嵌入式物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)源項(xiàng)目分享

很多初學(xué)者或者互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)行從業(yè)者，在學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)的基本理論概念之后，可能會(huì)感覺(jué)到迷茫，感覺(jué)自己雖然學(xué)了不少，但卻不知道怎么用到項(xiàng)目上。

我一直認(rèn)為，對(duì)于嵌入式物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的入門，項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)是驗(yàn)證理論學(xué)習(xí)的最佳方式。

在前面的兩篇文章里面，我們基于飛凌的 ElfBoard 嵌入式開(kāi)發(fā)板，分別從開(kāi)箱入門測(cè)評(píng)和嵌入式Linux開(kāi)發(fā)套路的角度，分析了這塊開(kāi)發(fā)板的各種特點(diǎn)，讓開(kāi)發(fā)者對(duì)這塊開(kāi)發(fā)板的硬件和資料有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。

本篇文章，我們將會(huì)基于 ElfBoard 開(kāi)發(fā)板，開(kāi)源一個(gè)面向初學(xué)者的，軟硬件結(jié)合的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，希望可以通過(guò)這個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目，讓初學(xué)者對(duì)嵌入式物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的 “云-網(wǎng)-邊-端” 架構(gòu)，有一個(gè)更加直觀的認(rèn)識(shí)。

關(guān)于這個(gè)項(xiàng)目的思維導(dǎo)圖，如下圖所示。

接下來(lái)，我們將會(huì)從云-網(wǎng)-邊-端的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)出發(fā)，描述整個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)過(guò)程，整個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目的系統(tǒng)框架，如下圖所示。

1– 云（涂鴉云服務(wù)器）

開(kāi)源項(xiàng)目是采用涂鴉云作為云服務(wù)器的，之所以采用涂鴉云，主要是涂鴉的IoT生態(tài)體系很友好，并且對(duì)于個(gè)人開(kāi)發(fā)者（初學(xué)者），涂鴉云的學(xué)習(xí)門檻和接入門檻是比較低的，無(wú)需企業(yè)賬號(hào)，無(wú)需太高的設(shè)備購(gòu)買費(fèi)用，即可接入涂鴉云。

關(guān)于涂鴉云的具體用法，可以在公眾號(hào)搜索我以前發(fā)布過(guò)的文章：

【嵌入式實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目】環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備接入涂鴉IoT開(kāi)發(fā)平臺(tái)

ElfBoard邊緣中控是通過(guò)Tuya LinkSDK接入云服務(wù)器的，這個(gè)SDK采用標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言進(jìn)行編寫，移植的時(shí)候非常方便，具體可以參考官方提供的移植文檔，（此處不做詳細(xì)描述）

在涂鴉云服務(wù)器上建立好產(chǎn)品，完成功能定義，完成設(shè)備交互面板設(shè)計(jì)，移植完Tuya Link SDK，等一系列操作后，就可以讓ElfBoard具備接入云服務(wù)器的能力。

產(chǎn)品建成后，具體的功能定義如下圖所示。

2– 網(wǎng)（Wi-Fi無(wú)線連接）

要讓ElfBoard接入云服務(wù)器，就要先讓ElfBoard的硬件具備連接互聯(lián)網(wǎng)的能力，接入互聯(lián)網(wǎng)的方式有：4G網(wǎng)絡(luò)，Wi-Fi無(wú)線連接，RJ45有線網(wǎng)絡(luò)連接，這幾種方式都可以選用，由于ElfBoard開(kāi)發(fā)板默認(rèn)板載了一個(gè)RTL8723 無(wú)線Wi-Fi模塊，因此，本項(xiàng)目選用Wi-Fi無(wú)線連接方式，讓開(kāi)發(fā)板接入互聯(lián)網(wǎng)。

十分方便的是，飛凌官方已經(jīng)提供了一個(gè)聯(lián)網(wǎng)腳本，elf1_cmd_wifi.sh，應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工程師，可以很方便地調(diào)用這個(gè)腳本進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)鏈接，對(duì)于使用嵌入式Linux+Qt開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，飛凌官方也提供了參考例程，我們?cè)诔绦蜷_(kāi)發(fā)的時(shí)候直接參考使用即可。

本項(xiàng)目關(guān)于Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)的部分參考代碼，如下圖所示。（具體請(qǐng)參考完整源碼）

3– 邊（ElfBoard邊緣中控）

邊緣計(jì)算設(shè)備（邊緣中控）采用飛凌ElfBoard開(kāi)發(fā)板進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)行嵌入式Linux操作系統(tǒng)，采用Qt進(jìn)行UI界面開(kāi)發(fā)，應(yīng)用程序采用C/C++語(yǔ)言進(jìn)行編寫。

邊緣計(jì)算設(shè)備（邊緣中控）通過(guò)一個(gè)USB無(wú)線擴(kuò)展模塊，與端側(cè)設(shè)備進(jìn)行無(wú)線通信，這個(gè)USB無(wú)線擴(kuò)展模塊的具體設(shè)計(jì)，可以參考項(xiàng)目里面開(kāi)源的教程文檔。

USB無(wú)線擴(kuò)展模塊支持AT指令集，支持從機(jī)設(shè)備管理，支持控制命令透?jìng)?，等等。感興趣的初學(xué)者還可以修改這個(gè)擴(kuò)展模塊的固件（代碼已開(kāi)源），讓其擴(kuò)展更多創(chuàng)意的功能。

整個(gè)邊緣計(jì)算設(shè)備的Qt應(yīng)用程序，共提供了5個(gè)應(yīng)用界面，初學(xué)者可以在這5個(gè)應(yīng)用程序界面，自由擴(kuò)展自己的創(chuàng)意想法，以下是這5個(gè)應(yīng)用界面的功能介紹。

界面 1

界面 1是一個(gè)電器控制界面，通過(guò)這個(gè)界面，可以對(duì)端側(cè)的電器設(shè)備進(jìn)行無(wú)線控制，比如RGB三色燈的開(kāi)關(guān)和亮度調(diào)節(jié)，燈光總開(kāi)關(guān)的控制，遠(yuǎn)程繼電器開(kāi)關(guān)的控制，等等。當(dāng)端側(cè)無(wú)線設(shè)備有按鍵事件觸發(fā)的時(shí)候，可以即時(shí)把按鍵值通過(guò)無(wú)線方式上報(bào)到邊緣中控設(shè)備，并把按鍵事件在信息窗口進(jìn)行顯示。

界面 2

界面 2是一個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)界面，在這個(gè)界面，可以把開(kāi)發(fā)板上面的溫濕度傳感器數(shù)據(jù)（客廳是實(shí)際值，臥室是模擬值）和環(huán)境亮度數(shù)據(jù)在界面上面實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，這個(gè)界面還可以擴(kuò)展到土壤數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，空氣顆粒物監(jiān)測(cè)，環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)，等等。

界面 3

界面 3是一個(gè)云服務(wù)器連接界面，通過(guò)【連接涂鴉云】按鈕，把邊緣中控ElfBoard接入涂鴉云服務(wù)器，然后通過(guò)手機(jī)端【智能生活A(yù)PP】掃描二維碼，即可完成手機(jī)APP與設(shè)備的綁定操作，并且在信息窗口顯示連接狀態(tài)，手機(jī)APP通過(guò)云端轉(zhuǎn)發(fā)的控制指令，也可以實(shí)時(shí)在信息窗口進(jìn)行顯示。

ElfBoard邊緣中控還可以把手機(jī)APP的控制指令轉(zhuǎn)發(fā)到無(wú)線端側(cè)設(shè)備執(zhí)行，也可以把環(huán)境監(jiān)測(cè)里面的傳感器數(shù)據(jù)，上報(bào)到云服務(wù)器，然后在手機(jī)APP界面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

界面 4

界面 4是一個(gè)有線網(wǎng)絡(luò)界面，這個(gè)界面實(shí)現(xiàn)了一個(gè)遠(yuǎn)程抄寫電表數(shù)據(jù)的功能，通過(guò)RS485總線和Modbus-RTU軟件協(xié)議，讓ElfBoard邊緣中控連接一個(gè)虛擬電表，虛擬電表的用電數(shù)據(jù)不斷更新（模擬用電過(guò)程），然后實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀取，并在信息窗口進(jìn)行顯示。

界面 5

界面 5是ElfBoard邊緣中控的參數(shù)設(shè)置界面，在這個(gè)界面里面，可以對(duì)ElfBoard邊緣中控本身進(jìn)行程序升級(jí)（未完成），同步網(wǎng)絡(luò)時(shí)間，設(shè)置USB無(wú)線模塊，端側(cè)從機(jī)掃描，以及重置USB無(wú)線模塊，開(kāi)發(fā)者還可以在這個(gè)界面擴(kuò)展更多有趣好玩的參數(shù)配置功能。

4– 端（采集與執(zhí)行設(shè)備）

端側(cè)設(shè)備主要是以下三種類型的設(shè)備：支持Modbus-RTU協(xié)議的有線從機(jī)設(shè)備，具備2.4GHz/433MHz無(wú)線通信功能的網(wǎng)絡(luò)模塊，以及手機(jī)APP應(yīng)用程序。

關(guān)于Modbus-RTU的有線從機(jī)設(shè)備，我們可以使用電腦端的Modbus-Slave軟件進(jìn)行虛擬，Modbus-Slave軟件是一款精美小巧的Modbus-RTU從機(jī)調(diào)試軟件，使用它可以虛擬出任何支持Modbus協(xié)議的從機(jī)設(shè)備，具體軟件界面如下圖所示。

關(guān)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊，它支持繼電器開(kāi)關(guān)、RGB三色燈、按鍵事件等功能。

除了以上兩種端側(cè)設(shè)備之外，手機(jī)APP應(yīng)用程序，也是屬于端側(cè)顯示設(shè)備。手機(jī)APP應(yīng)用是通過(guò)涂鴉云的間接轉(zhuǎn)發(fā)方式，與ElfBoard邊緣中控進(jìn)行端對(duì)端通信的，ElfBoard邊緣中控可以轉(zhuǎn)發(fā)手機(jī)APP的控制指令到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊，以及接收邊緣中控上報(bào)的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

整個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)開(kāi)源到Gitee，歡迎各位嵌入式初學(xué)者或愛(ài)好者進(jìn)行Fork和Star。

--補(bǔ)充說(shuō)明一下，文章里面提到的“ElfBoard開(kāi)發(fā)板”，是指飛凌嵌入式旗下 ElfBoard 品牌推出的 ELF 1S 開(kāi)發(fā)板，在驗(yàn)證這個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目的時(shí)候，需要使用ELF 1S進(jìn)階版。

審核編輯：湯梓紅