448));   //A 相無功功率增益校準   Write_Att7022(0x0A,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x01,358.448));   //A 相視在功率增益校準   Write_Att7022(0x05,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x02,358.448));   //B 相有功功率增益校準   Write_Att7022(0x08,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x02,358.448));   //B 相無功功率增益校準   Write_Att7022(0x0B,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x02,358.448));   //B 相視在功率增益校準   Write_Att7022(0x06,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x03,358.448));   //C 相有功功率增益校準  Write_Att7022(0x09,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x03,358.448));   //C 相無功功率增益校準  Write_Att7022(0x0C,(int)ATT_P_JIAOZHENG(0x03,358.448));   //C 相視在功率增益校準   
   if (Phase==3 && Wire==3){   //SEL 選擇      Write_Att7022(0x35,0x080E);   //IO 狀態(tài)寄存器配置    }    else if(Phase==3 && Wire==4){      Write_Att7022(0x35,0x080F);    }     Write_Att7022(0xC5,0x0002);   //打開同步   Write_Att7022(0xC9,0x000000);   //關(guān)閉 SPI 校表寫操作       } 
  (3) main.c 文件相關(guān)程序：  //頻譜繪制，帶寬 430Hz   void Frequency_Spectrum(float32_t * arry,float32_t x,uint16_t n){      uint16_t i;   float power;   for(i=0;i<430;i++){   if(*(arry+i)/x==1){   *(arry+i)=1;      }   POINT_COLOR = BLACK;   LCD_DrawLine(15+i,200+208*n,15+i,200+208*n-(*(arry+i))*180);   }    POINT_COLOR = BLUE;      LCD_ShowString(330,20+208*n,120,12,12,"Freq(Hz)    Power(dB)");   for(i=0;i<8;i++){   power=10*log10(RMSharmonic[i]*RMSharmonic[i]);   LCD_ShowFloatNum(330,32+208*n+12*i,harmonic_frequency[i],2,12,0);   if(power>0){   LCD_ShowFloatNum(396,32+208*n+12*i,power,2,12,0);   }   else{   LCD_ShowString(390,32+208*n+12*i,6,12,12,"-");   LCD_ShowFloatNum(396,32+208*n+12*i,(-power),2,12,0);   }   }   } 
  //頻域診斷指標計算   void Frequency_OperationIndicator(float32_t * arry,uint16_t n)   {    uint16_t i;   float32_t current_power;   float32_t fundamental_power;   float32_t harmonic_power;   float32_t sqrt_harmonic_power;    for(i=0;i<(FFT_LENGTH/2+1);i++){      if(i==0)     amplitude[i]=(*(arry+i)/FFT_LENGTH)* 4.39f;   //直流分量幅值還原，頻譜修正      else     amplitude[i]=(*(arry+i)*2/FFT_LENGTH) *4.39f;   //交流分量幅值還原，頻譜修正   } 
  arm_max_f32(amplitude,2049,harmonic,harmonic_frequency);   //基波基頻   RMSharmonic[0]=harmonic[0]/1.4142135623731f; 
  for(i=2;i<11;i++){   arm_max_f32((amplitude+i*harmonic_frequency[0]-1),2,harmonic+i-1,harmonic_frequency  +i-1);   //10 次以內(nèi)諧波   *(harmonic_frequency+i-1)=*(harmonic_frequency+i-1)+i*harmonic_frequency[0]-1;/諧頻   RMSharmonic[i-1]=harmonic[i-1]/1.4142135623731f; }   current_power=square(RMS[n],2);    //信號總功率   fundamental_power=square(RMSharmonic[0],2);//基波功率  arm_power_f32(RMSharmonic+1,9,&harmonic_power);   //諧波功率   arm_sqrt_f32(harmonic_power,&sqrt_harmonic_power);   THD[n]=sqrt_harmonic_power/RMSharmonic[0];   //總諧波失真指標計算   SNR[n]=(fundamental_power+harmonic_power)/(current_power-fundamental_power-harmon  ic_power);      SINAD[n]=current_power/(current_power-fundamental_power);   arm_sqrt_f32(SNR[n],SNR+n);   //信噪比指標計算   arm_sqrt_f32(SINAD[n],SINAD+n);   //信納比指標計算   THD[n]=20*log10(THD[n]);   //dB 換算   SNR[n]=20*log10(SNR[n]);   //dB 換算   SINAD[n]=20*log10(SINAD[n]);  //dB 換算   Frequency_Spectrum(amplitude,harmonic[0],n); } 
  //時域診斷指標計算   void Time_OperationIndicator(float32_t * arry,uint16_t n)   {   uint32_t i;   uint32_t imax;     float32_t max;      float32_t mean;   //平均值   float32_t meanabs;   //整流平均值      float32_t meansqrt;   //算術(shù)平方根的平均值   float32_t squaremeansqrt;   //方根幅值 
     arm_max_f32(arry,4096,&max,&imax);   //峰值計算   arm_mean_f32(arry,4096,&mean);   //平均值計算   arm_abs_f32(arry,arry,4096);   //絕對值計算   for(i=0;i<4096;i++){   KURTOSIS[n]=KURTOSIS[n]+square((*(arry+i)-mean),4);   }      KURTOSIS[n]=KURTOSIS[n]/4096;    KURTOSIS[n]=KURTOSIS[n]/square((*(RMS+n)),4);   //峭度系數(shù)指標計算   arm_mean_f32(arry,4096,&meanabs);   for(i=0;i<4096;i++){   arm_sqrt_f32(*(arry+i),(arry+i));      }   arm_mean_f32(arry,4096,&meansqrt);      squaremeansqrt=square(meansqrt,2);   PULSE[n]=max/meanabs;   //脈沖因子指標計算   MARGIN[n]=max/squaremeansqrt;   //裕度因子指標計算 } 
  //Gizwits 協(xié)議初始化   void Gizwits_Init(void)   {     TIM3_Int_Init(10-1,8400-1);   //1MS 系統(tǒng)定時     usart3_init(9600);      memset((uint8_t*)¤tDataPoint, 0, sizeof(dataPoint_t));   //設(shè)備狀態(tài)結(jié)構(gòu)體初始化     gizwitsInit();   //緩沖區(qū)初始化   } 
  //機智云用戶自定義函數(shù)   void userHandle(void)   {   if(wifi_sta)   //WIFI 已連接   {            currentDataPoint.valueFe = Fe;     currentDataPoint.valuePin = Pin;     currentDataPoint.valueTHD = THD[3];   currentDataPoint.valueSNR = SNR[3];     currentDataPoint.valueSINAD = SINAD[3];     currentDataPoint.valueCf = PULSE[3];     currentDataPoint.valueCq = KURTOSIS[3];     currentDataPoint.valueCe = MARGIN[3];     currentDataPoint.valueFs = Fs;   }   } 
  //主函數(shù)   int main(void) {      uint16_t n;        int key;     arm_cfft_radix4_instance_f32 scfft;     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);    //系統(tǒng)中斷優(yōu)先級分組     delay_init(168);   //延時函數(shù)初始化     uart_init(115200);   //初始化串口        KEY_Init();   //按鍵初始化     Gizwits_Init();   //機智云協(xié)議初始化     TIM2_Int_Init();   //通用定時器 2 初始化        ADC_Config();   //ADC 參數(shù)配置     DMA_Config();   //DMA 參數(shù)配置        LCD_Init();   //LCD 初始化     FSMC_SRAM_Init();   //外部 SRAM 初始化          arm_cfft_radix4_init_f32(&scfft,FFT_LENGTH,0,1);   //初始化 scfft 結(jié)構(gòu)體，設(shè)定 FFT 參    數(shù)        Screen_diaplay();   //界面顯示        EMU_init(3,4);   //三相電參數(shù)監(jiān)測模塊初始化        while (1)        {          if(flag_dma==1)     {     arm_rms_f32(ADC_Con_A[n],4096,RMS+0);    //A 相輸入電流均方根指標計算        arm_rms_f32(ADC_Con_B[n],4096,RMS+1);    //B 相輸入電流均方根指標計算        arm_rms_f32(ADC_Con_C[n],4096,RMS+2);    //C 相輸入電流均方根指標計算        //復(fù)數(shù)構(gòu)造     for(n=0;n         fft_inputbuf[0][2*n]=ADC_Con_A[n]* Kaiser [n];          fft_inputbuf[0][2*n+1]=0;           fft_inputbuf[1][2*n]=ADC_Con_B[n]*Kaiser[n];       fft_inputbuf[1][2*n+1]=0;            fft_inputbuf[2][2*n]=ADC_Con_C[n]* Kaiser [n];          fft_inputbuf[2][2*n+1]=0;             }   arm_cfft_radix4_f32(&scfft,fft_inputbuf[0]);   //FFT 計算（基 4）   arm_cmplx_mag_f32(fft_inputbuf[0],fft_outputbufA,FFT_LENGTH);   //復(fù)數(shù)求模   arm_cfft_radix4_f32(&scfft,fft_inputbuf[1]);   arm_cmplx_mag_f32(fft_inputbuf[1],fft_outputbufB,FFT_LENGTH);    arm_cfft_radix4_f32(&scfft,fft_inputbuf[2]);   arm_cmplx_mag_f32(fft_inputbuf[2],fft_outputbufC,FFT_LENGTH);   
  Frequency_OperationIndicator(fft_outputbufA,0);   //頻域診斷指標計算   Frequency_OperationIndicator(fft_outputbufB,1);   Frequency_OperationIndicator(fft_outputbufC,2);   Time_OperationIndicator(ADC_Con_A,0);   //時域診斷指標計算   Time_OperationIndicator(ADC_Con_B,1);   Time_OperationIndicator(ADC_Con_C,2); 
     //合相診斷指標計算   RMS[3]=(RMS[0]+RMS[1]+RMS[2])/3;        PULSE[3]=(PULSE[0]+PULSE[1]+PULSE[2])/3;           MARGIN[3]=(MARGIN[0]+MARGIN[1]+MARGIN[2])/3;          KURTOSIS[3]=(KURTOSIS[0]+KURTOSIS[1]+KURTOSIS[2])/3;       THD[3]=(THD[0]+THD[1]+THD[2])/3;   SNR[3]=(SNR[0]+SNR[1]+SNR[2])/3;     SINAD[3]=(SINAD[0]+SINAD[1]+SINAD[2])/3;   Fe=ReadSARegister(0x1C)/8192;   //電網(wǎng)工頻   Pin=Calculate_S(HXPhase)*2;   //電機輸入功率 
  LCD_ShowFloatNum(65,640,Fs,0,16,0); LCD_ShowFloatNum(65,665,F0,0,16,0);   LCD_ShowFloatNum(65,690,Fe,2,16,0);   LCD_ShowString(97,715,8,16,16,"-");   LCD_ShowFloatNum(105,715,-THD[3],2,16,0);   LCD_ShowFloatNum(97,740,SNR[3],2,16,0);   LCD_ShowFloatNum(113,765,SINAD[3],2,16,0);   LCD_ShowFloatNum(352,640,RMS[3],2,16,0);   LCD_ShowFloatNum(344,665,PULSE[3],2,16,0);   LCD_ShowFloatNum(344,690,KURTOSIS[3],2,16,0);   LCD_ShowFloatNum(344,715,MARGIN[3],2,16,0);   LCD_ShowFloatNum(312,740,P,2,16,0); 
  userHandle();   //機智云協(xié)議用戶操作   gizwitsHandle((dataPoint_t *)¤tDataPoint);   //機智云協(xié)議處理   key = KEY_Scan(0);   if(key==KEY1_PRES)   //KEY1 按鍵按下   {   printf("WIFI 進入 Airlink 連接模式
");      gizwitsSetMode(WIFI_AIRLINK_MODE);   //Airlink 模式接入   }     if(key==WKUP_PRES)   //KEY_UP 按鍵按下   {        printf("WIFI 復(fù)位，以重新配置連接
");      gizwitsSetMode(WIFI_RESET_MODE);   //WIFI 復(fù)位   }   }   }    }

綜合離心泵工況診斷系統(tǒng)的功能需求和硬件架構(gòu)，本文從系統(tǒng)初始化、信息交互等方面對系統(tǒng)的功能實現(xiàn)程序進行了設(shè)計，基于機智云物聯(lián)網(wǎng)云平臺實現(xiàn)了電流信號的實時采集，診斷指標的實時計算，電流頻譜的實時顯示，電機功率的實時監(jiān)測以及系統(tǒng)下位機與屏顯模塊、移動端 APP 兩個平臺之間的信息交互。

實物工作情況圖如下：