#第四届立创大赛#基于STM32的超低功耗时间同步工业级IoT - 立创电子设计大赛

主页 >

ddidiy

赛事

版本协议

BSD

描述

注：*为必填项。 【请在报名阶段填写 ↓】 * 简要介绍作品：本产品针对当今市场上的无线IoT，而无线IoT的产品种类丰富，花样繁多。在没有官方的强行统一下，暂时百花齐放。首先从使用平台的硬件之争再到平台上跑的协议之争。无线IoT处于一个技术纷争的风口上，尽管现在的很多硬件和协议都已经日趋成熟了，然而在现在的工业布局上都还是探索与更新换代的阶段。 IoT首先划分了不同的平台，民用级国内的产品大多基于现有的无线硬件芯片或模块的平台加以开发拓展，而无线的硬件平台根据所在的无线频段大体可以分为处于1GHz内的ISM和2.4gHz的平台以及类似手机的2G、3G、4G的平台。其中运用于手机平台的各大频段基本上受限很多，基本协议都不开放，只有给客户一些简单的上传和使用的端口。比如NB-IOT，限制就比较多，发包数据量又比较小，响应的延时大，功耗也不那么理想。再比如4G LTE的方式，大多民用的4G的模块采用中兴的核心模块比较多，可以使用常规的一些脚本发送类似HTTPS、MQTT等，采用TCP、UDP等方式传输。然而4G的主导的是数据量上的传输没有能做到低功耗的，这是它的硬件本身所限制，故大多被做成了无线IoT的网关转发设备或中继的上传设备所采用。至于终端的无线硬件和协议才是本项目的着重点，因为终端的无线硬件也好，软件平台协议也好可选择的一直都很多而且各具优势，但都存在很多的弊病。比如2.4G平台的大多采用TI的CC系列无线硬件平台还有少量的ATMEL的和NXP的硬件平台，而且大多都用来跑ZigBee的协议，以前的ZigBee协议栈在没有吸收6LOWPAN的精华时是个相当难用而且是个半开放的协议栈，由于无线硬件本身就有传输距离和速率的一些硬伤外再加上协议栈的庞大和低效，所以使的整个产品生态链就一直推行不起来尤其是在安全性要求高的工业环境，因为产品的稳定性和鲁棒性太差了。而同为2.4G频段的蓝牙又是另外的一个分支，短距离的高效传输是它的优势，工业上除了人员定位以外基本不适用。目前真正适用于工业级的无线IoT主要有艾默生的无线HART系列和横河机电、西门子等等大型企业出的无线HRAT和ISA100.11a协议栈，而且绝大多数也都是2.4G的平台，他们自成生态链，有的工业现场有已经部署了10几年的案例，然而根据现场的实际使用反馈和测试观察，这些产品依旧存在距离较近，响应速率较慢，丢包断开连接、反应迟钝，价格较高等问题，虽然在功耗上确实能做到2年以上这个级别，但对中国工业市场的复杂状态并不是很适用，而且他们的协议栈比较封闭，不容易兼容。直到最近4年兴起的LORA平台的热度，在1GHz内的频段，远距离高效的传输让LORA在中国异军突起，成为和NB-IOT对标的方案选型。国内犹如成都亿佰特、深圳捷讯易联等小企业都在LORA的大军中疯狂生长。LORA的优点很明确就是低功耗、远距离的稳定传输，传输速率上又可以很接近2.4G频段的硬件，故本项目的方案就定位LORA无线硬件平台。无线硬件的平台确认了，那么重点的重点就是开发出一款适用于中国工业级IoT的无线协议栈，在尽可能保证无线芯片低功耗的前提下（毕竟LORA芯片的发射功耗和接收数据的功耗还是比较大的），保持组网的状态，实时上传终端采样节点的数据的同时也可以由远程反控设备工作。本项目的宗旨就是去解决工业级无线IoT的超低功耗组网。核心硬件MCU就采用STM32F4系列和STM32L0系列的单片机作为跑协议栈的主控芯片，配合LORA无线硬件的平台。打造出一套采用时间同步技术组网的工业级IoT。 【请在竞赛阶段填写 ↓】 * 一、作品详情；本作品分为两块，一部分为独立的LORA模块，采用STM低端的MCU驱动，另一部分为一款可以插接兼容多款LORA模块的多功能网关。多功能网关包含LORA转串口、网口、4G上传等功能。网关部分采用自己设计多功能的可插件的底板，功能模块有以太网模块、4G模块、LORA模块、WiFi模块等，底板默认包含宽电压输入的兼容性电源电路，RS232、RS485转换的接口和网口以及SMA接头的天线，SIM卡插槽等。 * 二、描述作品所面临的挑战及所解决的问题； LORA模块的驱动，在单片机的选型上就有很多选择，一个是为了成本，一个是为了后期扩展能力的考虑。基本外形参考了成都亿佰特的E32直插系列型号的外观，也是为了后期兼容多功能的网关的统一设计。 * 三、描述作品硬件、软件部分涉及到的关键点；硬件部分关键点： 1. MCU的选型和LORA芯片驱动的外围电路选型； 2. LORA芯片信号输出的阻抗匹配问题和信号的走线，元器件的布局要求等； 3. LORA模块天线部分的设计方案和接口预留的方案； 4. 多功能网关兼容各模块的硬件设计布局； 5. 多功能网关各模块的信号隔离和输出端的引出； 6. 多功能网关的电源选型和纹波的控制以及模块对电源电压的要求； 软件部分关键点： 1. LORA芯片的驱动程序编写； 2. LORA芯片驱动和对以后上组网程序的预留； 3. LORA模块和LORA网关上的接收模块的数据协议； 4. LORA模块设置可调节频段的功能。 * 四、作品材料清单； * 五、作品图片上传；（PCB上须有大赛logo标识并拍照上传，若无视为放弃参赛） * 六、演示您的作品并录制成视频上传；（视频内容须包含：作品介绍；功能演示；性能测试；PCB上大赛logo标识特写镜头，若无视为放弃参赛） 七、开源文档。