多功能串口服務(wù)器設(shè)計(jì)方案

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作者：小華的物聯(lián)網(wǎng)嵌入式之旅

介紹：從事電氣自動(dòng)化行業(yè)，多次獲得物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)競(jìng)賽，愛(ài)好嵌入式設(shè)計(jì)開發(fā)，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)。

設(shè)計(jì)方案思路的由來(lái)，是因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在的開發(fā)板基本需要通過(guò)串口與WIFI模組或以太網(wǎng)模組連接以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，如果多個(gè)開發(fā)板就要配多個(gè)模組，所以做一個(gè)類似路由器的功能，將多種串口協(xié)議集中連接到串口服務(wù)器上面，然后就可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)一個(gè)以太網(wǎng)功能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。

V853串口服務(wù)器開發(fā)板

串口服務(wù)器網(wǎng)上也有相關(guān)的產(chǎn)品售賣，雖然不知他們的控制原理，但是對(duì)我來(lái)說(shuō)只需要將串口數(shù)據(jù)發(fā)送到V853上，通過(guò)它進(jìn)行數(shù)據(jù)解析后集中通過(guò)以太網(wǎng)接口發(fā)送出去就實(shí)現(xiàn)了串口服務(wù)器和路由功能。

該服務(wù)器因?yàn)榫邆淞薟IFI模組，所以也可以組成局域網(wǎng)，將所有無(wú)線設(shè)備都可以連接到模組接收數(shù)據(jù)，然后再通過(guò)以太網(wǎng)接口與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行交互。

主要功能及用途

實(shí)現(xiàn)的功能是基于官方提供的V853原理圖和暈哥設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行了功能擴(kuò)展，新增了串口轉(zhuǎn)換電路：

01V853最小系統(tǒng)，運(yùn)行linux操作系統(tǒng)，盡可能運(yùn)行桌面系統(tǒng)，這樣可以像操作電腦一樣編輯串口數(shù)據(jù)。

02WIFI模組實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。

03顯示屏LCD接口，用來(lái)顯示操作界面。所以有了它就更像一臺(tái)小電腦服務(wù)器。

04攝像頭接口，這是預(yù)留接口，用來(lái)實(shí)現(xiàn)攝像頭監(jiān)控，在數(shù)控機(jī)房里面特別適合。

05USB-HUB擴(kuò)展4路USB接口，通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口芯片CP2102實(shí)現(xiàn)2路R232，2路RS485，4路TTL，總共實(shí)現(xiàn)8路串口功能。滿足了我們多功能串口服務(wù)器。

串口功能實(shí)現(xiàn)示意圖

軟件設(shè)計(jì)

需要在linux系統(tǒng)上安裝Node-Red軟件，這個(gè)軟件是一個(gè)圖形化編程編輯界面，通過(guò)安裝相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)想要的功能。

例如串口功能，MQTT功能，TCP功能等必要的組件都可以安裝實(shí)現(xiàn)，只需要設(shè)置需要參數(shù)就可以完成相關(guān)功能，同時(shí)還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，并通過(guò)Dashboard數(shù)據(jù)可視化界面做上位機(jī)顯示到顯示屏上面，攝像頭的調(diào)用可以使用里面的組件去調(diào)用，可以說(shuō)node-red可以輕松實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)任何一個(gè)串口設(shè)備都可以輕松連接到服務(wù)器。如下圖就是各個(gè)節(jié)點(diǎn)功能的使用案例。

串口功能使用案例

TCP功能使用案例

MQTT使用案例

上位機(jī)界面使用案例

所以解決串口和無(wú)線有線的連接問(wèn)題，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的服務(wù)器。外網(wǎng)如果想查看上位機(jī)界面，因?yàn)樗蔷W(wǎng)頁(yè)版，所以通過(guò)透?jìng)鞯姆绞骄涂梢赃h(yuǎn)程打開查看這個(gè)網(wǎng)頁(yè)。

方案原理圖

2路RS232和2路TTL原理圖

2路RS485和2路TTL原理圖

POWER SYS

WIFI/音頻/SD卡/串口/OTG接口

PCB原理圖

3D渲染圖

PCB是基于Yuzuki大佬的“高性能異構(gòu)邊緣AI視覺(jué)開發(fā)板”PCB板上畫的，讓我節(jié)省了很多時(shí)間。我只需要擴(kuò)展我的串口功能部分和修改了部分電路與布局。

V853串口服務(wù)器實(shí)物圖

被參考的“高性能異構(gòu)邊緣AI視覺(jué)開發(fā)板”

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開始我的板子有個(gè)小插曲，板子剛回來(lái)時(shí)發(fā)現(xiàn)上電后沒(méi)有反應(yīng)，檢查好幾天才發(fā)現(xiàn)沒(méi)有焊接晶振，我還在硬件設(shè)計(jì)大賽的群里打擾各位大佬為什么我的板子不能工作，識(shí)別不到USB等等問(wèn)題。還好發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題并解決了。現(xiàn)在給大家介紹如何燒錄Tina Linux系統(tǒng)。

固件燒寫及點(diǎn)燈

在全志在線開發(fā)者社區(qū)的資料下載頁(yè)面下載紅框所示的全部量產(chǎn)工具。

下載出廠固件。

打開刷機(jī)軟件：(該軟件在全志資源下載里面都能找到)。

這個(gè)時(shí)候按住開發(fā)板上FEL按鍵不松手，然后用Type-C數(shù)據(jù)線連接電腦和板子的OTG接口，這個(gè)時(shí)候會(huì)進(jìn)入U(xiǎn)SB模式，刷機(jī)軟件就會(huì)自動(dòng)識(shí)別并燒錄固件。如果沒(méi)有進(jìn)入U(xiǎn)SB模式，可以通過(guò)按住FEL按鈕，然后點(diǎn)擊一下RESET按鈕，這時(shí)候如果你的電腦開了音量，就聽(tīng)到聲音。此時(shí)刷機(jī)軟件也會(huì)自動(dòng)進(jìn)入燒寫模式。

顯示燒錄成功：

刷機(jī)軟件也自動(dòng)連接上板子，顯示了如下信息：

然后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，過(guò)了一會(huì)兒，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在設(shè)備管理中看到Tina ADB，刷機(jī)軟件的首頁(yè)也顯示連接設(shè)備成功。

然后我們需要配置添加ADB到環(huán)境變量中：在win10系統(tǒng)中：

我的電腦-屬性-高級(jí)系統(tǒng)設(shè)置-彈出“系統(tǒng)屬性”窗口，選擇高級(jí)欄中的環(huán)境變量，彈出的窗口中選擇用戶變量中的path路徑，選擇下載并解壓的ADB

新建一個(gè)路徑，選擇自己的adb路徑：

然后再win10開始欄中輸入cmd,打開命令提示符窗口，我們輸入adb shell就會(huì)看到如下內(nèi)容，這樣我們就進(jìn)入了linux系統(tǒng)。

點(diǎn)亮LED燈，連接PH11引腳到LED燈就可以通過(guò)控制gpio235的值來(lái)點(diǎn)亮和熄滅LED燈。

echo 0 > value點(diǎn)亮LED燈

echo 1 > value熄滅LED燈

如下圖我板子的PH11引腳連接到串口的一個(gè)藍(lán)色LED指示燈實(shí)現(xiàn)點(diǎn)亮LED燈功能。

審核編輯：湯梓紅