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基于RT-Tread OS和OneNet云的IoT系統設計

2020-02-07 13:02:52 物聯網技術 2020年1期

李海園

摘 要:目前,物聯網市場正在迅速發展,相信近2年物聯網業務用戶數量將超過手機用戶數量。物聯網中關鍵的物是指眾多的電子產品設備,所以對于產品設備端的OS來說,必須具有高性能和高可靠性,這樣才能保證物聯網的基礎得以實現。現在較為火熱的是RT-Tread實時操作系統,轉為物聯網應用開發的一款RTOS,更為專業和適用。文中,應用該款緊湊且高性能的實時操作系統對產品設備進行監控,在監控中使用中移物聯網云平臺OneNet,以實現廣域網范圍內對產品設備的監控,同時這也是真正意義上的物聯網應用。此次設計使用正點原子開發的STM32L475潘多拉開發板為硬件平臺,經過實際設計和實踐,成功實現云上設備對云下設備的監控。該設計首次將新型發展起來的RTOS應用在常見的產品設備上,并使用現在發展火熱的云平臺進行實現IoT系統,是較為典型的新型技術實例。

關鍵詞:物聯網;OneNet;RT-Tread OS;新型技術;IoT系統;云平臺

中圖分類號:TP316文獻標識碼:A文章編號:2095-1302(2020)01-00-02

0 引 言

現在世界是一個信息科技快速發展的社會,人類也進入了第四次工業革命的階段,經歷了互聯網的快速發展,還有網絡通信技術的全新革命,全新的物聯網行業將是智能時代的重要組成部分,毫無疑問,也將會給這個世界帶來天翻地覆的改變。物聯網的力量已經超越了電腦和智能手機。

人們身邊的每一個“智能”設備都在致力于通過數字干預來解決現實世界中的問題。物聯網這種顛覆性技術正在滲透到各種行業,并連接人們周圍每一臺支持互聯網的設備。根據一項調查顯示,預計到2020年將有310億臺連網設備投入使用。此外,必然會有更加優秀的產品出現,市面上眾多物聯網產品受到人們的喜愛,例如,共享汽車、智能手環、智能冰箱、智能定位器、智能家居等。物聯網是一個龐大且復雜的系統工程,實現M2M模式必然需要云平臺的支持,主要涉及設備端、服務端和用戶端三個方面的研發,是物聯網的重要組成部分;主要涉及兩大方面:RTOS和云平臺。物聯網已成為當前世界新一輪經濟和科技發展的戰略制高點之一,發展物聯網對于促進經濟發展和社會進步具有重要的現實意義。

1 硬件電路設計

1.1 主控電路板

主控電路板采用正點原子和RT-Thread公司合作研發的潘多拉STM32L475開發板。主控芯片采用的是STM32L475VET6芯片,實物如圖1所示。

從圖中可以看出,潘多拉STM32L475 IoT開發板資源豐富,接口繁多,其芯片的絕大部分內部資源都可以在此開發板上驗證,同時擴充豐富的接口和功能模塊。ALIENTEK潘多拉STM32開發板主控芯片STM32L475VET6使用的內核是ARM Cortex-M4,其主要參數是:SRAM,128 KB;FLASH,512 KB;外擴SPI FLASH,W25Q128,16 MB;通用I/O,82。

本次用到的外部器件是1個溫濕度傳感器AHT10。該溫濕度模塊具有I2C接口與報警功能,此外還有超低功耗和測量精度高等特點。

1.2 ATK-ESP-01無線芯片

ATK-ESP-01無線芯片為ESP8266系列芯片中的一種。ATK-ESP8266是ALIENTEK推出的一款高性能的UART-WiFi(串口-無線)模塊,采用串口(LVTTL)與MCU(或其他串口設備)通信,內置TCP/IP協議棧,能夠實現串口與WiFi之間的轉換。

通過ATK-ESP8266模塊,傳統的串口設備只是需要簡單的串口配置,即可通過網絡(WiFi)傳輸自己的數據,方便設備使用互聯網傳輸數據。ATK-ESP8266 模塊非常小巧,方便大家安裝到自己的設備里面,模塊外觀如圖1左上方所示。

1.3 調試硬件模塊

本次調試的硬件部分設計為兩部分。下載仿真部分使用板載的STM32F103模塊,集成ST LINK V2.1功能。調試驗證部分使用UART1串口轉USB模塊。調試硬件模塊如圖2所示。

2 軟件設計

軟件設計主要包括兩個方面的設計:RT-Thread OS工程設計和OneNet云平臺的設計。

2.1 RT-Thread OS工程設計

工程的搭建在Windows下進行,使用到的工具有專用的ENV軟件和Keil5軟件。

首先通過ENV軟件生成所需的工程文件,可設置工程文件所需參數,建立完整的所需工程文件。該軟件由RT-Thread 公司研發,開啟后界面顯示軟件相關信息并進入當前文件目錄,在該環境下可以進行專用的Keil工程定制和生成。

生成所需的文件后,就進入Keil5軟件進行軟件設計和編譯,如圖3所示。此次開發板上使用的是RT-Thread RTOS,包含的文件較多,除了操作系統的內核外,還有相關的聯網協議和數據傳輸協議包。同時,關鍵的用來連接OneNet云的軟件包onenet也在其中。

2.2 OneNet云平臺設計

本次設計的IoT系統采用的云平臺是中移物聯網公司支持開發的OneNet云,這也是中國移動推出的用于物聯網開發的專用平臺,并且對于個人提供免費的試用,非常適合此次的開發。此外,OneNet云的應用強大,除了提供設備接入、數據可視化、數據列表的導出等常規功能外,還提供了非常友好,易于實現的應用開發供開發者使用。

3 運行調試

整體設計完畢后,進行整合調試。將工程生成的axf文件通過仿真電路下載到開發板中,并將開發板的串口打開,監視開發板的運行狀況,調試檢測窗口顯示正常運行RT-Thread RTOS,同時網絡和硬件配置初始化成功,此時開發板也成功接入了路由器熱點。調試檢測窗口示圖如圖4所示。

開發板準備好連接后,打開云平臺,在調試檢測窗口調用連接協議MQTT 的API進行連接,連接成功后,會看到云平臺上的產品顯示在線。此時進一步調用API將開發板上的數據上傳,調用顯示成功后,會看到該產品的設備數據流顯示動態變化。到此就實現了IoT的遠程測控。云平臺接入設備成功圖如圖5所示。圖6為實時上報的濕度數據顯示。

4 結 語

本次設計的IoT系統設計主要包括三個方面:傳感層、網絡層和應用層,這也是物聯網的標準架構。傳感層使用的是正點原子最新推出的STM32L475潘多拉開發板,軟件架構使用的是成熟的國產RTOS:RT-Thread實時操作系統,進行對設備端的所有器件進行操控。網絡層由三個方面組成:ESP8266 WiFi模塊、路由器、電腦WiFi模塊,通過這三個網絡層的硬件設備使傳感層和應用層進行連接。應用層使用的是中移物聯網的OneNet云平臺,可方便對遠程的傳感層進行數據收集和命令下發。這次設計首次使用新型發展起來的RTOS在常見的產品設備上,并使用現在發展火熱的云平臺實現IoT系統,是較為典型的新型技術實例。

參 考 文 獻

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