<div> <h3 style="line-height:1.8;">1、项目功能介绍</h3> <p style="line-height:1.8;">      在工业4.0与智能制造浪潮的推动下，传统工业现场的数据采集面临着布线复杂、扩展性差、维护困难等诸多挑战。为破解这一难题，我们倾力设计了“灵枢智联”——一套革命性的模块化工业物联网智能采集系统。该系统以“灵活部署、智能互联”为核心设计理念，旨在通过高度集成与智能化的无线解决方案，为各类工业场景提供前所未有的便捷、高效与可靠的数据感知与控制能力。</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/t0JMueldM9AAmZ1ZzPF8rtI4liLv1CKx562JzldN.jpeg" alt="" width="665" height="362"></p> <p style="line-height:1.8;">一、 系统架构：网关为核心，三模块协同的智慧单元</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/cZilLzKYAtxAgIpAezF8QwvqUkAvKpCCWtvKAhVp.jpeg" alt="" width="918" height="798"></p> <p>“灵枢智联”系统采用先进的星型网络架构，由一个强大的LORA网关与三种功能各异的智能采集模块构成，形成一个完整的数据感知、传输与处理闭环。</p> <p>1. 智能LORA网关：系统的“大脑”与“交互中心”<br>网关不仅是数据汇聚与中转站，更是系统的控制核心。它集成了高性能MCU、大容量存储以及响应灵敏的电容式触摸屏。</p> <ul> <li> <p>人机交互：通过直观的图形化触摸界面，用户可以轻松完成所有系统配置、状态监控与数据可视化操作，极大降低了技术门槛。</p> </li> <li> <p>智能管理：内置的高可靠存储确保关键参数在断电后不丢失，保障系统长期稳定运行。其核心智能在于能够自动识别并管理网络内的采集模块。</p> </li> <li> <p>双重通信：网关通过LORA无线技术与各模块进行稳定、远距离、低功耗的通信；同时，通过4G/以太网等方式将处理后的数据无缝上传至云平台，实现数据的云端融合与远程管理。</p> </li> </ul> <p>2. 三大功能采集模块：系统的“感知神经末梢”<br>每个模块都针对特定的工业信号设计，即插即用，精准感知。</p> <ul> <li> <p>模拟量采集模块：专为连接工业现场最普遍的4-20mA标准信号传感器而设计。无论是压力、流量、液位还是速度信号，该模块都能精准采集，并通过LORA无线传输，彻底告别繁琐的模拟信号布线。</p> </li> <li> <p>开关量采集模块：用于监测设备的启停状态、阀门位置、报警开关等数字信号。它能够实时采集输入开关的状态变化，并立即上报，为设备状态监控与连锁控制提供基础。</p> </li> <li> <p>温度采集模块：直接适配K型热电偶，广泛适用于冶金、化工、热处理等高温监测场景。模块具备冷端补偿与高精度ADC，确保温度数据的准确性与可靠性，满足严苛的工业测温需求。</p> </li> <li> <p>该系统还包含更多模块，此次比赛以上述三个模块为例。</p> </li> </ul> <p>二、 核心创新与颠覆性优势</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/1BDwz9L8QWSeoLUo7umyYq74Sgxk9NjIWvhuHx3F.jpeg" alt="" width="535" height="285"></p> <p>1. 极致的模块化与灵活性<br>“灵枢智联”彻底颠覆了传统定制化采集方案的固有模式。用户可以根据现场实际需求，像搭积木一样自由组合、增减监测模块。无论是新增一个监测点，还是调整整个监测网络的结构，都无需重新布线或改造硬件，只需在网关屏幕上轻点几下即可完成，实现了“按需部署、动态扩展”。</p> <p>2. 智能组网与“零配置”接入<br>系统最具智能化的特点在于其自动组网能力。当用户在网关屏幕上操作“新增模块”时，网关会自动扫描并发现新模块，为其分配唯一的通信地址，并完成通信参数的无线配置。这一过程完全自动化，实现了采集节点的“即插即用”，极大地简化了安装与维护流程，节省了大量人力和时间成本。</p> <p>3. 稳定可靠的数据链路<br>采用LORA无线技术，具备超远传输距离、极强的抗干扰能力和低功耗特性，确保在复杂的工业环境中数据链路的稳定与可靠，有效解决了有线部署在移动设备、旋转设备或广阔区域中的局限性。</p> <p>4. 一体化数据上云<br>系统内置数据汇聚与协议转换功能。网关会主动轮询所有模块，将采集到的多类数据在本地屏幕集中显示，并结构化设置物联网变量地址和协议。这为用户实现大数据分析、远程监控、智能预警和数字化管理提供了无缝衔接的数据通道。</p> <p>三、 广泛的应用场景</p> <p>“灵枢智联”系统以其卓越的灵活性与稳定性，可广泛应用于：</p> <ul> <li> <p>智慧工厂：监控生产线的设备状态、环境温度及各类工艺参数。</p> </li> <li> <p>智慧水务/水利：监测水泵压力、水位、阀门状态等。</p> </li> <li> <p>环境监测：采集大气、水质等模拟量传感器数据。</p> </li> <li> <p>仓储物流：结合其他传感器变送器监控库内温湿度。</p> </li> <li><img src="//image.lceda.cn/pullimage/kgfFQlTxbloMiay0AbXcxpmQw0ZQqXbGGwxqnx0k.jpeg" alt="" width="361" height="286"></li> </ul> <p>  “灵枢智联——模块化工业物联网智能监测平台” 不仅仅是一套硬件产品，更是一种面向未来的工业物联网部署新范式。它通过模块化设计、智能组网与无线传输技术，将复杂的数据采集系统变得简单、灵活而强大，极大地降低了工业物联网的实施门槛与全生命周期成本。选择“灵枢智联”，即是选择了一种高效、智能、可持续的数字化升级路径，助力企业在激烈的市场竞争中抢占先机，赋能工业智能化转型迈向新的高度。</p> <h3 style="line-height:1.8;">2、项目属性</h3> <hr> <p style="line-height:1.8;">本项目的创意和所有设计均为作者原创，首次公开。</p> <h3 style="line-height:1.8;">3、开源协议</h3> <hr> <p style="line-height:1.8;">GPL3.0开源协议，开源原理图及部分代码。</p> <h3 style="line-height:1.8;">4、硬件部分</h3> <hr> <p style="line-height:1.8;">一、智能LORA网关</p> <p style="line-height:1.8;">智能LORA网关主要由电源部分、MCU部分、RS485电路、4G通信电路、LORA通信电路、数据存储电路、继电器输出电路等组成。</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/cdWLqQ6oZczbuLLA4H0efkAxcKsDOrTlNGOFYRD9.jpeg" alt="" width="1200" height="1177"></p> <p style="line-height:1.8;">上图为网关主控部分，主控U17为STM32F405RGT6，它是高性能ARM Cortex-M4微控制器。具有168MHz主频、1MB Flash存储和192KB RAM，是工业控制、无人机、智能家居等领域的“明星芯片”。</p> <div> <ul> <li> <p><strong>超强性能</strong>：168MHz主频 + 浮点运算单元（FPU），轻松应对复杂算法。</p> </li> <li> <p><strong>丰富接口</strong>：支持USB OTG、CAN、SPI/I2C、以太网等，满足多场景通信需求。</p> </li> <li> <p><strong>低功耗设计</strong>：多种省电模式（Stop/Standby），待机电流低至10μA。</p> </li> <li> <p><strong>工业级可靠性</strong>：-40℃~85℃宽温域运行，抗干扰性强，通过EMC认证。</p> </li> <li> </li> </ul> </div> <p style="line-height:1.8;">存储器为U15 M24C64，用来存储添加的模块的配置信息等。</p> <p style="line-height:1.8;">U18为LDO芯片SPX3819，将VBAT降压至3.3V。</p> <p style="line-height:1.8;">U14为SP3485，用于MCU的TTL电平与485信号转换。外部连接屏幕。</p> <p style="line-height:1.8;">U19为LORA模块HC-14，它是一款新一代的多通道嵌入式无线数传模块。无线工作频段为433Mhz，可设置50个通信信道。</p> <p style="line-height:1.8;">MCU通过LORA模块与采集模块通信，实现配置采集模块和采集数据功能。新增加的采集模块配置及相关数据存储在EEPROM中。</p> <p style="line-height:1.8;">MCU通过RS485接口与屏幕通信，实现参数的显示和设置等人机交互功能。</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/4SLnODlMNhH3oHU9oRtkMnHPFlfOLTIjEdOkjhEW.jpeg" alt="" width="1200" height="1183">上图为网关4G部分和DCDC降压部分。电源电路中，自恢复保险丝F1具有过流保护功能，肖特基二极管SS34具有防反接的功能，TVS二极管SMBJ24A具有抗浪涌的功能。</p> <p style="line-height:1.8;">DCDC降压芯片为TPS54302，它是一款 4.5V 至 28V 输入电压范围的 3A 同步降压转换器。包括两个集成开关 FET、内部环路补偿和 5ms 内部软启动，外部元器件少。</p> <p style="line-height:1.8;">4G模块选用的是有人物联网的GM5模块，该模块可以与服务器进行数据透传，配置和使用非常方便。内置了eSIM卡，可以在平台充值流量。</p> <p style="line-height:1.8;">配置GM5模块时，需要使用USB转TTL工具连接H1端子，使用GM5上位机进行配置。在软件部分中，有配置步骤描述。</p> <p style="line-height:1.8;"> </p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/I28BuOMip7izuOQEOgVAJXMAvwSHXHaDYYwvXU1A.jpeg" alt="" width="1200" height="1179">上图为网关的继电器输出部分，ULN2001D是一个三通道达林顿驱动电路芯片，采用SOP-8封装，单通道输出电流可达500mA，电压最大支持50V，支持TTL/CMOS逻辑信号输入。驱动继电器非常方便。</p> <p style="line-height:1.8;">通过云平台下发指令可以控制继电器的断开/闭合。</p> <p style="line-height:1.8;">PCB焊接：</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/VayZRT1ZfTzvDDcLJTv7WU2OnGC0UUIY6QMloRha.jpeg" alt="" width="673" height="698">网关组装：</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/q0C3z9UrZPRZSPeETunceqvlgGq77wwMGHgqoL5s.jpeg" alt="" width="664" height="625"></p> <p style="line-height:1.8;"> </p> <p style="line-height:1.8;"><span style="font-size:24px;color:#e03e2d;"><strong>注意：1、网关及三个采集模块所使用的LORA模块HC-14的封装绘制错误，已在最新版PCB工程文件中修改。</strong></span></p> <p style="line-height:1.8;"><span style="font-size:24px;color:#e03e2d;"><strong>           2、以下三个采集模块的电源电路及LORA模块与网关中一致，不再进行赘述。</strong></span></p> <p style="line-height:1.8;"> </p> <p style="line-height:1.8;">二、模拟量采集模块</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/MWqzAnJJUku6s85tw8WtJsdSZmkNkOZxQeHcyGwV.jpeg" alt="" width="1200" height="1179"></p> <p style="line-height:1.8;">在模拟量采集模块电路中，MCU采用的是瑞萨的R7FA4M2AD3CFL#AA0，是Cortex-M33内核，主频为100MHz，具有512KB的FLASH和128KB的SRAM，外设也特别丰富，比如SCI、IIC、SPI、QSPI、USBFS、CAN、ADC、DAC等。</p> <p style="line-height:1.8;">MCU通过ADC采集模拟量的电压，将H1、H2短路后，输入4-20mA信号，经过120Ω电阻后，转换成电压信号，仪表运放INA333对电压信号进行了跟随，运放OPA333给INA333提供了偏置电压信号。INA333输出的电压减去偏置电压，再除以120Ω，即可得出电流值。</p> <p style="line-height:1.8;">采集0-10V电压时，将H1、H2断开，INA333输出的电压减去偏置电压，除以120Ω再乘以1320Ω，即可得出输入电压值。</p> <p style="line-height:1.8;">模块上电后，电源指示灯LED2常亮，如未使用网关配置，状态指示灯LED1闪烁。通过网关配置后，状态指示灯LED1常亮，模块会将本机地址保存在EEPROM中。</p> <p style="line-height:1.8;">模拟量采集模块配置成功后，网关会通过LORA采集输入的模拟量数值。</p> <p style="line-height:1.8;">如需解除配置，或重新配置，只需要长按按键SW1 3S左右，状态指示灯LED1恢复闪烁状态即可。</p> <p style="line-height:1.8;">PCB焊接：</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/U6ZkeTcVuxEX3NdnezFv8NKMd4kGqSzqw3nMnfIP.jpeg" alt="" width="1002" height="536"></p> <p style="line-height:1.8;">模块组装：</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/ATRO3snYIWcclDat70Hefu0OC3Fb1oJjcdlCj306.jpeg" alt="" width="1000" height="597"></p> <p style="line-height:1.8;">三、开关量采集模块</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/hLr4WY0qKKnRNNjEZDIqaZX6lHnlrgsJvs4ax7Oo.jpeg" alt="" width="1200" height="1179"></p> <p style="line-height:1.8;">在开关量采集模块电路中，MCU采用的是瑞萨的R7FA4M2AD3CFL#AA0，是Cortex-M33内核，主频为100MHz，具有512KB的FLASH和128KB的SRAM，外设也特别丰富，比如SCI、IIC、SPI、QSPI、USBFS、CAN、ADC、DAC等。</p> <p style="line-height:1.8;">MCU通过光耦EL3H7C检测外部开关量的输入，接线时，PW需要连接被检测开关量的正极、PGND连接被检测量的负极，也可在PW与PGND之间接入DC24V电压，当检测端SW1/SW2/SW3连接到GND时，MCU即可检测到低电平信号。</p> <p style="line-height:1.8;">即：MCU检测到高电平，外部开关实际为断开。MCU检测到低电平，外部开关实际为闭合。</p> <p style="line-height:1.8;">模块上电后，电源指示灯LED2常亮，如未使用网关配置，状态指示灯LED1闪烁。通过网关配置后，状态指示灯LED1常亮，模块会将本机地址保存在EEPROM中。</p> <p style="line-height:1.8;">模拟量采集模块配置成功后，网关会通过LORA采集输入的模拟量数值。</p> <p style="line-height:1.8;">如需解除配置，或重新配置，只需要长按按键SW1 3S左右，状态指示灯LED1恢复闪烁状态即可。</p> <p style="line-height:1.8;">PCB焊接：</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/TuPeflJdZT24DCe6ZLEv3P3TDug7TGwBADkXQi4b.jpeg" alt="" width="939" height="581">模块组装：</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/Rh80UDCY6rYRVHndhNCnOPMvsgvYSOkwjNCYPEps.jpeg" alt="" width="1000" height="578"></p> <p style="line-height:1.8;">四、温度采集模块</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/kJhGKnftD73YpWJXatX7nFnzaffO4UqQhOrgykRw.jpeg" alt="" width="1200" height="1182"></p> <p style="line-height:1.8;">在温度采集模块电路中，MCU采用的是瑞萨的R7FA4M2AD3CFL#AA0，是Cortex-M33内核，主频为100MHz，具有512KB的FLASH和128KB的SRAM，外设也特别丰富，比如SCI、IIC、SPI、QSPI、USBFS、CAN、ADC、DAC等。</p> <p style="line-height:1.8;">MCU通过MAX31855采集热电偶的温度，MAX31855属于工业级温度测量器件，它支持K、J、N、T、E型热电偶，内置14<span style="color:#000000;">位</span><a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%A8%A1%E6%95%B0%E8%BD%AC%E6%8D%A2%E5%99%A8/7745507?fromModule=lemma_inlink" target="_blank"><span style="color:#000000;">模数转换器</span></a>，可实现0.25℃的分辨率，并通过冷端补偿技术消除环境温度对测量的影响。采集温度数据准确可靠。</p> <p style="line-height:1.8;">模块上电后，电源指示灯LED2常亮，如未使用网关配置，状态指示灯LED1闪烁。通过网关配置后，状态指示灯LED1常亮，模块会将本机地址保存在EEPROM中。</p> <p style="line-height:1.8;">模拟量采集模块配置成功后，网关会通过LORA采集输入的模拟量数值。</p> <p style="line-height:1.8;">如需解除配置，或重新配置，只需要长按按键SW1 3S左右，状态指示灯LED1恢复闪烁状态即可。</p> <p style="line-height:1.8;">根据实际需求，还可以开发铂电阻传感器的温度采集模块等等。</p> <p style="line-height:1.8;">PCB焊接：</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/Yt7dlECYrxTdUPoAbUQ1AZsUrKCNZs3kNvjuMtum.jpeg" alt="" width="1000" height="536">模块组装：</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/misEDY2gNPavl4ddiGSdfHCu2BmxRyY2xAMpAChU.jpeg" alt="" width="1000" height="528"></p> <p style="line-height:1.8;"> </p> <h3 style="line-height:1.8;">5、软件部分</h3> <hr> <p style="line-height:1.8;"><strong>网关部分界面图片：</strong></p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/Xgi9r2mx7eKJ4KO4Pqsf2NSq7CoNhJWZlrMPEExn.jpeg" alt="" width="600" height="360"></p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/ED146vmBbhzthqCBpsQQXPG7Tw2WE4taJLjHOu8G.jpeg" alt="" width="600" height="360"></p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/9xcyrx2ZON2cd0upV3l3lHtwLMkKpnIWruJHmwp0.jpeg" alt="" width="600" height="360"></p> <p style="line-height:1.8;"><strong>网关部分代码：</strong></p> <p style="line-height:1.8;"><strong>1、系统初始化代码：</strong></p> <div>  SystemClock_Config(); //系统时钟配置</div> <div>  MX_GPIO_Init(); //GPIO配置</div> <div>  MX_DMA_Init();//DMA初始化</div> <div>  MX_USART1_UART_Init(); //串口1初始化</div> <div>  MX_USART2_UART_Init(); //串口2初始化</div> <div>  MX_USART3_UART_Init(); //串口3初始化</div> <div>  EEPROM_DataInit();//EEPROM初始化</div> <div>  Lora_Init();//LORA初始化</div> <div>  GM3_Init();//4G模块初始化</div> <div>  DW_Screen.ID = DW_WIRELESSGATEWAY_ID;</div> <div>  DW_PAGE_TURN(DW_Screen.ID);</div> <div>  DW_Screen.Effective = 1;</div> <div>  osKernelInitialize();</div> <div>  MX_FREERTOS_Init();</div> <div>  osKernelStart();</div> <div><strong>2、LORA初始化代码：</strong></div> <div> <div>u8 Lora_Init(void)</div> <div>{</div> <div>LORA_AT_MODE;</div> <div>HAL_Delay(200);</div> <div>HAL_GPIO_WritePin(HC_POW_GPIO_Port, HC_POW_Pin, GPIO_PIN_SET);</div> <div>HAL_UART_Transmit(&huart3,(u8*)"AT",strlen("AT"),0xff);</div> <div>for(u32 i = 0 ; i <div>{</div> <div>if( userUart.userUart3.RecFlag == true )</div> <div>{</div> <div>if( usr_dma_Data.usr_uart3.DMAbuff[0] == 0x4f && usr_dma_Data.usr_uart3.DMAbuff[0] == 0x4b )</div> <div>{</div> <div>break;</div> <div>}</div> <div>else</div> <div>{</div> <div>return ERROR;</div> <div>}</div> <div>}</div> <div>HAL_Delay(1);</div> <div>}</div> <div>HAL_UART_Transmit(&huart3,(u8*)"AT+DEFAULT",strlen("AT+DEFAULT"),0xff);</div> <div>HAL_UART_Transmit(&huart3,(u8*)"AT+C040",strlen("AT+C040"),0xff);</div> <div>WirelessGateWay_Var.channel = 40;</div> <div>HAL_UART_Transmit(&huart3,(u8*)"AT+S6",strlen("AT+S6"),0xff);</div> <div>WirelessGateWay_Var.speed = 6;</div> <div>WirelessGateWay_Var.power = 20;</div> <div>LORA_NORMAL_MODE;</div> <div>return SUCCESS;</div> <div>}</div> <p>4G模块配置：</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/p3pcdr3157JaVecxFqzQ0cBDjHaHVzcu9UXsQ2dX.png" alt="" width="934" height="618"></p> <p>第一步：进入配置状态</p> <p>第二步：获取当前参数</p> <p>第三步：设置连接服务器的地址和端口号，以及连接类型等。</p> <p>第四步：设置并保存所有参数</p> <p>第五步：进入通讯状态。</p> </div> <h3 style="line-height:1.8;">6、BOM清单</h3> <p><span style="color:#e03e2d;font-size:24px;"><strong>注意：详细BOM清单见附件，在此处编辑BOM时，保存提示“已超过最大字数”，无法保存，故将BOM放入附件中。</strong></span></p> <p><span style="color:#e03e2d;font-size:24px;"><strong>已使用瑞萨MCU、地博电气、富捷、MDD、台舟、讯普连接器、扬兴晶振物料进行设计。</strong></span></p> <hr> <p style="line-height:1.8;"> </p> <h3 style="line-height:1.8;">7、大赛LOGO验证</h3> <hr> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/SnYYzZuXb441WyZUchINPn28hnJw4Cl9BUVuGR9E.jpeg" alt="" width="692" height="629"></p> <p style="line-height:1.8;">上图为智能LORA网关PCB</p> <p style="line-height:1.8;"><img src="//image.lceda.cn/pullimage/VkLOyHgUWrC0eW4UpW5gMp1Gu6Fxd69PQm528h14.jpeg" alt="" width="926" height="500"></p> <p style="line-height:1.8;"><strong>上图为三大功能采集模块PCB</strong></p> <h3 style="line-height:1.8;">8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr> <p style="line-height:1.8;"> </p> <p style="line-height:1.8;"><span style="color:#95a5a6;font-size:14px;">视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内；</span></p> <p style="line-height:1.8;"><span style="color:#95a5a6;font-size:14px;">视频标题：立创电赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如立创电赛：《自动驾驶》-团队介绍。</span></p> <p style="line-height:1.8;"> </p> <p style="line-height:1.8;"><span style="font-size:14px;"><a href="/posts/42551e8f2f2548cabc1c36626a42da94" target="_blank">前往查看更多详情 ＞</a></span></p> <p style="line-height:1.8;"> </p> </div> </div>