东北大学云计算课设报告

### 重要知识点解析 #### 一、边缘计算控制系统概述 边缘计算作为一种新兴的计算范式，在云计算的基础上进一步拓展了计算资源的分布范围，使得数据处理更靠近数据源或用户终端，从而有效降低网络延迟，提高数据处理效率。本报告重点讨论了边缘计算控制系统的设计与实现，特别是针对工业自动化场景下的应用。 #### 二、实验设计任务及要求 1. **设计任务**： - 开发基于STC单片机和边缘服务器的控制系统，用于控制直流伺服电机。 - 利用EdgeX Foundry搭建边缘计算平台，并在该平台上实现控制算法的应用。 - 实现服务器端与客户端之间的通信和实时监控。 - 完成基础实验和两个扩展性实验的设计与实施。 2. **设计要求**： - 使用Keil uVision4集成开发环境进行单片机程序开发。 - 使用Ubuntu20.04操作系统作为边缘服务器的操作系统。 - 利用EdgeX Foundry实现边缘端控制程序的编写。 - 实现基于MQTT协议的服务端与客户端通信。 #### 三、基础性实验设计 1. **Docker及EdgeX Foundry平台安装实验**： - **Docker**：容器化技术，可以高效地管理和部署应用程序及其依赖环境。 - **EdgeX Foundry**：开源项目，提供了统一的物联网边缘计算平台，简化了设备连接、数据处理和云对接的过程。 2. **基于EdgeX Foundry的边缘端控制程序编写**： - 编写插件函数，包括速度ID和模糊PID控制算法。 - 利用Go语言完成插件函数的开发。 - 在EdgeX Foundry服务中进行编译和部署。 - 通过定义流和规则来指定数据处理流程。 - 使用MQTT协议实现数据的发布和订阅。 3. **改进PID控制算法——模糊PID**： - 对传统PID控制算法进行改进，引入模糊逻辑理论。 - 设计模糊控制器，根据误差和误差变化率调整PID参数。 - 编写控制算法程序，并进行编译和运行测试。 #### 四、拓展性实验设计 1. **监控软件设计**： - **设计原理**：构建基于MQTT协议的数据采集和监控系统。 - **程序编写**：使用Python语言实现MQTT客户端和服务端。 - **运行结果**：展示通过MQTT协议获取的实时数据，并对其进行监控。 2. **服务器端与用户端的通信系统设计**： - **通信系统框架**：采用MQTT协议实现服务端与客户端的双向通信。 - **程序编写**：服务端利用edgex-mqtt-broker启动MQTT服务，客户端订阅服务端发布的主题。 - **运行结果**：展示客户端向服务端发送消息后，服务端能够成功接收并响应的过程。 #### 五、结论 本课程设计实现了基于边缘计算的控制系统设计与实现，不仅完成了对直流伺服电机的有效控制，还实现了服务端与客户端之间稳定的通信机制。通过使用EdgeX Foundry等前沿技术，提高了系统的可靠性和灵活性，为工业自动化领域的应用提供了有益的参考。 通过此次课程设计，学生不仅掌握了边缘计算的基本概念和技术实现方法，还在实践中加深了对云计算、边缘计算以及相关技术的理解，为进一步的研究和学习奠定了坚实的基础。