基于RT-Tread OS和OneNet云的IoT系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李海園

摘 要：目前，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)正在迅速發(fā)展，相信近2年物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)用戶(hù)數(shù)量將超過(guò)手機(jī)用戶(hù)數(shù)量。物聯(lián)網(wǎng)中關(guān)鍵的物是指眾多的電子產(chǎn)品設(shè)備，所以對(duì)于產(chǎn)品設(shè)備端的OS來(lái)說(shuō)，必須具有高性能和高可靠性，這樣才能保證物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)得以實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在較為火熱的是RT-Tread實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，轉(zhuǎn)為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的一款RTOS，更為專(zhuān)業(yè)和適用。文中，應(yīng)用該款緊湊且高性能的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，在監(jiān)控中使用中移物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)OneNet，以實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)范圍內(nèi)對(duì)產(chǎn)品設(shè)備的監(jiān)控，同時(shí)這也是真正意義上的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。此次設(shè)計(jì)使用正點(diǎn)原子開(kāi)發(fā)的STM32L475潘多拉開(kāi)發(fā)板為硬件平臺(tái)，經(jīng)過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)和實(shí)踐，成功實(shí)現(xiàn)云上設(shè)備對(duì)云下設(shè)備的監(jiān)控。該設(shè)計(jì)首次將新型發(fā)展起來(lái)的RTOS應(yīng)用在常見(jiàn)的產(chǎn)品設(shè)備上，并使用現(xiàn)在發(fā)展火熱的云平臺(tái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)IoT系統(tǒng)，是較為典型的新型技術(shù)實(shí)例。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);OneNet;RT-Tread OS;新型技術(shù);IoT系統(tǒng);云平臺(tái)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP316文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）01-00-02

0 引 言

現(xiàn)在世界是一個(gè)信息科技快速發(fā)展的社會(huì)，人類(lèi)也進(jìn)入了第四次工業(yè)革命的階段，經(jīng)歷了互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，還有網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的全新革命，全新的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)將是智能時(shí)代的重要組成部分，毫無(wú)疑問(wèn)，也將會(huì)給這個(gè)世界帶來(lái)天翻地覆的改變。物聯(lián)網(wǎng)的力量已經(jīng)超越了電腦和智能手機(jī)。

人們身邊的每一個(gè)“智能”設(shè)備都在致力于通過(guò)數(shù)字干預(yù)來(lái)解決現(xiàn)實(shí)世界中的問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)這種顛覆性技術(shù)正在滲透到各種行業(yè)，并連接人們周?chē)恳慌_(tái)支持互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備。根據(jù)一項(xiàng)調(diào)查顯示，預(yù)計(jì)到2020年將有310億臺(tái)連網(wǎng)設(shè)備投入使用。此外，必然會(huì)有更加優(yōu)秀的產(chǎn)品出現(xiàn)，市面上眾多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品受到人們的喜愛(ài)，例如，共享汽車(chē)、智能手環(huán)、智能冰箱、智能定位器、智能家居等。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)龐大且復(fù)雜的系統(tǒng)工程，實(shí)現(xiàn)M2M模式必然需要云平臺(tái)的支持，主要涉及設(shè)備端、服務(wù)端和用戶(hù)端三個(gè)方面的研發(fā)，是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分;主要涉及兩大方面：RTOS和云平臺(tái)。物聯(lián)網(wǎng)已成為當(dāng)前世界新一輪經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

1.1 主控電路板

主控電路板采用正點(diǎn)原子和RT-Thread公司合作研發(fā)的潘多拉STM32L475開(kāi)發(fā)板。主控芯片采用的是STM32L475VET6芯片，實(shí)物如圖1所示。

從圖中可以看出，潘多拉STM32L475 IoT開(kāi)發(fā)板資源豐富，接口繁多，其芯片的絕大部分內(nèi)部資源都可以在此開(kāi)發(fā)板上驗(yàn)證，同時(shí)擴(kuò)充豐富的接口和功能模塊。ALIENTEK潘多拉STM32開(kāi)發(fā)板主控芯片STM32L475VET6使用的內(nèi)核是ARM Cortex-M4，其主要參數(shù)是：SRAM，128 KB;FLASH，512 KB;外擴(kuò)SPI FLASH，W25Q128，16 MB;通用I/O，82。

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

1.2 ATK-ESP-01無(wú)線(xiàn)芯片

ATK-ESP-01無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)）模塊，采用串口（LVTTL）與MCU（或其他串口設(shè)備）通信，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)串口與WiFi之間的轉(zhuǎn)換。

通過(guò)ATK-ESP8266模塊，傳統(tǒng)的串口設(shè)備只是需要簡(jiǎn)單的串口配置，即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（WiFi）傳輸自己的數(shù)據(jù)，方便設(shè)備使用互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。ATK-ESP8266 模塊非常小巧，方便大家安裝到自己的設(shè)備里面，模塊外觀如圖1左上方所示。

1.3 調(diào)試硬件模塊

本次調(diào)試的硬件部分設(shè)計(jì)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(diào)試驗(yàn)證部分使用UART1串口轉(zhuǎn)USB模塊。調(diào)試硬件模塊如圖2所示。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)：RT-Thread OS工程設(shè)計(jì)和OneNet云平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

2.1 RT-Thread OS工程設(shè)計(jì)

工程的搭建在Windows下進(jìn)行，使用到的工具有專(zhuān)用的ENV軟件和Keil5軟件。

首先通過(guò)ENV軟件生成所需的工程文件，可設(shè)置工程文件所需參數(shù)，建立完整的所需工程文件。該軟件由RT-Thread 公司研發(fā)，開(kāi)啟后界面顯示軟件相關(guān)信息并進(jìn)入當(dāng)前文件目錄，在該環(huán)境下可以進(jìn)行專(zhuān)用的Keil工程定制和生成。

生成所需的文件后，就進(jìn)入Keil5軟件進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)和編譯，如圖3所示。此次開(kāi)發(fā)板上使用的是RT-Thread RTOS，包含的文件較多，除了操作系統(tǒng)的內(nèi)核外，還有相關(guān)的聯(lián)網(wǎng)協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議包。同時(shí)，關(guān)鍵的用來(lái)連接OneNet云的軟件包onenet也在其中。

2.2 OneNet云平臺(tái)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的IoT系統(tǒng)采用的云平臺(tái)是中移物聯(lián)網(wǎng)公司支持開(kāi)發(fā)的OneNet云，這也是中國(guó)移動(dòng)推出的用于物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用平臺(tái)，并且對(duì)于個(gè)人提供免費(fèi)的試用，非常適合此次的開(kāi)發(fā)。此外，OneNet云的應(yīng)用強(qiáng)大，除了提供設(shè)備接入、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)列表的導(dǎo)出等常規(guī)功能外，還提供了非常友好，易于實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)供開(kāi)發(fā)者使用。

3 運(yùn)行調(diào)試

整體設(shè)計(jì)完畢后，進(jìn)行整合調(diào)試。將工程生成的axf文件通過(guò)仿真電路下載到開(kāi)發(fā)板中，并將開(kāi)發(fā)板的串口打開(kāi)，監(jiān)視開(kāi)發(fā)板的運(yùn)行狀況，調(diào)試檢測(cè)窗口顯示正常運(yùn)行RT-Thread RTOS，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)和硬件配置初始化成功，此時(shí)開(kāi)發(fā)板也成功接入了路由器熱點(diǎn)。調(diào)試檢測(cè)窗口示圖如圖4所示。

開(kāi)發(fā)板準(zhǔn)備好連接后，打開(kāi)云平臺(tái)，在調(diào)試檢測(cè)窗口調(diào)用連接協(xié)議MQTT 的API進(jìn)行連接，連接成功后，會(huì)看到云平臺(tái)上的產(chǎn)品顯示在線(xiàn)。此時(shí)進(jìn)一步調(diào)用API將開(kāi)發(fā)板上的數(shù)據(jù)上傳，調(diào)用顯示成功后，會(huì)看到該產(chǎn)品的設(shè)備數(shù)據(jù)流顯示動(dòng)態(tài)變化。到此就實(shí)現(xiàn)了IoT的遠(yuǎn)程測(cè)控。云平臺(tái)接入設(shè)備成功圖如圖5所示。圖6為實(shí)時(shí)上報(bào)的濕度數(shù)據(jù)顯示。

4 結(jié) 語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)的IoT系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)方面：傳感層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，這也是物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。傳感層使用的是正點(diǎn)原子最新推出的STM32L475潘多拉開(kāi)發(fā)板，軟件架構(gòu)使用的是成熟的國(guó)產(chǎn)RTOS：RT-Thread實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，進(jìn)行對(duì)設(shè)備端的所有器件進(jìn)行操控。網(wǎng)絡(luò)層由三個(gè)方面組成：ESP8266 WiFi模塊、路由器、電腦WiFi模塊，通過(guò)這三個(gè)網(wǎng)絡(luò)層的硬件設(shè)備使傳感層和應(yīng)用層進(jìn)行連接。應(yīng)用層使用的是中移物聯(lián)網(wǎng)的OneNet云平臺(tái)，可方便對(duì)遠(yuǎn)程的傳感層進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和命令下發(fā)。這次設(shè)計(jì)首次使用新型發(fā)展起來(lái)的RTOS在常見(jiàn)的產(chǎn)品設(shè)備上，并使用現(xiàn)在發(fā)展火熱的云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)IoT系統(tǒng)，是較為典型的新型技術(shù)實(shí)例。

參 考 文 獻(xiàn)

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