架构设计—分层

架构设计—分层

一.模式描述

分层是一种常见的设计模式,比如操作系统就是一个很好的分层设计,在开发应用软件时,我们不必关心设备驱动程序,CUP指令集,文件管理,内存管理的实现,更不用了解芯片的各种逻辑门等。再比如网络的七层协议等。这这些分层设计将给我们带来如下好处:
1.在无需过多了解其他层次的基础上,可以将某一层作为一个有机整体来理解,如:无线了解以太网的工作细节,便可在TCP上构建FTP服务。
2.可以替换某层的具体实现。
3.可以将层次间的依赖性减少到最低。
4.分层有利于标准化工作,如:TCP和IP就是关于他们各自层次如何工作的标准。
5.一旦构建好某一层次,便可以为上层的各种系统提供支撑,如:TCP/IP可以同时被FTP,telnet,SSH和HTTP使用。否则,所有的高层协议都必须编写他们自己的底层协议。

二.关键概念

“隔离”是分层架构模式中非常重要的概念。封闭层意味着当请求从一个层移动到另一个层时,它必须通过它下面的层才能到达该层下面的下一层。例如,源自表示层的请求必须首先通过业务层,然后通过数据库层再到达持久层。 那么为什么不允许表示层直接访问持久层或数据库层呢?毕竟,从表示层直接访问数据库比通过一堆不必要的层只是为了检索或保存数据库信息要快得多。这个问题的答案在于一个被称为隔离的关键概念。隔离层意味着在体系结构的一个层中所做的更改通常不会影响其他层中的组件:更改与该层中的组件隔离,并且可能与另一个关联层(例如包含持久层)。如果允许表示层直接访问持久层,那么在持久层中对SQL所做的更改将影响业务层和表示层,从而产生一个紧密耦合的应用程序,在组件之间具有许多相互依赖性。这种类型的架构变得非常困难且变得昂贵。 隔离层的概念还意味着每个层独立于其他层,因此很少或根本不了解架构中其他层的内部工作。

三.如果判断分层是否成功

要想判断系统分层是否成功,可从如下几方面考虑:
1.如果修改其上层或下层,当前层是否也需要做相应的修改,如果当前层拥有标准的协议,那么不管上层和下层如何变化,当前层都可以不变,则分层成功;但如果上下层一旦变化,当前层也需要做相应的修改,那么就是一个失败的分层。

<think>好的,我现在需要帮助用户查找关于智能宠物饮水机的逻辑架构设计,特别是分层架构图和系统设计。首先,我需要分析用户的问题。用户提到了参考的引用内容,其中一个是关于智能宠物投喂系统,另一个是智能饮水机控制系统。用户现在想结合这两者,了解智能宠物饮水机的分层架构设计。 首先,我应该回顾用户提供的引用内容。引用[1]中的智能宠物投喂系统包含硬件和软件部分,主控单元是STM32单片机,传感器、执行部件等。软件部分有时钟管理、传感器检测、手动控制和蓝牙通信。引用[2]中的饮水机控制系统涉及温度传感器、液晶屏、按键、加热器、混水阀、压力传感器和蜂鸣器等,逻辑流程包括温度检测、用户输入、加热控制、出水控制以及缺水报警。 用户的需求是智能宠物饮水机的逻辑架构设计,特别是分层架构图。我需要结合这两个引用的系统,设计一个分层架构。通常,嵌入式系统的架构可以分为硬件层、驱动层、中间件层和应用层。每个层次有不同的功能模块。 硬件层应包括传感器模块(如水位、温度、重量)、执行模块(水泵、加热器、阀门)、通信模块(蓝牙/WiFi)、人机交互模块(显示屏、按键、指示灯)和电源模块。驱动层负责各硬件组件的底层驱动,比如传感器驱动、执行器驱动、通信驱动和显示驱动。 中间件层可能包括数据处理(滤波、校准)、通信协议(蓝牙/WiFi通信逻辑)、任务调度(实时任务管理)和异常处理(缺水、温度异常)。应用层则是核心逻辑,比如水位检测、温度控制、自动出水、远程控制、用户界面和报警系统。 接下来,我需要考虑如何将这些层次整合成一个逻辑架构图。虽然没有图例,但可以用文字描述各层之间的交互。例如,硬件层的数据通过驱动层传递给中间件层进行处理,再传到应用层执行相应逻辑,然后通过驱动层控制执行器。 可能的相关问题包括设计中的关键技术、与投喂系统的集成、通信方案选择、异常处理机制以及测试验证方法。这些问题可以帮助用户进一步深入理解系统设计。 需要确保回答结构清晰,分点说明每个层次的内容,并引用提供的参考文献来支持设计。同时,生成的回答要符合用户的要求,使用中文,数学表达式正确,并生成相关问题。</think>### 智能宠物饮水机分层架构设计 #### 1. **系统总体架构** 智能宠物饮水机采用**四层分层架构**,包括硬件层、驱动层、中间件层和应用层,其逻辑架构设计如下: ``` [逻辑架构示意图] 应用层 ├─用户交互逻辑 ├─温度控制算法 ├─水位监测系统 ├─远程通信模块 └─异常报警机制 ↓ 中间件层 ├─数据滤波与校准 ├─通信协议解析 ├─任务调度器 └─状态监控器 ↓ 驱动层 ├─传感器驱动(水位/温度/重量) ├─执行器驱动(水泵/加热器/阀门) ├─显示屏驱动 └─蓝牙/WiFi驱动 ↓ 硬件层 ├─传感器模块 ├─执行器模块 ├─通信模块 └─人机交互模块 ``` #### 2. **分层架构详解** 1. **硬件层** - **传感器模块** - 水位传感器:检测水箱剩余水量(超声波/浮球式)[^2] - 温度传感器:实时监控水温(如DS18B20)[^2] - 重量传感器:检测水盆重量判断宠物饮水量 - **执行器模块** - 微型水泵:控制水流补给 - PTC加热器:水温调节 - 电磁阀:控制出水开关[^2] - **通信模块** - 蓝牙/WiFi模块(如HC-05/ESP8266)实现远程控制[^1] - **人机交互模块** - OLED显示屏:显示水温/水量/工作状态 - 物理按键:模式切换/手动控制 2. **驱动层** - 提供底层硬件接口封装: ```C // 示例:水位传感器驱动代码片段 uint16_t Get_WaterLevel() { ADC_StartConvert(); return ADC_GetResult() * CALIBRATION_FACTOR; } ``` 3. **中间件层** - 数据预处理:对传感器原始数据进行滑动平均滤波 $$ \bar{x}_n = \frac{1}{N}\sum_{i=n-N+1}^{n} x_i $$ - 通信协议栈:实现Modbus/MQTT协议解析[^1] - 实时任务调度:通过状态机管理加热/补水优先级 4. **应用层** - **核心控制逻辑** - 温度PID控制算法: $$ u(t) = K_p e(t) + K_i \int_0^t e(\tau)d\tau + K_d \frac{de(t)}{dt} $$ - 智能补水策略:根据历史饮水量预测需求[^1] - **远程控制模块** - 支持APP指令解析(如定时喂水/温度设定) #### 3. **关键交互流程** 1. 水位检测→数据滤波→缺水判断→触发水泵补水[^2] 2. 温度设定→PID计算→PWM控制加热器 3. 蓝牙指令→协议解析→更新系统参数[^1] 相关问题
评论
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值