本作品為第二屆立創(chuàng)商城電子制作節(jié)30強入圍作品，作者立創(chuàng)社區(qū)ID：求生之路；轉載請注明出處，未經(jīng)允許不得用作商業(yè)用途。作品原鏈接：http://club.szlcsc.com/article/details_6695_1.html。

一、作品簡介

現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)設備品種太多，如果要把各類的協(xié)議標準起來也不可能，例如MODBUS也只是標準了協(xié)議，并沒標準協(xié)議內的有效數(shù)據(jù)。這樣就會使各個廠家有各自的軟件。如果自家用了5家的設備，那么最終你想控制這些設備要來回切換，不麻煩嗎？同時也防止廠家間接“強奸”用戶，例如：為了使用更加方便，買同一個牌子的設備，實際上有些我并不是很喜歡，只是能湊合罷了。

用這個網(wǎng)關就是集成各種廠家的數(shù)據(jù)，最終給用戶的只是一個界面，這樣用戶體驗更加清爽，舒適。同時還可以把古老的設備，沒有接入互聯(lián)網(wǎng)功能的設備讓它聯(lián)網(wǎng)！成為一個互聯(lián)網(wǎng)設備。讓數(shù)據(jù)集中管理，用戶單一管理，效率更高更實用。

二、系統(tǒng)構架圖

網(wǎng)關與服務器通信架構圖：

網(wǎng)關與節(jié)點的通信架構圖：

三、硬件部分的描述

網(wǎng)關PCB源文件下載：http://club.szlcsc.com/article/downFile_F36711403017984F.html  

網(wǎng)關原理圖：

（更多圖片詳見原帖）

網(wǎng)關PCB圖片如下：

（更多圖片詳見原帖）

網(wǎng)關PCB實物圖，手工焊接了2張，WIFI是預留了接口，ESP-08。

（更多高清圖片詳見原帖）

采用了很多鉭電容，目前全部焊接，如果作為實際的產品而言，可以通過測壓力，去掉一些鉭電容，畢竟成本太高了。

選取的網(wǎng)關外殼，鋁合金的，不過商家不給開孔，我得想辦法了。

無線采集控制功能驗證板

PC遠程控制軟件

四、材料清單

MCU：STM32F205；

存儲：W25Q64 & TF；

無線通信：RA-01/02 & NRF24L01P & ESP8266(預留接口)；

有線通信：RS232/485；

RTC：PCF8563T；

傳感器：BH1750FVI，SHT211，DS18B20，MQ-135/MQ-2；

DCDC：MP2451；

LDO：ME6210。

所有元器件都是常用的，除了模塊，其他的立創(chuàng)都有。（硬件詳細介紹詳見原帖）

五、軟件部分的描述

網(wǎng)關功能介紹：

1. 遠程升級

原理：通過以太網(wǎng)/RS232/R485/LORA 按照指定格式把升級Bin文件發(fā)送給網(wǎng)關，目前實現(xiàn)的是通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡發(fā)送，每次發(fā)送256byte字節(jié)。因為軟件是等Bin文件接收完了之后，再跳轉到Bootloader進行升級，所以在此是存儲在SPI FLASH上的。該SPI FLASH 單次寫入最大數(shù)據(jù)是256byte，所以這樣規(guī)定的。其次是因為數(shù)據(jù)采用json協(xié)議，如果數(shù)據(jù)量過大，會導致解析json開銷過大。

提示：發(fā)送bin文件，因為是16進制，所以我用了base64進行轉碼。

2. 數(shù)據(jù)緩存

軟件內部會有一個RAM的緩存池，根據(jù)芯片的RAM來決定，目前我用的這款我采用了最大50KB來作為緩存池，以便于網(wǎng)絡不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)不會丟失。如果數(shù)據(jù)存滿了，網(wǎng)絡依舊尚未暢通，則會按照指定格式存儲在SPI FLASH 指定的區(qū)域，以便于網(wǎng)絡通暢后把歷史數(shù)據(jù)上傳到服務器。

3. 無線通信

載無線通信模塊：RA-01(LORA) + NRF24L01P+ESP8266，目前ESP8266預留接口，功能調試主要是針對于RA-01+NRF24L01P。由于硬件原因，LORA的單包最大數(shù)據(jù)為128Byte，NRF24L01P最大數(shù)據(jù)為32Byte，這對于傳輸json數(shù)據(jù)太痛苦，但是傳輸modbus這種協(xié)議很難解讀。所以我采用的類似json的“序列化”+“反序列化”的方式進行編寫，這樣后期可無限制的添加協(xié)議，不會影響之前設備的協(xié)議。同時在LORA和NRF24L01P上做了簡單的拆組包協(xié)議，以便于發(fā)送更長的數(shù)據(jù)包。目前支持最高512Byte。

4. 兼容協(xié)議

無論是通過RS232/485、LORA、NRF24L01、ETH，所有的數(shù)據(jù)協(xié)議會分為兩種，第一種JSON，第二種自定義協(xié)議。然后把數(shù)據(jù)放入指定的TASK解析，例如要開個燈，從RS232發(fā)送，從ETH發(fā)送，從LROA發(fā)送都是一樣的效果，而且執(zhí)行的程序也是一樣的，只是指令進出的管道不一樣而已。這樣方便于管理通信協(xié)議，不會造成混亂。

5. 電量檢測

1秒一次檢測DCDC輸入電壓值，并記錄發(fā)送到服務器，方便于核實供電情況。

無線采集控制功能驗證板介紹：

這只是為了驗證功能，所以采用了N合一的設計，實際應用應該不會用到這么多。

多合一內容：SHT21 + DS18B20 + BH1750FVI + MQ-XXX + 2路繼電器 + 1個UART擴展。

無線通信：LORA/NRF24L01P，二選一。演示采用LORA，這個相對復雜點，NRF24L01P相對簡單一點，暫時不做演示。

模塊采用MOS管控制電源，不用則關閉，以降低功耗，主控采用STM8L151K4，最終最低功耗做到了2.5ua睡眠電流，RTC喚醒，視頻有介紹哈。

六、作品演示

七、總結

由于時間關系，只做了PC端演示程序，但是協(xié)議都是零活的，后續(xù)會完善B端展示。無論是http，ws，socket，有效數(shù)據(jù)里面的數(shù)據(jù)協(xié)議均是一樣，

這樣就讓整套系統(tǒng)更加容易管理。

服務器用的linux + php + workerman + mosquito + mysql + nginx搭建。支持長連接，高并發(fā)！針對于嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設備。服務器目前完成了：用戶登陸+數(shù)據(jù)解析+數(shù)據(jù)存儲+遠程升級 + 遠程控制等，后續(xù)繼續(xù)完善B端，這樣就方便于手機操控，同時綁定在微信里面就更易用了。

提醒下：買物料一定要仔細！！！我這就買錯了一個物料，繼電器我設計的是5V供電，買成了12V，后面寫程序的時候才發(fā)現(xiàn)，然后在一個開發(fā)板上卸了兩個下來。上面的圖片繼電器是12V，那是焊接好拍攝的。視頻里面是5V，那是后面寫程序的時候修改過了。