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多功能智能家庭网关设备

设计一款适用于家居使用的智能网关设备,能够管理和控制对应开发的下属从设备,并可以连接到云端服务器上进行数据交互通信;也可以通过对应开发的移动终端应用(如手机的APP)对网关以及从属的设备进行监控和数据交换。由于本次设计不包括移动端APP的开发,就直接使用上海庆科公司提供的公版APP进行开发,实现设备的配网和云端登录,并可以通过移动端APP向设备主机下发指令,再由主机通过ZigBee组网实现对两个从属设备的LED灯条和RGB灯珠分别进行调光和调色控制。

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团队介绍

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团队成员

招成海 研发工程师

项目简介
设计一款适用于家居使用的智能网关设备,能够管理和控制对应开发的下属从设备,并可以连接到云端服务器上进行数据交互通信;也可以通过对应开发的移动终端应用(如手机的APP)对网关以及从属的设备进行监控和数据交换。由于本次设计不包括移动端APP的开发,就直接使用上海庆科公司提供的公版APP进行开发,实现设备的配网和云端登录,并可以通过移动端APP向设备主机下发指令,再由主机通过ZigBee组网实现对两个从属设备的LED灯条和RGB灯珠分别进行调光和调色控制。
硬件说明

主要用到的硬件有STM32F401RE开发板作为主机的主控板,庆科的EMW3080B-WIFI模块开发板,以上两个开发套件是由主办方提供的,另外还有用于设备主机和从机组网通信的ZigBee模块,以及由STM8S003,ZigBee模块设计的LED灯条调光从机设备和由STM32F103RC,ZigBee模块设计的RGB调色从机设备。整个硬件总架构框图如下:

     blob.png

STM32F401RE开发板作为系统的主控部分,实现对WIFI模块和ZigBee模块的配置,云端下发的数据处理,以及通过ZigBee组网对下属设备进行监控。庆科的EMW3080B-WIFI模块则作为主机联网和登录云端进行数据交互的桥梁,本次设计使用的是由庆科官网提供的MICO AT v2.x.x透传固件,该固件配合庆科云的云端管理系统就能够通过AT指令轻松实现WIFI模块的联网配置和云端登录,并进行数据交互。关于庆科WIFI模块的更多信息还请自行到庆科官网的开发者中心去了解。还有ZigBee模块则实现网关主机和从属设备进行组网通信的功能,其中包括一个独立设计的ZigBee模块与主控板构成主机部分。还有就是由STM8S003和ZigBee模块设计的通过一路PWM控制LED灯条调光的从设备,以及由STM32F103RC和ZigBee模块设计的由三路PWM控制RGB调色的从设备。

软件说明

主要是用到的是由ARM提供的Mbed OS物联网开发系统,该系统能够基于它强大的库编程能力和大数据处理能力,很好的实现基于该系统的开发板进行在线编程开发和管理。本次设计用到的STM32F401RE开发板就是可以基于该系统进行软件开发的。由于这次设计的产品功能不是很复杂,所以就直接使用Mbed系统的在线编译器Compiler进行软件开发,我们只需要打开并登录Mbed OS系统网页,然后打开Compiler编译器,并建立自己的Project就可以进行MCU的软件开发。使用Compiler编译器能够很快的进行功能函数的编写和工程的在线管理,基于系统强大的库封装能力,我们只需要编写少量代码,并调用相应的API接口就能实现各种常用的功能,如PWM功能,UART通信功能,定时中断处理等。本次设计中就是主要调用MCUUART接口功能实现对WIFI模块和ZigBee模块的初始化和数据交互,以及对数据的处理。当我们完成了软件工程的编写,只要点击编译的选项就能实现在线编译,生成的BIN文件会通过网页下载功能下载到你的开发端电脑,我们只需要烧录BIN文件就可以了。由于本人也是初次接触Mbed系统开发,关于更具体的信息,请自行登录Mbed官网了解。另外使用到的软件固件就是庆科提供的MICO AT v2.x.x透传固件,这个我们只要登录庆科的开发者平台进行下载和根据升级步骤进行固件升级就行了,然后通过庆科提供的移动端APP和云端登录配置参数对WIFI模块进行配置就可以实现设备联网和云端通信了,由于公版的APP只提供了白炽灯的调光和RGB调色的功能,我们只需要根据通信协议进行解析就能实现LED的远程调光和RGB的远程调色。还有就是从机设备的软件驱动开发,本次的设计里实现的功能比较简单,就是开个UARTZigBee模块进行数据交互,并通过MCUPWM功能实现LED灯条的调光和RGB的调色,可以说是比较常用的MCU开发了,这里就不再详述了。


演示效果

这次的设计基本实现了预期的功能效果,基于庆科提供的公版APP可以进行功能效果的演示,通过APPWIFI模块的EasyLink配网功能,能够很好的对主机进行配网和云端登录,并可以通过APP端的调光和RGB调色按钮下发指令数据到主机设备端,网关主机设备通过解析数据和ZigBee组网实现对下属的LED调光设备进行通信从而实现移动端APP控制调光和RGB调色。最终的功能效果,可以点击下面本人提供的视频链接进行观看。本次的设计基本上可以作为一款网关设备端产品开发的参照,只要根据实际应用进行相应的修改移植就能设计出适用于家庭应用的网关设备并应用于家居照明,家用电器控制,以及防盗智能锁等日常应用产品中。本人目前就是从事物联网智能家居产品开发的,如有兴趣或者这方面需求的朋友,可以联系我进行交流咯。好了,这次的作品介绍就到这里了,再次感谢主办方和相关的工作人员,提供这么一个实践的机会和平台。

下面附上演示视频的连接地址:2017工程师创新设计大赛作品“多功能智能家庭网关设备”的功能演示


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