【报名阶段需要填写的内容】

1. 参赛者姓名（必填项）：

 张工  94900A (立创ID)

2. 单位或学校名称（必填项）：

个人

3. 当前职务或职称（必填项）：

电子工程师

4. 参赛作品的名字（必填项）：

物联网采控系统（通用设备）

5. 简要陈述您的idea和作品（必填项）：

    该系统会是一个标准的物联网采控系统，通过标准的接口接入设备可以后期无限制的扩展，避免了每次扩展需要整体修改架构。

系统可以用于家庭物联网，可以实现采集各项指标，例如PM2.5，室内温度光照，有毒气体等。同时还可以通过控制链路进行对相应的设备控制操作。

系统可以用于工业采控，智能家居，对环境的采集，实时监控环境的指标，如果需要可以实时对相应的控制设备进行下发控制

该系统具备一个服务器后台，服务器系统采用linux，服务器编写采用PHP/C/C++

对于数据的展现，由于时间关系，只初级暂时实时消息，展示端为PC端，采用C#操作，如果时间不够，则采用MQTT协议实施发布展示数据内容，这样可以通过第三方的MQTT客户端查阅。

目前需要展示的设备内容有网关+无线采集器+无线/有线控制器。

网关：

    公网采用以太网通信，后续可以兼容GSM等通信方式

    主板自带WIFI，前期暂时不用

    本地网络采用Lora通信以及2.4G（NRF24L01）

    主控采用STM32F系列

    支持RS485/232总线，方便驳接设备

无线采集器：

    低功耗设计，电池供电

    采用Lora通信方式

    主控采用STM8L系列

    挂载SHT20温湿度传感器

控制器：

    采用2.4G（NRF24L01）通信

    支持4路继电器控制(展示用，实际可以扩展)

    主控采用STM8

说明：

    为了节省时间，射频部分均采用购买模块来完成，包含LORA模块，NRF24L01P模块

6. 拟用到的立创商城在售物料（必填项）：

主控 STM32 STM8

外围器件 电阻 电容 电感 DCDC 等等

7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充（必填项）：

LORA模块

NRF24L01P模块

【作品正式发表（报名成功后进入设计阶段）需要填写的内容】

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。

  

网关与服务器通信架构图：

 

网关与节点的通信架构图：

 

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：网关PCB源文件 

网关原理图：

 

 

 

 

 

 

 

 

-----------------------------------------网关PCB图片如下--------------------------------------------------

  

 

 

 

网关PCB实物图，手工焊接了2张，WIFI是预留了接口，ESP-08

 

  

 

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

 

 

=====================================无线采集控制功能验证板===============================

  

 

 

 PC远程控制软件

 

 

 

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。

  

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： 地址 

（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

 

  

  

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

• 
  
• 操作系统：Linux
• 云服务器程序语言：PHP5
• MQTT代理：mosquitto
• MQTT版本：V3.1.1
• 数据库：MQSQL
• 暂无WEB操作界面

2017-07-01 - 2017-07-05 网关的原理图设计以及PCB绘制

• 主控    ：STM32F2xx
• 存储    ：SPI FLASH & SD CARD
• 以太网 ：W5500
• LORA   : SX127x
• WIFI   ：ESP8266-XX
• 2.4G    : NRF24L01P+
• 隔离RS485/232 (采用同一路串口)

2017-07-21

• 完成网关的外设驱动
• NRF24L01,SX1278通信正常，频道速率等切换正常
• 与采集器协议添加完毕

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

厉害！！！