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使用快速启动平台加速传感器到云端的连接

2017年05月05日 14:04 次阅读

传感器是物联网 (IoT) 的眼睛和耳朵,提供分析和大数据应用需要的信息,帮助用户做出明智的决策。 尽管有许多方法可以连接多个无线传感器来执行该分析,但连接到云端仍然具有挑战性。 在空间、功率和成本以及配置和管理所有传感器的同时又要确保强大的安全性方面尤其如此。

为了缩短开发周期,有些开发套件兼具传感器节点开发和云连接功能。 开发人员无需就如何将云服务集成到最终用户体验中做出架构决策(包括系统将执行的操作以及哪些操作会触发设备的特定功能),即可使用这些“开箱即用”套件相对较快地启动并运行具有传感器功能的设计。

本文将介绍 STMicroelectronics 的 STM32 Nucleo 开发板和 X-NUCLEO 扩展板,它们集成了实现所选应用专门功能所需的组件。闪存 Nucleo 传感器节点 文中还将说明如何使用 FP-CLD-BLUEMIX1 扩展软件包,通过几个简单的步骤来发出 Nucleo 传感器节点信号并将 Nucleo 电路板连接到 IBM Watson IoT 云平台。1

Nucleo 平台和软件

STM32 Nucleo 开发板为工程师提供了一种灵活的方式来尝试新的概念,并使用 STMicroelectronics STM32 微控制器构建原型。 这种开发板具有在所有 Nucleo 电路板上通用的扩展针座,因此很容易添加扩展模块。

Nucleo 开发板集成了 ST-LINK / V2-1 调试器/编程器,因此支持 Arduino 作为其开放生态系统方法的一部分,并且不需要单独的探头。 开发板随附 STM32 软件库以及各种封装软件示例。

包括 Arduino 在内,有多种不同的盾板可以使用。 使用 STMicroelectronics 的 Morpho 针座的开发板可用于所有应用类型的盾板扩展,包括射频、工业和家庭自动化盾板应用。 此外,还提供蓝牙 LE、Wi-Fi 和视听应用的盾板。

库支持涵盖用于 STM32 的标准库,以及对 ARM® 免费在线 mbed 的支持。ARM® mbed 是一个 IoT 设备平台,提供操作系统、工具和开发人员生态系统,使设计人员能够评估并开始使用 Nucleo 开发板。

为了帮助形成从传感器到云端的连接,STMicroelectronics 还提供了 FP-CLD-BLUEMIX1,这是一种可在 STM32 微控制器上运行、用于 STM32Cube 的 IoT 节点扩展软件包,可从 STMicroelectronics 的网站获取。2 STM32Cube 的主要目标是使开发应用的过程变得更容易。 为此,该扩展软件包包含了 STM32CubeMX 和 STM32Cube 嵌入式软件库(图 1)。

使用快速启动平台加速传感器到云端的连接

图 1: FP-CLD-BLUEMIX1 提供了完整的中间件来构建基于 Wi-Fi 连接的应用,并将 STM32 Nucleo 开发板链接到基于云的服务。 (图片来源: STMicroelectronics)

STM32CubeMX 从图形用户界面生成 STM32 MCU 的初始化 C 代码。 STM32MX 还生成 IDE 就绪型项目,提供功耗计算器,并允许直接从 st.com 导入 STM32Cube 嵌入式软件库。

每个 STM32 产品系列都有一个 STM32Cube 嵌入式软件包。 该嵌入式软件库包括用于 STM32 外围设备的硬件抽象层 (HAL) 和低层 (LL) 应用编程接口 (API),以及基于 STMicroelectronics 开发或开源组件的一组中间件(RTOS、USB、TCP/IP、图形等)。 初始化代码、中间件元器件、HAL 和 LL API 与所有 STM32 编译器兼容。

就其本身而言,FP-CLD-BLUEMIX1 软件包通过为 Wi-Fi、NFC 和传感器扩展板提供板级支持包 (BSP) 来扩展 STM32Cube。 其作用是实现与 IBM Bluemix 云的连接来传输传感器数据并从云应用接收命令。 该软件包本质上有助于快速启动端到端 IoT 开发,以便您可以专注差异化设计。

连接传感器

提供了一个软件界面,用于访问 Nucleo 开发板的温度和湿度传感器 (HTS221)、压力传感器 (LPS25HB)、运动传感器(LIS3MDL 和 LSM6DS0)以及写入和读取 RFID / NFC 标签。 X-NUCLEO-IKS01A1 包含所有这些传感器(图 2)。

使用快速启动平台加速传感器到云端的连接

图 2: X-NUCLEO-IKS01A1 是一种运动 MEMS 和环境传感器评估板系统。 (图片来源: STMicroelectronics)

IKS01A1 与 Arduino UNO R3 连接器布局兼容,围绕 STMicroelectronics 的 LSM6DS0 3 轴加速计 + 3 轴陀螺仪、LIS3MDL 3 轴磁力仪、HTS221 湿度和温度传感器以及 LPS25HB 压力传感器设计而成。

IKS01A1 还包括实现 MQ 遥测传输 (MQTT) 协议的中间件包,以促进 STM32 Nucleo 开发板与 IBM Bluemix Cloud 服务之间的交互。 该软件包括用于查看传感器数据以及通过 IBM Bluemix 控制设备的示例。

除了中间件堆栈,还提供了一个用于测试与 IBM Watson IoT 平台连接的示例应用。 它用于建立端到端 IoT 应用的原型。 在 IBM Bluemix 云服务中注册 STM32 Nucleo 微系统后,该微系统即可用于传输实时传感器数据。 使用 NFC 动态标签时,用户还可以自动打开 IBM 提供的试用网页,并将 STM32 Nucleo 开发板上所有传感器生成的数据可视化。

为了将 STM32 Nucleo 微系统与 IBM Bluemix 云进行连接,STMicroelectronics 移植了 MQTT 应用级网络协议的开源实现。 MQTT 是一种机器到机器 (M2M) IoT 连接协议,用于通过少量的代码连接远程设备,特别是在网络带宽有限的情况下。 消息传递协议是轻型的,因此节省了电力,这使其特别适合用于嵌入式系统中的传感器数据遥测和实现。 在 FP-CLD-BLUEMIX1 中,MQTT 作为中间件库集成到 STM32 软件包中。

功能包中提供了将 X-NUCLEO-IKS01A1、X-NUCLEO-IDW01M1 和 XNUCLEO-NFC01A1 扩展板与 NUCLEO-F401RE 板一起使用的示例应用。 此应用从温度、湿度、压力、加速计、磁力仪和陀螺仪传感器读取数据值,并通过 Wi-Fi 将其传输到 IBM Bluemix。

此应用默认配置为仅针对数据可视化目的在快速启动模式下运行。 但很容易修改为在 IBM Bluemix 中注册和控制设备(需要 IBM Bluemix 帐户)。

注册 IBM Bluemix 帐户

在 IBM Bluemix 云服务中注册 STM32 Nucleo 微系统后,该微系统即可用于建立端到端 IoT 应用的原型,并开始传输实时传感器数据。

登录或创建 Bluemix 帐户(请参见“参考资料 1”中的完整说明)即可开始。 注册时必须提供几个属性和参数,如下所示:

OrganizaTIon ID (i.e., “1w8a05”)。

Device type (i.e.: “stm32_nucleo”)。

UM2007 FP-CLD-BLUEMIX1 software descripTIon

DocID028875 Rev 2 13/23

AuthenTIcaTIon Method (only “use-token-auth” supported)。

Authentication token (i.e., “uUURNRbeQQaX+Fvi&8”)。

将设备属性复制到位于源代码文件 IBM_Bluemix_Config.c 中的 Config_MQTT_IBM 函数中。 该文件位于 FP-CLD-BLUEMIX1 软件包的 Projects/Multi/Applications/MQTT_IBM/Src 文件夹中。

然后,ibm_mode 变量需要设置为 “REGISTERED”,如下所示(代码列表):

Void Config_MQTT_IBM (MQTT_vars * mqtt_ibm_setup , uint8_t *macadd):

/* Default Configuration for QUICKSTART. REGISTERED mode requires account on Bluemix */

mqtt_ibm_setup-》ibm_mode = REGISTERED

然后,需要将 IBM Bluemix 中提供的设备属性复制到名为 IBM_Bluemix_Config.c 的源代码文件中的 Config_MQTT_IBM 函数中。 该文件位于 Projects/Multi/Applications/MQTT_IBM/Src 文件夹中。

程序执行中途将显示:

/* REGISTERED DEVICE */

/* Need to be customized */

完成后第四到第八行将显示如下:

strcpy ((char*)mqtt_ibm_setup-》username,”use-token-auth); //customize

strcpy ((char*)mqtt_ibm_setup-》password,” uUURNRbeQQax+Fvit&8”);

strcpy ((char*)mqtt_ibm_setup-》hostname,”1w8a05.messaging.internetofthings.ibmcloud.com);

strcpy ((char*)mqtt_ibm_setup-》device_type, “stm32_nucleo”);

strcpy ((char*)mqtt_ibm_setup-》org_id, “1w8a05”);

代码列表:IBM 设备注册和属性插入要求。 完成注册后,STM32 Nucleo 微系统将能够向 IBM Watson IoT 应用发送信息并从其接收信息。 (来源:STMicroelectronics)

FP-CLD-BLUEMIX1 软件包示例应用包含默认配置,以根据设备的 MAC 地址在 IBM Quickstart 网页3 上查看传感器数据。 URL 页面也被写入 NFC 标签中。 一旦 STM32 Nucleo 开发板连接到 Wi-Fi 接入点,就会自动与 IBM Bluemix 交互并开始传输传感器数据。 Wi-Fi 扩展板的 MAC 地址和 IBM Quickstart URL 打印在串行终端接口中。

要查看实时传感器数据,可以将 Quickstart URL 复制并粘贴到 Web 浏览器中。 使用支持 NFC 的移动设备时,将设备靠近 NFC 标签可以更容易打开网页。 为了实现连接状态视觉指示,一旦 Nucleo 连接到 IBM Bluemix,STM32 Nucleo 开发板上的绿色 LED2 将变为 “ON”。 每次传输传感器数据样本时,就会闪烁。

FP-CLD-BLUEMIX1 包本身带有一个 STM32 层, 其中包括一组简单的与上层应用、库和堆栈交互的通用多实例 API。 这些通用和扩展 API 基于一个通用框架。 这让它们构建的任意层(例如中间件层)可以实现其功能,而无需具备既定 MCU 的特定硬件信息。 此结构提高了库代码的可重用性,并确保可轻松移植于其他设备。

软件包的“Documentation”文件夹中的编译 HTML 文件中为用户提供了完整描述 API 函数和参数的详细技术信息。

IBM 样本使用的主要 API 有:

· ·void Config_MQTT_IBM(MQTT_vars * mqtt_ibm_setup , uint8_t * macadd);配置用于 IBM 云连接的 MQTT 参数,指定 Wi-Fi 扩展板的 MAC 地址。

· int spwf_socket_create(Network* net, uint8_t * hostname, uint32_t port_number,uint8_t * protocol);打开套接字,指定主机名、端口号和协议类型(TCP 或 TLS)。 返回成功或失败结果以及网络结构中的套接字 ID。

· ·void MQTTClient(Client* c, Network* network, unsigned intcommand_timeout_ms, unsigned char* buf, size_tbuf_size, unsigned char* readbuf, size_treadbuf_size);配置客户端结构,指定输入参数。

· int MQTTConnect(Client* c, MQTTPacket_connectData* options);连接 IBM MQTT 代理,指定客户端和 MQTTPacket_connect 数据结构中的参数。 返回成功或失败结果。

· int MQTTSubscribe(Client* c, const char* topicFilter, enumQoSqos, messageHandlermessageHandler);订阅数据结构客户端中定义的 MQTT 主题。 返回成功或失败结果。

总结

对分析数据不断增长的需求以及简化组织获得数据访问权限的需要,凸显了无线传感器及其相关 MCU 必须连接到云的重要意义。

本文探讨了一个具体实现选项,以及最近发布的硬件开发套件和相关软件如何使传感器与云端的连接变得容易。 用户不仅可以借此监控对象的当前状态和特定参数,还可以使用云服务来进行预测性分析。

参考资料

1. 探索 IBM Watson 物联网

2. 用于物联网节点的 FP-CLD-BLUEMIX1 STM32 ODE 功能包

3. IBM Watson 物联网快速入门

投稿人:Digi-Key‘s North American Editors

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光宝科技多年耕耘车用LED元件领域,在市场上已经占有一席之地,今年以「专业,智选」为主题,于2018...

发表于 2018-04-02 16:02 185次阅读
光宝科技瞄准未来主流趋势,推出车用LED与传感器...

RT-Thread Nano 3.0.3 的基本...

RT-Thread是一个高度可配置的嵌入式实时操作系统,配置文件是rtconfig.h。Nano就是...

发表于 2018-04-02 15:58 71次阅读
RT-Thread Nano 3.0.3 的基本...

全国93家运营商的竞争?物联网良性竞争制度逐渐形...

在集中化管理运营模式下,集中的物联网中心会制定一个全国差异不大的基础资费体系,防止一些通用型业务客户...

发表于 2018-04-02 15:29 203次阅读
全国93家运营商的竞争?物联网良性竞争制度逐渐形...

东芝面向物联网开始芯片布局

当前,智能手机等移动设备在半导体的消耗量占压倒性的多数。从手机近十年的发展历程可见,原来是功能性手机...

发表于 2018-04-02 15:17 442次阅读
东芝面向物联网开始芯片布局

LM2904压力传感器检测电路

本文主要介绍了LM2904压力传感器检测电路。压力传感器测量电路,压力传感器的标称电阻为120n。电...

发表于 2018-04-02 14:38 71次阅读
LM2904压力传感器检测电路

物联网才是区块链的真正应用普及的标志

虽然区块链的系统是公开的,但其核验、发送等数据交流过程却采用了先进的加密技术。这种技术不仅确保了数据...

发表于 2018-04-02 14:35 256次阅读
物联网才是区块链的真正应用普及的标志

Uber无人车传感器7个减到1个,是技术调整还是...

Uber将激光雷达单元从7个锐减到只剩1个。这一决定导致了一辆无人驾驶汽车出现了更多盲点,发生事故的...

发表于 2018-04-02 14:27 65次阅读
Uber无人车传感器7个减到1个,是技术调整还是...

伴随着5G的到来,那么这些领域将会如何发展?

5G 网络的应用范围非常广泛且拥有许多新特性,可支持各种各样的设备打造新应用并提升用户体验。同时,5...

发表于 2018-04-02 14:24 205次阅读
伴随着5G的到来,那么这些领域将会如何发展?

医疗传感器的介绍与应用

医用传感器是应用于生物医学领域的那一部分传感器,是把人体的生理信息转换成为与之有确定函数关系的电信息...

发表于 2018-04-02 14:09 169次阅读
医疗传感器的介绍与应用

2017年传感器、光电器件、分立器件市场皆创新高...

2017年,O–S-D(全球光电器件、传感器/致动器与分立器件)细分市场的总收入增长了11%,这是自...

发表于 2018-04-02 12:38 14次阅读
2017年传感器、光电器件、分立器件市场皆创新高...

利用NVIDIA DRIVE AI车载计算机将A...

C_Two所具备的“驾驶教练”功能可以在不同的场景中示范最佳速度和转弯,驾驶员可以通过该功能学习到新...

发表于 2018-04-02 12:00 127次阅读
利用NVIDIA DRIVE AI车载计算机将A...

2018年度“瑞萨杯”信息科技前沿专题邀请赛开赛...

全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社(TSE:6723)宣布,由教育部高等教育司、工业和信...

发表于 2018-04-02 11:52 635次阅读
2018年度“瑞萨杯”信息科技前沿专题邀请赛开赛...

运营商对于NB-IoT都有哪些关键的布局?

智能抄表算是NB-IoT最典型的应用之一,因为在表计领域,无论是水表、燃气表的安装环境,还是管道的输...

发表于 2018-04-02 11:51 235次阅读
运营商对于NB-IoT都有哪些关键的布局?

低功耗蓝牙无线传感器

目前,全球正进入一个各种系统都需要采集和交换数据的物联网(IoT)时代。在传感器以无线方式连接,形成...

发表于 2018-04-02 11:39 747次阅读
低功耗蓝牙无线传感器

阿里巴巴全面进军物联网要做免费物联网开发平台

阿里云IoT事业部总经理库伟:“开发一个物联网应用至少需要23个环节,相比较互联网开发来说,物联网开...

发表于 2018-04-02 11:36 272次阅读
阿里巴巴全面进军物联网要做免费物联网开发平台

Nival迷你洗衣机:只有手掌大小

出门在外,如何在保证干净卫生的情况下快速清洗衣服?现在正在Indiegogo上众筹的Nival迷你洗...

发表于 2018-04-02 11:18 166次阅读
Nival迷你洗衣机:只有手掌大小

赛灵思Victor Peng:发明了FPGA再推...

2018 年 3 月 16 日,赛灵思又面向中国市场专门举行了一场信任 CEO 见面会,会上,已经在...

发表于 2018-04-02 11:06 210次阅读
赛灵思Victor Peng:发明了FPGA再推...

基于NB-IoT技术的物联网设备在设计和生产过程...

这将使得整个频谱环境更加单纯,没有过多的干扰。而且通过运营商的运营,整个通信系统具有运营商级的安全性...

发表于 2018-04-02 10:49 166次阅读
基于NB-IoT技术的物联网设备在设计和生产过程...

计算机体系架构获“图灵奖”

日前,有着“计算机界的诺贝尔奖”之称的“图灵奖”揭开面纱。国际计算机协会宣布,美国科学家约翰·轩尼诗...

发表于 2018-04-02 10:05 156次阅读
计算机体系架构获“图灵奖”

3D成像:飞行时间法(ToF)可望推动CMOS图...

飞行时间法(ToF)提供了非凡的3D视角,可望推动新一代专用CMOS图像传感器的发展。

发表于 2018-04-02 09:33 169次阅读
3D成像:飞行时间法(ToF)可望推动CMOS图...

物联网大潮下智能门锁 它要靠什么才能火起来?

AWE的热潮刚过去,而我们能从这届展会中嗅探一些家电行业发展的趋势方向——物联网IoT和人工智能AI...

发表于 2018-04-02 09:30 49次阅读
物联网大潮下智能门锁 它要靠什么才能火起来?

瓶盖大小的Sense传感器或是全面环境监测工具

瓶盖大小的Sense传感器或是全面环境监测工具。由于足够轻巧便携,Sense 的用途也非常丰富。你可...

发表于 2018-04-02 09:22 46次阅读
瓶盖大小的Sense传感器或是全面环境监测工具

2018中国IC领袖峰会纪实报道:在AI时代,中...

在物联网新旧时代转换的过程中,各国政府和运营商在其中起到了主导作用,一个定标准,一个修路。可以看到,...

发表于 2018-04-02 08:52 401次阅读
2018中国IC领袖峰会纪实报道:在AI时代,中...

求Labview开发STM32的工具包和licence

发表于 2018-04-01 11:29 85次阅读
求Labview开发STM32的工具包和licence

物联网的研究报告:如何将投资转化为可观的回报

企业领导层在积极推动物联网转型的过程中,面临的最关键问题是如何将投资转化为可观的回报。缺乏具有说服力...

发表于 2018-04-01 11:29 524次阅读
物联网的研究报告:如何将投资转化为可观的回报

2018年AI领域最值得关注的九大前沿发展趋势

除了持续升温的面部识别、语音交互、边缘计算,2018年AI还有哪些新玩法呢?

发表于 2018-04-01 08:44 2787次阅读
2018年AI领域最值得关注的九大前沿发展趋势

采用红外光源和传感器的气体检测参考设计方案

该参考设计方案的原理:红外光源发射出2-14μm的红外光,通过一定长度的气室吸收后,由带4.26μm...

发表于 2018-04-01 08:26 1424次阅读
采用红外光源和传感器的气体检测参考设计方案

2018年全国各地人工智能最新产业政策分析:转向...

全国各地人工智能行业最新政策,连续两年的政府工作报告提到人工智能,可以看出在人工智能已成为引领科技发...

发表于 2018-04-01 00:31 1378次阅读
2018年全国各地人工智能最新产业政策分析:转向...

人工智能发展现状分析 类脑智能有望率先突破

2017年中国人工智能核心产业规模超过700亿元,随着国家规划的出台,各地人工智能相关建设将逐步启动...

发表于 2018-03-31 11:21 580次阅读
人工智能发展现状分析 类脑智能有望率先突破

平衡小车卡尔曼滤波算法使用心得

就是这样,卡尔曼滤波器就不断的把covariance递归,从而估算出最优的温度值。他运行的很快,而且...

发表于 2018-03-31 10:46 691次阅读
平衡小车卡尔曼滤波算法使用心得

2018工业物联网创新日大会将在首尔举办

在本届全球工业物联网大会上,参会者将探讨工业物联网的趋势和工业部署案例、国际通信标准和安全等话题 施...

发表于 2018-03-31 10:44 549次阅读
2018工业物联网创新日大会将在首尔举办

司机将失业?沪无人驾驶车测试,车身遍布传感器实现...

车辆前方、侧方、后方,均有由摄像头、雷达组成的传感器,360°了解车辆周遭环境,避免人类驾驶员的视觉...

发表于 2018-03-31 10:19 307次阅读
司机将失业?沪无人驾驶车测试,车身遍布传感器实现...

物联网是一张什么“网”?怎么“联”?目前的趋势发...

由于互联网发展得已经很成熟了,就先说说互联网吧。现阶段的互联网早已不满足于收发邮件、文件传输、Web...

发表于 2018-03-31 10:04 586次阅读
物联网是一张什么“网”?怎么“联”?目前的趋势发...

为何MEMS传感器越来越受到青睐?

以可穿戴市场为例,目前正在开发的传感器包括气体传感器和生物传感器,这些器件将会让穿戴产品变得更实用,...

发表于 2018-03-31 09:44 2107次阅读
为何MEMS传感器越来越受到青睐?

半导体传感器和MEMS标准化进展飞速

MEMS传感器是目前市场应用较为成熟的MEMS器件,其中MEMS惯性传感器、MEMS麦克风几乎已成为...

发表于 2018-03-31 09:24 248次阅读
半导体传感器和MEMS标准化进展飞速

如何理解下一代颠覆性的核心技术区块链

最近经常看到或听到区块链和比特币的关键词,但是对于像我这中菜鸟级别的如何简单通俗的理解区块链呢?

发表于 2018-03-31 08:59 1683次阅读
如何理解下一代颠覆性的核心技术区块链

IoT是阿里巴巴集团继电商、金融、物流、云计算后...

人拥有智能,离不开大脑、心脏和神经网络。同样,万物智联的实现也离不开 “三驾马车”——IoT、AI ...

发表于 2018-03-31 08:53 405次阅读
IoT是阿里巴巴集团继电商、金融、物流、云计算后...

基于EFM32xx系列MCU内部集成的无磁水表计...

随着时代发展,智能水表替代部分传统机械水表,得到广泛应用。而智能水表的计量方式也随着电子技术的发展越...

发表于 2018-03-31 08:52 207次阅读
基于EFM32xx系列MCU内部集成的无磁水表计...

确度高达99%的智能泊车传感器设计方案

该产品具有两种不同的检测系统,可在最佳条件下可提供高达99%的精确度。

发表于 2018-03-31 08:36 784次阅读
确度高达99%的智能泊车传感器设计方案

适配Nano-PCB的 便携式口袋ARM开发板 3D打印数据及机加工数据

发表于 2018-03-30 16:21 225次阅读
适配Nano-PCB的 便携式口袋ARM开发板 3D打印数据及机加工数据

stm32如何制作一个读取U盘文件系统的工程

发表于 2018-03-30 15:29 235次阅读
stm32如何制作一个读取U盘文件系统的工程