#第二届立创大赛#参赛作品《物联网采控系统》完结 - 立创电子设计大赛

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立创电赛

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第二届立创电子设计大赛

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BSD

描述

一、作品简介 例如，可以包括但不局限于以下内容： 1.作品的整机外观图片或焊接组装好的PCBA图片； 2.作品的研究背景、目的和功能、市场应用前景； 3.作品在创新性、趣味性、实用性甚至公益性方面，有哪些亮点可体现？ 现在的物联网设备品种太多，如果要把各类的协议标准起来也不可能，例如MODBUS也只是标准了协议，并没标准协议内的有效数据。这样就会使 各个厂家有各自的软件。如果自家用了5家的设备，那么最终你想控制这些设备要来回切换，不麻烦吗？同时也防止厂家间接“强奸”用户，例如： 为了使用更加方便，买同一个牌子的设备，实际上有些我并不是很喜欢，只是能凑合罢了。 用这个网关就是集成各种厂家的数据，最终给用户的只是一个界面，这样用户体验更加清爽，舒适。同时还可以把古老的设备，没有接入互联网功能 的设备让它联网！成为一个互联网设备。让数据集中管理，用户单一管理，效率更高更实用。 二、系统构架图 用流程图或思维导图等形式，描述您的作品的组成构架，即方案图。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/mEkTbS3rnI5PNR6CYPydpw7YGBMFXAYx74ztsniL.png" alt="" width="879" height="871"> 网关与服务器通信架构图： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/XXDoEM5Lrnu1HORDWG1buyv5Qzd7GFqyMqfReUUQ.png" alt="" width="417" height="245"><img title="点击查看大图" src="//" alt=""> 网关与节点的通信架构图： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/UrS9lhFzeeyoF29cigR1hs6nbWi9Z168SHC3nZT2.png" alt="" width="742" height="446"><img title="点击查看大图" src="//" alt=""> 三、硬件部分的描述 1.附上原理图&PCB实物图的图片或者源文件（官方建议大家尽量用源文件上传），如果是图片，请确保图片是清晰可辨的； 2.用文字把该作品的实现原理、系统的工作过程大致讲解一下。 PCB原文件：<a class="ke-insertfile" href="http://club.szlcsc.com/article/downFile_F36711403017984F.html" target="_blank">网关PCB源文件</a> (下载次数：1833) 网关原理图： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/6wptmB22rto6crQOtJQNZp8lzx7AqPxVIuWAn3tx.png" alt="" width="585" height="507"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/pBOJcyvQg8IjJEMoVDmdi4kkbWfHzqfxUToutJQe.png" alt="" width="889" height="396"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/qmT9JNXJfh8x0GTEFrK9wnHaUUE6cL1N1gyKKZW8.png" alt="" width="670" height="399"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/vF0uqMKp1rwT64jYBAyPNawQdJdM9n1PD3VUKXri.png" alt="" width="802" height="398"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/FoCoF7rdZlpe4GrjoX0Ju7KeHoDA5eS8LZeZmsuU.png" alt="" width="659" height="435"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/nCUOYjqYXx0kU3VL7shtxxVMl1GbImJYroXWjCyS.png" alt="" width="521" height="429"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/2Bg2cEt8rFsJvdrHNlgiFbIrEQhmLpCE62XnJZg1.png" alt="" width="911" height="402"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/ZYC1dLX0CUVeWK56lM7LZNzdITE5fFZey4zABFzt.png" alt="" width="696" height="394"> <img title="点击查看大图" src="//" alt=""> -----------------------------------------网关PCB图片如下--------------------------------------------------<img src="//image.lceda.cn/pullimage/GZj2IMczmJYtN0YM4kGbLZa2pOoHomxk9OIyqndU.jpeg" alt="" width="749" height="556"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/WCygoqrJ20FH2V2oUIjtVEhS90Q7rp7gGL3BEdGy.jpeg" alt=""> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/8pfKNUJUX0H3AsXTiIFUpJcp3G7KOHDcsn8qjoaL.jpeg" alt="" width="456" height="465"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/2OzT3RdSysFOCjCugb49hzsbGspiPuvzkA31zmgW.jpeg" alt="" width="439" height="448"><img title="点击查看大图" src="//" alt=""> <img title="点击查看大图" src="//" alt=""> <img title="点击查看大图" src="//" alt=""> 网关PCB实物图，手工焊接了2张，WIFI是预留了接口，ESP-08 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/jwH3PMDcFeRQDkaVpNr4iJaY2vFAlRIbvf3gyGFB.jpeg" alt="" width="876" height="657"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/xAIonx154rWRcjb6Yya3TLpWM7y1DouEOPm5tM0Z.jpeg" alt="" width="878" height="659"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/5c42sixzNz8qLsd2wGWn4nLmt6collJnhoD4tEOE.jpeg" alt="" width="880" height="660"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/GvaIEUll5OhMdcHPt1Is8dOysFkVy7QLgAaZPP31.jpeg" alt="" width="879" height="1172"> 采用了很多钽电容，目前全部焊接，如果作为实际的产品而言，可以通过测压力，去掉一些钽电容，毕竟成本太高了 选取的网关外壳，铝合金的，不过商家不给开孔，我得想办法了 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/BYPyEGOEuFSffHutKXtUoIZxFrtXYYecwA8hU4Er.jpeg" alt="" width="885" height="664"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/BMZKzQbe8lzB3qkjyExHOC9zjk9LFkcaKzflFHMs.jpeg" alt="" width="888" height="666"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/hmD0D21g67H5P5wD987P5oT2RmuXTzkxZ378CIAx.jpeg" alt="" width="888" height="666"> =====================================无线采集控制功能验证板=============================== <img src="//image.lceda.cn/pullimage/phQz3aClOhy6LNUUwR2RmmPxS5lhYjdYT8fQovW6.jpeg" alt="" width="915" height="686"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/vhGrpgRrGZoo2bDwzQWWYs6yQxPydk5JVjYMxdY6.jpeg" alt="" width="916" height="687"><img title="点击查看大图" src="//" alt=""> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/SCumtzJWmiCMcpgSY5BqYuWOTG4BByh7RGHMplzP.jpeg" alt="" width="916" height="687"><img title="点击查看大图" src="//" alt=""> <img title="点击查看大图" src="//" alt="">PC远程控制软件 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/9N8ur6PbPzwdTcl7fuJDHAXucChh3Velbltgn9Iw.png" alt="" width="440" height="427"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/t3upJ7ge7SEDWS8Zr6l8boLdVCI2daqvxgqhjieR.jpeg" alt="" width="956" height="717"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/ill77VW09wMCzlJJW8IpEdm311YgunEA51Qklckc.jpeg" alt="" width="953" height="715"><img title="点击查看大图" src="//" alt=""> <img title="点击查看大图" src="//" alt=""> 四、材料清单（BOM列表) 列出您这个作品所用到的主要器件（关键器件即可），比如单片机&ARM芯片、专用集成芯片(ASIC)、传感器、功能模块等。 如果所列出的芯片是来自我们立创商城上的，最好能写出该器件的商品编号或附上对应购买链接。 MCU： STM32F205 存储： W25Q64 & TF 无线通信： RA-01/02 & NRF24L01P & ESP8266(预留接口) 有线通信： RS232/485 RTC： PCF8563T 传感器： BH1750FVI SHT211 DS18B20 MQ-135/MQ-2 DCDC： MP2451 LDO: ME6210 所有元器件都是常用你的，除了模块，其他的立创都有。模块想必每个人呢都见过了吧，都是行业大佬出的模块。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/JTvGjsH3v4J4gzTlVAhN5HaUwxadgt2oVdZH2nf2.png" alt="" width="1144" height="1612"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/rkTLSkwwnk7CXDvZOC7afWFbs4758FwChScpQdYP.png" alt="" width="1144" height="1612"><img title="点击查看大图" src="//" alt=""> <img title="点击查看大图" src="//" alt=""> BOM没有整理，有点乱！嘿嘿 五、软件部分的描述（选填） 见【二】 硬件介绍： LORA（Aithink RA-01）： 选取LORA的原因是，针对于物联网行业，越来越多的设备选择它是因为距离比较远，但是缺点也没见几个人说，那就是距离远，传输速率慢！传输时间长！ （20dbm的功率，9600bps的速率，空旷距离1km左右） LORA应用，对于数据量小，使用环境复杂的情况使用还不错。对于智能家居这一块使用我个人觉得还不错，因为在家里面，几乎全是墙壁，如果用zigbee， 会涉及到非常多的路由，如果链路断掉，很定位问题点。对于这种环境，看好LORAWAN，顺带吐槽下，目前LORAWAN的开发设备套件太JB贵了！！！！ 选择理由：距离远，未来主流 NRF24L01P（PA+LNA）： 这款搞这行电子的应该都知道了吧，现在很多无线通信设备、传感器都是用它做无线，甚至国内还有这款的SOC，这价格叫一便宜。所以可以挂载很多不同 厂家的传感器，知道对方的协议即可。 NRF24L01P，传输速率比LORA快N倍，但说【入网】这个流程那是ms级别。LORA那是百ms级别，但是缺点就是无线绕射性能不怎么好，传输直线距离 还不错，但是曲线，有障碍物这种情况距离大大衰减。 选择理由：市场占有率高，便宜 W25Q64： 这款华邦的SPI FLASH，只要用过SPI FLASH 的工程师应该第一款就用的这类吧。说下个人看法： 优点：便宜，好用 缺点：擦除时间太长了！！！！！ 选择理由：便宜！好用！ W5500： 对于以太网而言，要么跑协议栈，要么就用硬件，再要么上高逼格linux(自带)。我这里选取的是W5500，因为主办方要求用STM芯片，其次跑通协议栈很 简单，搞稳定协议栈不简单！！所以，为了项目进度、稳定所以选取了W5500。 芯片支持8个socket，1个用于通信，1个用于UDP（本地配置参数用，广播），1个DNS，预留1个TCP SERVER做网页。 目前使用中还是很稳定，用W5500官方的栈分分钟钟搞定，比较稳定。 提示：在我使用中发现socket刚连接上就发送数据，会返回成功，但是服务器并没收到数据。解决方法：链接上socket后，延时300ms(随便延时的)再发送。 选择理由：开发简单，大大缩短了开发时间，成本也不会上升多少，芯片使用也很稳定。 ESP8622: 出货量相当惊人的WIFI模块，所以必须得兼容，现在很多智能家居都是用的它采集控制的。不过同是在一个局域网，依然可以通过W5500控制那些WIFI设备。 暂时预留着，后续使用。不过有网线的地方还是建议用以太网，WIFI的稳定性受自身以及路由器的影响，会导致产品体验感不受控制，掉线了是设备问题还是 路由器问题呢？ 选择理由：便宜！大众化！ RS232/485: 古老且标准的通信方式，必须兼容。打印机、传感器啥的几乎都有这个东西，所以必须兼容。如果家里有一台传统的打印机，想要改造成互联网打印，所以这就 派上用场了，拨接协议，直接远程通信打印就搞定了！ 硬件设计采用了全隔离方式（信号+电源），保证主控不会受影响。毕竟外接什么设备是unknow的。 选择理由：地球标准，兼容新旧设备 USB： 采用USB HID方式进行通信，目前下位机已经完成，上位机还没写完.....。后续继续！ 为什么采用HID方式？ -->> 免驱！！！ 打开上位机，插上设备即可完成通信多么好，虽然速率不高，但是满足配置以及读取信息足矣了！ 如果虚拟串口，那么你打开的是串口几呢？还要去选择，很麻烦的。体验感太差劲了。 选择理由：仅需要一根USB Micro 数据线（大部分安卓手机标配）即可 TF： 目前是预留了TF卡，是为了用做长期的大量历史数据存储。通信接口是SDIO方式，硬件已经完善，软件还没有调试。目前使用W25Q64来存储历史数据。 选择理由：地球标准大容量储存卡 RTC： RTC选取的是一款比较常用的型号PCF8563T，同时配上了一颗充电电池作为RTC备用电源。这颗芯片通信方式采用常用的IIC，很方便操作。 选择理由：便宜！操作简单！稳定！ 网关功能介绍： 1. 远程升级 原理：通过以太网/RS232/R485/LORA 按照指定格式把升级Bin文件发送给网关，目前实现的是通过以太网网络发送， 每次发送256byte字节。因为软件是等Bin文件接收完了之后，再跳转到Bootloader进行升级，所以在此是存储在SPI FLASH上的。 该SPI FLASH 单次写入最大数据是256byte，所以这样规定的。其次是因为数据采用json协议，如果数据量过大，会导致解析json开销过大。 提示：发送bin文件，因为是16进制，所以我用了base64进行转码。 2. 数据缓存 软件内部会有一个RAM的缓存池，根据芯片的RAM来决定，目前我用的这款我采用了最大50KB来作为缓存池，以便于网络不稳定，数据不会丢失。 如果数据存满了，网络依旧尚未畅通，则会按照指定格式存储在SPI FLASH 指定的区域，以便于网络通畅后把历史数据上传到服务器。 3. 无线通信 载无线通信模块：RA-01(LORA) + NRF24L01P+ESP8266，目前ESP8266预留接口，功能调试主要是针对于RA-01+NRF24L01P。 由于硬件原因，LORA的单包最大数据为128Byte，NRF24L01P最大数据为32Byte，这对于传输json数据太痛苦，但是传输modbus这种协议很难 解读。所以我采用的类似json的“序列化”+“反序列化”的方式进行编写，这样后期可无限制的添加协议，不会影响之前设备的协议。 同时在LORA和NRF24L01P上做了简单的拆组包协议，以便于发送更长的数据包。目前支持最高512Byte。 4. 兼容协议 无论是通过RS232/485、LORA、NRF24L01、ETH，所有的数据协议会分为两种，第一种JSON，第二种自定义协议。然后把数据放入指定的TASK解析， 例如要开个灯，从RS232发送，从ETH发送，从LROA发送都是一样的效果，而且执行的程序也是一样的，只是指令进出的管道不一样而已。这样方便于 管理通信协议，不会造成混乱。 5. 电量检测 1秒一次检测DCDC输入电压值，并记录发送到服务器，方便于核实供电情况。 无线采集控制功能验证板介绍： 这只是为了验证功能，所以采用了N合一的设计，实际应用应该不会用到这么多。 多合一内容： SHT21 + DS18B20 + BH1750FVI + MQ-XXX + 2路继电器 + 1个UART扩展 无线通信：LORA/NRF24L01P，二选一。演示采用LORA，这个相对复杂点，NRF24L01P相对简单一点，暂时不做演示。 模块采用MOS管控制电源，不用则关闭，以降低功耗，主控采用STM8L151K4，最终最低功耗做到了2.5ua睡眠电流，RTC唤醒，视频有介绍哈。 六、作品演示 腾讯视频： <a href="https://v.qq.com/x/page/n0539xzjjbj.html" target="_blank">地址</a> （https://v.qq.com/x/page/n0539xzjjbj.html） 着急忙忙的终于吧B端的采集展示做好了，来不及拍视频，就留个链接哈 http://iots.f3322.net:10080/index.php/admin/login/index 账号:user 密码:1234567890 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/QIeuHZAKSYrOYnpR0KS4hCzIaZbb12d58jHaRdhd.png" alt="" width="530" height="942"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/SeG3r9uzB0zXSNdhjljL4xj9R4Wg5ASSKTDG2skl.png" alt="" width="524" height="931"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/q16gVKu9wHfnes7N9miTGgoKxZhRGefrbfdia5pp.png" alt="" width="522" height="928"><img title="点击查看大图" src="//" alt=""> 七、总结 先说下整体的流程吧： 1. 网关设计，思考到底要做成什么样子，有什么功能。 2. 功能验证，通过设计的理念，去网上找是否有现成的零部件让我能组装成我想要的产品。 3. 网关电路设计 4. 服务器搭建 5. 网关程序编写+功能验证 6. 无线采集控制功能验证板电路设计，因为只是为了验证功能，所以没有去设计外观。 7. 无线采集控制功能验证板程序编写+功能验证 8. 系统联调 9. PC端软件编写 10. 帖子编写 由于时间关系，只做了PC端演示程序，但是协议都是零活的，后续会完善B端展示。无论是http，ws，socket，有效数据里面的数据协议均是一样， 这样就让整套系统更加容易管理。 服务器用的linux + php + workerman + mosquito + mysql + nginx搭建。支持长连接，高并发！针对于嵌入式物联网设备。 服务器目前完成了：用户登陆+数据解析+数据存储+远程升级 + 远程控制等，后续继续完善B端，这样就方便于手机操控，同时绑定在微信里面就更易用了。 提醒下：买物料一定要仔细！！！我这就买错了一个物料，继电器我设计的是5V供电，买成了12V，后面写程序的时候才发现，然后在一个开发板上卸 了两个下来。上面的图片继电器是12V，那是焊接好拍摄的。视频里面是5V，那是后面写程序的时候修改过了。 这里感谢立创商城提供的这个机会--> int main(void){ for(;;){ printf("3Q!\r\n"); } } 由于时间关系，没有做得那么精致完美完善，希望做这个产品的目的大家能理解，有什么更好的建议意见可以回帖一起讨论。谢谢！ /* 更新日志 */ 2017-06-25 - 2017-07-01 搭建云服务器 <ul> <li> </li> <li>操作系统：Linux</li> <li>云服务器程序语言：PHP5</li> <li>MQTT代理：mosquitto</li> <li>MQTT版本：V3.1.1</li> <li>数据库：MQSQL</li> <li>暂无WEB操作界面</li> </ul> 2017-07-01 - 2017-07-05 网关的原理图设计以及PCB绘制 <ul> <li>主控：STM32F2xx</li> <li>存储：SPI FLASH & SD CARD</li> <li>以太网：W5500</li> <li>LORA : SX127x</li> <li>WIFI ：ESP8266-XX</li> <li>2.4G : NRF24L01P+</li> <li>隔离RS485/232 (采用同一路串口)</li> </ul> 2017-07-21 <ul> <li>完成网关的外设驱动</li> <li>NRF24L01,SX1278通信正常，频道速率等切换正常</li> <li>与采集器协议添加完毕</li> </ul> 下一步：打样采集器+制作，目前看来时间要紧，所以采集器为功能验证板，没法做成产品的样子了。 完成网关的外壳修改，让其成为一个像样的的产品。 2017-08-19 完结 <h3>更多项目详情见链接：http://club.szlcsc.com/article/details_6695_1.html </h3> <h3>本项目归立创社区“求生之路”所有</h3>