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基于RT-Tread OS和OneNet云的IoT系统设计

2020-02-07 13:03:52 物联网技术 2020年1期

李海园

摘 要:目前,物联网市场正在迅速发展,相信近2年物联网业务用户数量将超过手机用户数量。物联网中关键的物是指众多的电子产品设备,所以对于产品设备端的OS来说,必须具有高性能和高可靠性,这样才能保证物联网的基础得以实现。现在较为火热的是RT-Tread实时操作系统,转为物联网应用开发的一款RTOS,更为专业和适用。文中,应用该款紧凑且高性能的实时操作系统对产品设备进行监控,在监控中使用中移物联网云平台OneNet,以实现广域网范围内对产品设备的监控,同时这也是真正意义上的物联网应用。此次设计使用正点原子开发的STM32L475潘多拉开发板为硬件平台,经过实际设计和实践,成功实现云上设备对云下设备的监控。该设计首次将新型发展起来的RTOS应用在常见的产品设备上,并使用现在发展火热的云平台进行实现IoT系统,是较为典型的新型技术实例。

关键词:物联网;OneNet;RT-Tread OS;新型技术;IoT系统;云平台

中图分类号:TP316文献标识码:A文章编号:2095-1302(2020)01-00-02

0 引 言

现在世界是一个信息科技快速发展的社会,人类也进入了第四次工业革命的阶段,经历了互联网的快速发展,还有网络通信技术的全新革命,全新的物联网行业将是智能时代的重要组成部分,毫无疑问,也将会给这个世界带来天翻地覆的改变。物联网的力量已经超越了电脑和智能手机。

人们身边的每一个“智能”设备都在致力于通过数字干预来解决现实世界中的问题。物联网这种颠覆性技术正在渗透到各种行业,并连接人们周围每一台支撑互联网的设备。根据一项调查显示,预计到2020年将有310亿台连网设备投入使用。此外,必然会有更加优秀的产品出现,市面上众多物联网产品受到人们的喜爱,例如,共享汽车、智能手环、智能冰箱、智能定位器、智能家居等。物联网是一个庞大且复杂的系统工程,实现M2M模式必然需要云平台的支撑,主要涉及设备端、服务端和用户端三个方面的研发,是物联网的重要组成部分;主要涉及两大方面:RTOS和云平台。物联网已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一,发展物联网对于促进经济发展和社会进步具有重要的现实意义。

1 硬件电路设计

1.1 主控电路板

主控电路板采用正点原子和RT-Thread企业合作研发的潘多拉STM32L475开发板。主控芯片采用的是STM32L475VET6芯片,实物如图1所示。

从图中可以看出,潘多拉STM32L475 IoT开发板资源丰富,接口繁多,其芯片的绝大部分内部資源都可以在此开发板上验证,同时扩充丰富的接口和功能模块。ALIENTEK潘多拉STM32开发板主控芯片STM32L475VET6使用的内核是ARM Cortex-M4,其主要参数是:SRAM,128 KB;FLASH,512 KB;外扩SPI FLASH,W25Q128,16 MB;通用I/O,82。

本次用到的外部器件是1个温湿度传感器AHT10。该温湿度模块具有I2C接口与报警功能,此外还有超低功耗和测量精度高等特点。

1.2 ATK-ESP-01无线芯片

ATK-ESP-01无线芯片为ESP8266系列芯片中的一种。ATK-ESP8266是ALIENTEK推出的一款高性能的UART-WiFi(串口-无线)模块,采用串口(LVTTL)与MCU(或其他串口设备)通信,内置TCP/IP协议栈,能够实现串口与WiFi之间的转换。

通过ATK-ESP8266模块,传统的串口设备只是需要简单的串口配置,即可通过网络(WiFi)传输自己的数据,方便设备使用互联网传输数据。ATK-ESP8266 模块非常小巧,方便大家安装到自己的设备里面,模块外观如图1左上方所示。

1.3 调试硬件模块

本次调试的硬件部分设计为两部分。下载仿真部分使用板载的STM32F103模块,集成ST LINK V2.1功能。调试验证部分使用UART1串口转USB模块。调试硬件模块如图2所示。

2 App设计

App设计主要包括两个方面的设计:RT-Thread OS工程设计和OneNet云平台的设计。

2.1 RT-Thread OS工程设计

工程的搭建在Windows下进行,使用到的工具有专用的ENVApp和Keil5App。

首先通过ENVApp生成所需的工程文件,可设置工程文件所需参数,建立完整的所需工程文件。该App由RT-Thread 企业研发,开启后界面显示App相关信息并进入当前文件目录,在该环境下可以进行专用的Keil工程定制和生成。

生成所需的文件后,就进入Keil5App进行App设计和编译,如图3所示。此次开发板上使用的是RT-Thread RTOS,包含的文件较多,除了操作系统的内核外,还有相关的联网协议和数据传输协议包。同时,关键的用来连接OneNet云的App包onenet也在其中。

2.2 OneNet云平台设计

本次设计的IoT系统采用的云平台是中移物联网企业支撑开发的OneNet云,这也是中国移动推出的用于物联网开发的专用平台,并且对于个人提供免费的试用,非常适合此次的开发。此外,OneNet云的应用强大,除了提供设备接入、数据可视化、数据列表的导出等常规功能外,还提供了非常友好,易于实现的应用开发供开发者使用。

3 运行调试

整体设计完毕后,进行整合调试。将工程生成的axf文件通过仿真电路下载到开发板中,并将开发板的串口打开,监视开发板的运行状况,调试检测窗口显示正常运行RT-Thread RTOS,同时网络和硬件配置初始化成功,此时开发板也成功接入了路由器热点。调试检测窗口示图如图4所示。

开发板准备好连接后,打开云平台,在调试检测窗口调用连接协议MQTT 的API进行连接,连接成功后,会看到云平台上的产品显示在线。此时进一步调用API将开发板上的数据上传,调用显示成功后,会看到该产品的设备数据流显示动态变化。到此就实现了IoT的远程测控。云平台接入设备成功图如图5所示。图6为实时上报的湿度数据显示。

4 结 语

本次设计的IoT系统设计主要包括三个方面:传感层、网络层和应用层,这也是物联网的标准架构。传感层使用的是正点原子最新推出的STM32L475潘多拉开发板,App架构使用的是成熟的国产RTOS:RT-Thread实时操作系统,进行对设备端的所有器件进行操控。网络层由三个方面组成:ESP8266 WiFi模塊、路由器、电脑WiFi模块,通过这三个网络层的硬件设备使传感层和应用层进行连接。应用层使用的是中移物联网的OneNet云平台,可方便对远程的传感层进行数据收集和命令下发。这次设计首次使用新型发展起来的RTOS在常见的产品设备上,并使用现在发展火热的云平台实现IoT系统,是较为典型的新型技术实例。

参 考 文 献

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