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软件环境: C语言 硬件环境: STM32G030C8TX单片机开发板 开发工具: Linux平台GCC交叉编译环境以及ukeil
(1)边缘网关概念 边缘网关是部署在网络边缘侧的网关#xff0c;通过网络联接、协议转换等功能联接物理和数字世界#xff0c;提供轻量化的联接管…一项目介绍
软件环境: C语言 硬件环境: STM32G030C8TX单片机开发板 开发工具: Linux平台GCC交叉编译环境以及ukeil
(1)边缘网关概念 边缘网关是部署在网络边缘侧的网关通过网络联接、协议转换等功能联接物理和数字世界提供轻量化的联接管理、实时数据分析及应用管理功能。比较常见的就是智能家居中智能音箱蓝牙网关路由器wifi网关工厂里的工业网关等。它们通常扮演着一个区域内中心网关的功能即负责终端设备的网络连接也负责各终端数据的采集以及远程控制。同时又提供数据上云的功能。 (2)包含知识点
两大网联网场景消费物联网、工业物联网两大场景全覆盖
边缘网关新概念物联网边缘网关中边缘采集、边缘计算两大主流技术
基础综合运用C、shell、Makefile、C、QT、单片机、数据库等基础知识大融合
Linux开发技术点进程间通信、多线程程序设计、文件操作、网络编程、应用协议
物联网主流通信技术Json、Modbus、mqtt
各种调试工具学习mqtt.fx、modbus slave、modbus poll、wireshark、网络调试、串口调试等
二产品需求矩阵
上位机搜索界面设备信息显示和控制界面监控界面 历史数据查询边缘计算
网关上报模块公有云模块搜索响应模块数据存储模块内置网页各采集模块视频流模块
设备端stm32模块modbus模块 三全局点表
点表使用
真实物联网场景中点表通过客户端界面上位机或者web页面编辑生成json文件后下发给设备设备解析使用。
四modbus采集进程 modbus采集模块实现了modbus工业设备的通信对接向上通过modbusTCP协议采集单片机的数据并刷新到共享内存以便上报模块进程使用。向下接收来自上报模块的JSON控制指令解析后转换为标准的modbusTCP指令后通过网络发送给设备实现设备的控制。
(1)主程序
int main(int argc, char const *argv[])
{INIT_LIST_HEAD(head);FILE *fd fopen(./node.json, r);if (fd NULL){perror(fopen err\n);}//定位文件末尾操作fseek(fd, 0, SEEK_END);//计算文件的大小int len ftell(fd);//定位文件开头操作fseek(fd, 0, SEEK_SET);char *p (char *)malloc(len 1);fread(p, 1, len, fd);cJSON *root NULL;//把传入的字符串转成cJSON的结构反序列化root cJSON_Parse(p);if (root NULL){perror(err parse\n);//return -1;}//版本cJSON *item cJSON_GetObjectItem(root, version);printf(version %s\n, item-valuestring);item cJSON_GetObjectItem(root, mb_dev);char *IP cJSON_GetObjectItem(item, addr)-valuestring;int pot cJSON_GetObjectItem(item, port)-valueint;printf(ip%s port%d\n, IP, pot); //解析端口和设备地址//解析modbuscJSON *ROO cJSON_GetObjectItem(root, modbus);cJSON *tem cJSON_GetObjectItem(ROO, data);int array_size cJSON_GetArraySize(tem); //数组的大小cJSON *JS_tem tem-child; //子对象for (int i 0; i array_size; i){struct mb_node_list *arr (struct mb_node_list *)malloc(sizeof(struct mb_node_list));printf(key%d\n, cJSON_GetObjectItem(JS_tem, key)-valueint);printf(name%s\n, cJSON_GetObjectItem(JS_tem, name)-valuestring);printf(addr%d\n, cJSON_GetObjectItem(JS_tem, addr)-valueint);printf(type%d\n, cJSON_GetObjectItem(JS_tem, type)-valueint);arr-node.key cJSON_GetObjectItem(JS_tem, key)-valueint;arr-node.addr cJSON_GetObjectItem(JS_tem, addr)-valueint;list_add(arr-list, head);JS_tem JS_tem-next;}//1,创建实例//modbus_t *ctx modbus_new_tcp(argv[1], atoi(argv[2]));modbus_t *ctx modbus_new_tcp(IP, pot);//2,设置从机IDmodbus_set_slave(ctx, 1);//3,和主机进行连接int slave modbus_connect(ctx);if (slave ! 0){perror(connect err);return -1;}else{printf(连接成功!!!!\n);}//数据采集线程if (pthread_create(tid, NULL, mythread, ctx) ! 0){perror(pthread_create err);return -1;}//指令控制if (pthread_create(tid, NULL, controlthread, ctx) ! 0){perror(pthread_create_control err);return -1;}pthread_detach(tid);while (1);//6,释放Modbus实例modbus_free(ctx);//7,关闭套接字modbus_close(ctx);return 0;
}(2)数据采集线程
//数据采集线程
void *mythread(void *arg)
{uint16_t data[1024] {};uint16_t data1[1024] {};uint8_t dest[1024] {};int ret -1;ret shm_init(para, shm_test, MAX_NODE_SIZE); //初始化if (ret 0){perror(shm_init err\n);//return -1;}//获取共享内存的地址并将其赋值给指针变量addrvoid *addr shm_getaddr(para);if (addr NULL){perror(shm_getaddr err\n);//return -1;}int *p NULL;p addr;printf(Address%p\n, p);int *num addr;struct std_node *add (addr sizeof(int));modbus_t *ctx (modbus_t *)arg;while (1){sleep(2);list_for_each(pos, head){tmp1 list_entry(pos, struct mb_node_list, list);//温度if (tmp1-node.key 101){modbus_read_input_registers(ctx, tmp1-node.addr - 1, 2, data);}//湿度else if (tmp1-node.key 102){modbus_read_input_registers(ctx, tmp1-node.addr - 1, 2, data 2);}//空调开关else if (tmp1-node.key 103){modbus_read_bits(ctx, tmp1-node.addr - 1, 2, dest);//printf(空调开关 %u , dest[0]);}//空调的温度,//读取保持寄存器(功能码 0x3)else if (tmp1-node.key 104){modbus_read_registers(ctx, tmp1-node.addr , 2, data1);}//风扇开关else if (tmp1-node.key 105){modbus_read_bits(ctx, tmp1-node.addr - 1, 2, dest 2);}//风扇档位1档,2档,3档else if (tmp1-node.key 106){modbus_read_registers(ctx, tmp1-node.addr , 2, data1 2);}printf(温度寄存器 %u 湿度寄存器 %u\n, data[0], data[2]);printf(空调温度的监测 %u 风扇的档位%u\n, data1[0], data1[2]);printf(空调开关的状态:%u 风扇开关的状态:%u\n, dest[0], dest[1]);}
/* 读取的方式modbus_read_input_registers(ctx, 0, 4, data);//读输入寄存器的值可读取多个连续输入寄存器的值对应功能码为0x04//温度,湿度printf(温度寄存器 %u 湿度寄存器 %u\n, data[0], data[2]);//空调的温度,风扇档位1档,2档,3档//读取保持寄存器(功能码 0x3)modbus_read_registers(ctx, 0, 4, data1);printf(空调温度的监测 %u 风扇的档位%u\n, data1[0], data1[2]);//空调开关和风扇开关//读取线圈或者离散量输出状态(功能码 0x1)modbus_read_bits(ctx, 0, 4, dest);printf(空调开关的状态:%u 风扇开关的状态:%u\n, dest[0], dest[1]);
*/for (int i 0; i *num; i){if (add[i].key 101) //温度{add[i].new_val.f_val modbus_get_float_dcba(data);printf(Temperature sensor%f\n, add[i].new_val.f_val);if (add[i].new_val.f_val ! 0){add[i].ret 0;}else{add[i].ret -1;printf(Temperature sensor err:%d\n, add[i].ret);}}else if (add[i].key 102) //湿度{add[i].new_val.f_val modbus_get_float_dcba(data 2);printf(Humidity sensor%f\n, add[i].new_val.f_val);if (add[i].new_val.f_val ! 0){add[i].ret 0;}else{add[i].ret -1;printf(Humidity sensor err:%d\n, add[i].ret);}}else if (add[i].key 103) //空调开关{add[i].new_val.b_val dest[0];printf(air conditioning switch%d\n, add[i].new_val.b_val);if (add[i].new_val.b_val ! 0){add[i].ret 0;}else{add[i].ret -1;printf(air conditioning switch err:%d\n, add[i].ret);}}else if (add[i].key 104) //空调的温度{add[i].new_val.f_val modbus_get_float_dcba(data1);printf(air conditioning temperature%f\n, add[i].new_val.f_val);if (add[i].new_val.f_val ! 0){add[i].ret 0;}else{add[i].ret -1;printf(air conditioning temperature err:%d\n, add[i].ret);}}else if (add[i].key 105) //风扇开关{add[i].new_val.b_val dest[1];printf(Fan switch%d\n, add[i].new_val.b_val);if (add[i].new_val.b_val ! 0){add[i].ret 0;}else{add[i].ret -1;printf(Fan switch err:%d\n, add[i].ret);}}else if (add[i].key 106) ///风扇档位控制,1档,2档,3档{add[i].new_val.f_val modbus_get_float_dcba(data1 2);printf(Fan switch control%f\n, add[i].new_val.f_val);if (add[i].new_val.f_val ! 0){add[i].ret 0;}else{add[i].ret -1;printf(Fan switch err:%d\n, add[i].ret);}}}for (int i 0; i 6; i){if (add[i].key 101){printf(key%d new_val%f\n, add[i].key, add[i].new_val.f_val);}else if (add[i].key 102){printf(key%d new_val%f\n, add[i].key, add[i].new_val.f_val);}else if (add[i].key 103){printf(key%d new_val%d\n, add[i].key, add[i].new_val.b_val);}else if (add[i].key 104){printf(key%d new_val%f\n, add[i].key, add[i].new_val.f_val);}else if (add[i].key 105){printf(key%d new_val%d\n, add[i].key, add[i].new_val.b_val);}else if (add[i].key 106){printf(key%d new_val%f\n, add[i].key, add[i].new_val.f_val);}}sleep(1);}//free(tmp1);// tmp1 NULL;shm_del(para);pthread_exit(NULL);
}
(3)指令控制进程
//指令控制
void *controlthread(void *arg)
{modbus_t *ctx (modbus_t *)arg;struct msg msg;//反序列化msg.mtype 1;while (1){// u_int16_t buf[4] {444};// u_int16_t buf1[4] {1662};//modbus_write_registers(ctx,40000,2,buf);//modbus_write_registers(ctx,40002,2,buf1);//modbus_write_registers(ctx,40003,2,buf);//modbus_write_registers(ctx,40005,4,buf );//modbus_write_register(ctx,0, 12);//modbus_write_register(ctx,2, 12);if (msg_queue_recv(modbus, msg, sizeof(msg), 1, 0) 0){cJSON *root cJSON_Parse(msg.mdata);if (NULL root){printf(err parse\n);//return -1;}//cJSON *item;//item cJSON_GetObjectItem(root, data); //解析对象//解析key的值cJSON *login_key cJSON_GetObjectItem(root, key);int identifying_Key login_key-valueint;printf(key%d\n, identifying_Key); //打印此时的key值//解析val的值login_key cJSON_GetObjectItem(root, val);int identifying_val atoi(cJSON_GetObjectItem(root, val)-valuestring);printf(val%d\n, identifying_val);//遍历链表list_for_each(pos, head){tmp list_entry(pos, struct mb_node_list, list);if (identifying_Key tmp-node.key){if (identifying_Key 103) //空调开关{modbus_write_bit(ctx, tmp-node.addr - 1, identifying_val);}else if (identifying_Key 104) //空调温度控制{uint16_t buf[4];modbus_set_float_dcba((float)atof(cJSON_GetObjectItem(root, val)-valuestring), buf);modbus_write_registers(ctx, tmp-node.addr, 2, buf);}else if (identifying_Key 105) //风扇开关{modbus_write_bit(ctx, tmp-node.addr - 1, identifying_val);}else if (identifying_Key 106) //风扇档位控制,1档,2档,3档{uint16_t buf[4];modbus_set_float_dcba((float)atof(cJSON_GetObjectItem(root, val)-valuestring), buf);modbus_write_registers(ctx, tmp-node.addr, 2, buf);}}}}}pthread_exit(NULL);pause();
}
五STM32
●STM32采集模块 stm32采集模块实现了stm32设备的通信对接向上通过串口协议采集单片机的数据 并刷新到共享内存以便上报模块进程使用。 向下接收来自上报模块的JSON控制指令解析后 转换为相应的控制指令后通过串口发送给设备实现设备的控制。
●单片机设备模块 单片机模拟了智能家居系统的设备场景分别实现了传感器数据采集上报、设备的远程控制等功能。 通过ADC采集光敏传感器并按照上报协议通过串口发送给网关设备。 接收来自网关的控制指令通过JSON反序列化后进行相应的设备控制。 呼吸灯来表示设备运行状态按键模拟墙壁开关同步模拟灯光控制。
(1)需求分析
采集类传感器使用光敏度传感器。蓝LED模拟智能灯可以采集到灯状态并可远程控制五向按键作为灯控开关家居本地控制。绿色灯作为呼吸灯1S闪烁一次表示设备运行正常。蓝灯表示网络连接状态如果连接wifi并成功连接服务器后蓝灯常亮wifi连接模式。每隔2s采集一次传感器数据、智能灯的状态、电池电量信息组包主动上报给网关。接收来自网关的控制指令并对智能灯做相应的控制。
(2)技术点分析
GPIO串口通信串口中断GPIO中断硬件定时器ADC采集网络调试wifi连接模式
注意这种方式很直观发送前需要对发送的数据进行JSON的序列化动作。
单片机的栈空间比较小如果使用cJSON序列化时候在串口调试助手发现输出不正常时一般是栈空间不够了此时可以考虑增大栈空间可以直接从cubeMX直接进行调整。 (3)Linux中采集和控制代码
主线程 // 读取串口数据数据采集
int main(int argc, char const *argv[])
{fd open(/dev/ttyUSB0, O_RDWR);if (fd 0){perror(open err);return -1;}elseprintf(open device success\n);serial_init(fd); //设置串口属性//创建线程pthread_t tid;if (pthread_create(tid, NULL, my_pthread, NULL) ! 0){perror(pthread create err);return -1;}printf(this is father\n);char buf[1024] {0}; //存放读串口数据static struct shm_param para;int ret -1;// 创建共享内存ret shm_init(para, shm_test, 1024);if (ret 0){return -1;}// 获取共享内存地址struct std_node *addr shm_getaddr(para);if (addr NULL){return -1;}while (1){// 读取串口数据if (read(fd, buf, sizeof(buf)) 0){perror(read err);return -1;}printf(cj_buf%s\n, buf);// 反序列化cJSON *root cJSON_Parse(buf);if (NULL root){printf(parse err\n);return -1;}printf(*****反序列化*****\n);cJSON *data NULL;cJSON *tmp NULL;cJSON *item NULL;data cJSON_GetObjectItem(root, data);int n cJSON_GetArraySize(data);struct std_node buffer[n - 1];for (int i 0; i n; i){tmp cJSON_GetArrayItem(data, i);item cJSON_GetObjectItem(tmp, key);buffer[i].key item-valueint;printf(%s%d\n, item-string, item-valueint);item cJSON_GetObjectItem(tmp, val);if (buffer[i].key 301) //传感器{buffer[i].type 3;buffer[i].dev_type buffer[i].key / 100;buffer[i].old_val.f_val item-valueint;buffer[i].new_val.f_val item-valueint;}else if (buffer[i].key 302) //电池{buffer[i].type 2;buffer[i].dev_type buffer[i].key / 100;buffer[i].old_val.i_val item-valueint;buffer[i].new_val.i_val item-valueint;}else if (buffer[i].key 303) //灯状态{buffer[i].type 2;buffer[i].dev_type buffer[i].key / 100;buffer[i].old_val.i_val item-valueint;buffer[i].new_val.i_val item-valueint;}//打印查看采集的值printf(%s%d\n, item-string, item-valueint);buffer[i].ret 0;}cJSON_Delete(root);}pthread_join(tid, NULL);return 0;
}
线程//从消息队列中读cjson控制指令通过串口发给单片机
void *my_pthread(void *arg)
{printf(this is son\n);struct msgbuf r_buf;cJSON *r cJSON_CreateObject();cJSON *d cJSON_CreateArray();cJSON_AddItemToObject(r, data, d);cJSON *i cJSON_CreateObject();cJSON_AddItemToArray(d, i);cJSON_AddNumberToObject(i, key, 303);cJSON_AddStringToObject(i, name, light);cJSON_AddStringToObject(i, val, 1);char *q cJSON_PrintUnformatted(r);r_buf.mtype 1;strcpy(r_buf.mdata, q);msg_queue_send(stm32, r_buf, sizeof(r_buf), 0);printf(r_buf%s\n, r_buf.mdata);free(q);cJSON_Delete(r);while (1){//从消息队列中读cjsonstruct msgbuf recv_buf;int t msg_queue_recv(stm32, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0, 0);if (t 0){perror(msg recv err);return NULL;}printf(%s\n, recv_buf.mdata);// 反序列化cJSON *msg_root cJSON_Parse(recv_buf.mdata);if (NULL msg_root){printf(parse err\n);return NULL;}int msg_key, msg_val;cJSON *msg_item NULL;cJSON *msg_data cJSON_GetObjectItem(msg_root, data);int cout cJSON_GetArraySize(msg_data);printf(*************\n);for (int i 0; i cout; i){cJSON *tmp cJSON_GetArrayItem(msg_data, i);msg_item cJSON_GetObjectItem(tmp, key);msg_key msg_item-valueint;printf(%s%d\n, msg_item-string, msg_item-valueint);msg_item cJSON_GetObjectItem(tmp, name);printf(%s%s\n, msg_item-string, msg_item-valuestring);msg_item cJSON_GetObjectItem(tmp, val);msg_val atoi(msg_item-valuestring);printf(%s%s\n, msg_item-string, msg_item-valuestring);}cJSON_Delete(msg_root);// 序列化if (msg_key 303){cJSON *root cJSON_CreateObject();cJSON *data cJSON_CreateArray();cJSON_AddItemToObject(root, data, data);cJSON *item3 cJSON_CreateObject();cJSON_AddItemToArray(data, item3);cJSON_AddNumberToObject(item3, key, 303);cJSON_AddStringToObject(item3, name, light);cJSON_AddNumberToObject(item3, val, msg_val);char *p cJSON_PrintUnformatted(root);printf(ctronl_cjson%s\n, p);//写串口if (write(fd, p, strlen(p)) 0){perror(write err);return NULL;}free(p);cJSON_Delete(root);}}pthread_exit(NULL);
}
(4)ukeil工程
main.c() LED灯五项按键中断 串口接受控制指令ADC采集
五项按键
//按键中断
void HAL_GPIO_EXTI_Rising_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{if(GPIO_PinGPIO_PIN_8){HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_1);while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_8));//抬手检测}
}
串口接受控制指令
//每次达到上述条件后会触发此中断每次触发中断缓冲区数据就是完整一包数据
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{if(huart-Instance USART1){
// printf(RxBuf is %s\n, RxBuf);//这里来解析命令并做出相应的反应
// char dev_name[32]{0};cJSON* recv_rootcJSON_Parse(RxBuf);
// if(NULLrecv_root)
// {
// printf(parse err\n);
// }cJSON*recv_datacJSON_GetObjectItem(recv_root,data);int countcJSON_GetArraySize(recv_data);for(int i0;icount;i){cJSON*tmpcJSON_GetArrayItem(recv_data,i);
// printf(********zhongduan*******\n);cJSON* recv_itemNULL;recv_itemcJSON_GetObjectItem(tmp,key);
// printf(%s%d\n, recv_item-string, recv_item-valueint);int keyrecv_item-valueint;// recv_itemcJSON_GetObjectItem(tmp,name);
// printf(%s%s\n, recv_item-string, recv_item-valuestring);
// strcpy(dev_name,recv_item-valuestring);recv_itemcJSON_GetObjectItem(tmp,val);
// printf(%s%d\n, recv_item-string, recv_item-valueint);int valrecv_item-valueint;
// int valatoi(recv_item-valueint);//控制灯if(key303){//开灯if(val1){HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);}//关灯else if(val0){HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);}}cJSON_Delete(recv_root);}memset(RxBuf,0,1024);//再次设置此中断HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(huart1,RxBuf,1024);}
}
ADC采集 LED灯呼吸灯 /* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){//呼吸灯for(int i995;i0;i--){TIM3-CCR3i;HAL_Delay(1);}for(int i0;i995;i){TIM3-CCR3i;HAL_Delay(1);}// 启动adc开始转换HAL_ADC_Start(hadc1);// 获取转换结果while(!(ADC1-ISR(12)));batHAL_ADC_GetValue(hadc1);while(!(ADC1-ISR(13)));lightHAL_ADC_GetValue(hadc1);// 停止转换HAL_ADC_Stop(hadc1);// printf(bat%d light%d\n,bat,light);
// HAL_Delay(10);if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_1)GPIO_PIN_SET){
// printf(led_off\n);led_val0;}else{
// printf(led_on\n);led_val1;}//序列化封装为json格式cJSON* rootcJSON_CreateObject();cJSON* datacJSON_CreateArray();cJSON_AddItemToObject(root,data,data);cJSON* itemcJSON_CreateObject();cJSON_AddItemToArray(data,item);cJSON_AddNumberToObject(item,key,301);cJSON_AddStringToObject(item,name,sensor);cJSON_AddNumberToObject(item,val,light);cJSON* item2cJSON_CreateObject();cJSON_AddItemToArray(data,item2);cJSON_AddNumberToObject(item2,key,302);cJSON_AddStringToObject(item2,name,bat);cJSON_AddNumberToObject(item2,val,bat);cJSON* item3cJSON_CreateObject();cJSON_AddItemToArray(data,item3);cJSON_AddNumberToObject(item3,key,303);cJSON_AddStringToObject(item3,name,light);cJSON_AddNumberToObject(item3,val,led_val);char *p cJSON_PrintUnformatted(root);HAL_UART_Transmit(huart1,p,strlen(p),1000);
// printf(cjson%s\n,p);free(p);cJSON_Delete(root);//lcd屏显示sprintf(lcd_sensor,%d\n,light);sprintf(lcd_bat,%d\n,bat);sprintf(lcd_led,%d\n,led_val);Gui_DrawFont_GBK16(25,30,WHITE,RED,sensor:);Gui_DrawFont_GBK16(80,30,WHITE,RED,lcd_sensor);Gui_DrawFont_GBK16(35,45,WHITE,RED,bat:);Gui_DrawFont_GBK16(78,45,WHITE,RED,lcd_bat);Gui_DrawFont_GBK16(35,60,WHITE,RED,LED:);Gui_DrawFont_GBK16(78,60,WHITE,RED,lcd_led);/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}相关知识
1JSON数据交换格式
2内核链表
3共享内存消息队列
通信组件(!!!!!!!!!!)
以下组件依赖临时目录必须提前创建tmp目录是内存型目录如果重启了系统会消失所以每次重启后注意重新创建下
mkdir /tmp/ipc/shmem -p
mkdir /tmp/ipc/msgqueue/peer -p
4GIT 总结
强化编程基础迅速拓展知识面训练自己的学习能力了解企业开发流程提前感受团队项目开发过程
