嵌入式物聯(lián)網(wǎng)開源項目分享

很多初學者或者互聯(lián)網(wǎng)轉行從業(yè)者，在學習嵌入式技術的基本理論概念之后，可能會感覺到迷茫，感覺自己雖然學了不少，但卻不知道怎么用到項目上。

我一直認為，對于嵌入式物聯(lián)網(wǎng)技術的入門，項目實戰(zhàn)是驗證理論學習的最佳方式。

在前面的兩篇文章里面，我們基于飛凌的 ElfBoard 嵌入式開發(fā)板，分別從開箱入門測評和嵌入式Linux開發(fā)套路的角度，分析了這塊開發(fā)板的各種特點，讓開發(fā)者對這塊開發(fā)板的硬件和資料有一個基本的認識。

本篇文章，我們將會基于 ElfBoard 開發(fā)板，開源一個面向初學者的，軟硬件結合的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)項目，希望可以通過這個開源項目，讓初學者對嵌入式物聯(lián)網(wǎng)技術領域的 “云-網(wǎng)-邊-端” 架構，有一個更加直觀的認識。

關于這個項目的思維導圖，如下圖所示。

接下來，我們將會從云-網(wǎng)-邊-端的物聯(lián)網(wǎng)體系架構出發(fā)，描述整個開源項目的開發(fā)過程，整個開源項目的系統(tǒng)框架，如下圖所示。

1– 云（涂鴉云服務器）

開源項目是采用涂鴉云作為云服務器的，之所以采用涂鴉云，主要是涂鴉的IoT生態(tài)體系很友好，并且對于個人開發(fā)者（初學者），涂鴉云的學習門檻和接入門檻是比較低的，無需企業(yè)賬號，無需太高的設備購買費用，即可接入涂鴉云。

關于涂鴉云的具體用法，可以在公眾號搜索我以前發(fā)布過的文章：

【嵌入式實戰(zhàn)項目】環(huán)境監(jiān)測設備接入涂鴉IoT開發(fā)平臺

ElfBoard邊緣中控是通過Tuya LinkSDK接入云服務器的，這個SDK采用標準的C語言進行編寫，移植的時候非常方便，具體可以參考官方提供的移植文檔，（此處不做詳細描述）

在涂鴉云服務器上建立好產(chǎn)品，完成功能定義，完成設備交互面板設計，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無線連接）

要讓ElfBoard接入云服務器，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，Wi-Fi無線連接，RJ45有線網(wǎng)絡連接，這幾種方式都可以選用，由于ElfBoard開發(fā)板默認板載了一個RTL8723 無線Wi-Fi模塊，因此，本項目選用Wi-Fi無線連接方式，讓開發(fā)板接入互聯(lián)網(wǎng)。

十分方便的是，飛凌官方已經(jīng)提供了一個聯(lián)網(wǎng)腳本，elf1_cmd_wifi.sh，應用程序開發(fā)工程師，可以很方便地調用這個腳本進行互聯(lián)網(wǎng)鏈接，對于使用嵌入式Linux+Qt開發(fā)的應用程序，飛凌官方也提供了參考例程，我們在程序開發(fā)的時候直接參考使用即可。

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

3– 邊（ElfBoard邊緣中控）

邊緣計算設備（邊緣中控）采用飛凌ElfBoard開發(fā)板進行設計，運行嵌入式Linux操作系統(tǒng)，采用Qt進行UI界面開發(fā)，應用程序采用C/C++語言進行編寫。

邊緣計算設備（邊緣中控）通過一個USB無線擴展模塊，與端側設備進行無線通信，這個USB無線擴展模塊的具體設計，可以參考項目里面開源的教程文檔。

USB無線擴展模塊支持AT指令集，支持從機設備管理，支持控制命令透傳，等等。感興趣的初學者還可以修改這個擴展模塊的固件（代碼已開源），讓其擴展更多創(chuàng)意的功能。

整個邊緣計算設備的Qt應用程序，共提供了5個應用界面，初學者可以在這5個應用程序界面，自由擴展自己的創(chuàng)意想法，以下是這5個應用界面的功能介紹。

界面 1

界面 1是一個電器控制界面，通過這個界面，可以對端側的電器設備進行無線控制，比如RGB三色燈的開關和亮度調節(jié)，燈光總開關的控制，遠程繼電器開關的控制，等等。當端側無線設備有按鍵事件觸發(fā)的時候，可以即時把按鍵值通過無線方式上報到邊緣中控設備，并把按鍵事件在信息窗口進行顯示。

界面 2

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

界面 3

界面 3是一個云服務器連接界面，通過【連接涂鴉云】按鈕，把邊緣中控ElfBoard接入涂鴉云服務器，然后通過手機端【智能生活APP】掃描二維碼，即可完成手機APP與設備的綁定操作，并且在信息窗口顯示連接狀態(tài)，手機APP通過云端轉發(fā)的控制指令，也可以實時在信息窗口進行顯示。

ElfBoard邊緣中控還可以把手機APP的控制指令轉發(fā)到無線端側設備執(zhí)行，也可以把環(huán)境監(jiān)測里面的傳感器數(shù)據(jù)，上報到云服務器，然后在手機APP界面進行實時顯示。

界面 4

界面 4是一個有線網(wǎng)絡界面，這個界面實現(xiàn)了一個遠程抄寫電表數(shù)據(jù)的功能，通過RS485總線和Modbus-RTU軟件協(xié)議，讓ElfBoard邊緣中控連接一個虛擬電表，虛擬電表的用電數(shù)據(jù)不斷更新（模擬用電過程），然后實現(xiàn)電表數(shù)據(jù)的實時讀取，并在信息窗口進行顯示。

界面 5

界面 5是ElfBoard邊緣中控的參數(shù)設置界面，在這個界面里面，可以對ElfBoard邊緣中控本身進行程序升級（未完成），同步網(wǎng)絡時間，設置USB無線模塊，端側從機掃描，以及重置USB無線模塊，開發(fā)者還可以在這個界面擴展更多有趣好玩的參數(shù)配置功能。

4– 端（采集與執(zhí)行設備）

端側設備主要是以下三種類型的設備：支持Modbus-RTU協(xié)議的有線從機設備，具備2.4GHz/433MHz無線通信功能的網(wǎng)絡模塊，以及手機APP應用程序。

關于Modbus-RTU的有線從機設備，我們可以使用電腦端的Modbus-Slave軟件進行虛擬，Modbus-Slave軟件是一款精美小巧的Modbus-RTU從機調試軟件，使用它可以虛擬出任何支持Modbus協(xié)議的從機設備，具體軟件界面如下圖所示。

關于無線網(wǎng)絡模塊，它支持繼電器開關、RGB三色燈、按鍵事件等功能。

除了以上兩種端側設備之外，手機APP應用程序，也是屬于端側顯示設備。手機APP應用是通過涂鴉云的間接轉發(fā)方式，與ElfBoard邊緣中控進行端對端通信的，ElfBoard邊緣中控可以轉發(fā)手機APP的控制指令到無線網(wǎng)絡模塊，以及接收邊緣中控上報的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。

整個項目已經(jīng)開源到Gitee，歡迎各位嵌入式初學者或愛好者進行Fork和Star。

--補充說明一下，文章里面提到的“ElfBoard開發(fā)板”，是指飛凌嵌入式旗下 ElfBoard 品牌推出的 ELF 1S 開發(fā)板，在驗證這個開源項目的時候，需要使用ELF 1S進階版。

審核編輯：湯梓紅