1 、什么是 WIFI DTU?
1.1 、什么是 DTU ?
DTU (Data Transfer unit),是专门用于将串口数据转换为 IP 数据或将 IP 数据转换为串 口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。DTU 广泛应用于气象、水文水利、地质等行业。
1.2 、什么是 WIFI DTU?
使用 WIFI 模组,完成 DTU 的功能,就叫做 WIFI DTU,WIFI DTU 的实现难点在于配网以及后期多端口及多种协议和端口的适配。
前面我们也介绍过,其实通过文件系统ini文件改个参数也可以实现配网:
基于小熊派SD卡+Fatfs+移植开源iniparse解析库并使用
2 、WIFI DTU 市场调研
淘宝和京东上可以看到有类似的 WIFI DTU 产品:
3 、WIFI DTU 实现方法
3.1 通过一个 MCU+ 一个 WIFI 模组的方式来实现
优点:
1、开发者只需熟悉使用 WIFI 模组的 AT 指令,使用一个 MCU 结合串口 AT 指令与 WIFI 模组 通信,编写软件即可完成 WIFI DTU 的功能,
2、MCU IO 扩展接口丰富,可以拓展实现多种接口的通信,完成更加复杂的 DTU 功能。
3、产品开发出来以后,如有多个拓展 IO,客户可自行根据需求进行二次开发,实现产品。
4、定好 MCU 端的协议,无论后期模组怎么变,一套好的通信协议即可兼容所有模组。
缺点:
1、成本高昂,对于单一只需要与服务器建立连接,发送数据到服务器的需求不太友好,这 样等于把事情复杂化了,硬件成本也相对增加了。
2、需要自行开发配网的上位机或者手机 APP,时间成本增加。
3.2 通过支持二次开发的 WIFI 模组的方式来实现。
优点:
1、成本低廉,因为只有一个模组,极限的利用模组本身的 SDK 即可完成功能需求的开发。
2、通常模组厂已经支持相应的配网协议,可通过手机 app,微信小程序,网页实现配网,模组厂支持力度大,技术也非常成熟。
缺点:
1、对于初学或者无模组 SDK 经验的开发者来说不太友好,正所谓专业的人做专业的事,想 要随时上手任何一款通信模组的 SDK 短时间内很难上手,模组的SDK 多种多样,有用C语言开发的,有用 C++开发的,Lua 语言开发的等等,复杂多化。
2、对于模组 IO 管脚本身就少的来说,拓展其它功能就不太适合了,更别说二次开发。
3、产品更新迭代快,可能你现在用的是这个模组,过一段时间,另一个模组又出来了,如果客户有需求换产品,这时候要做功能迁移,由于模组 SDK 千变万化,开发者也得适应这种规律。
4 市场上常见WIFI DTU的功能
4.1 斐悦极限无线wifi串口服务器
4.2 常见上位机软件配置功能
5、简单小型WIFI DTU设计与实现
5.1 小型WIFI DTU外观及硬件设计
很早之前就做了一些超级简单的小型WIFI DTU,现在就把它开源出来分享给大家,如下图所示,这就是我们设计的DTU。
此处附上其中一个Demo板子ESP32版本的原理图:
5.2 小型WIFI DTU与上位机通信协议制定
5.2.1 WIFI模式设置
5.2.2 WIFI 连接AP指令设置与查询
5.2.3 WIFI 一键配置SoftAP参数指令设置与查询
5.2.4 WIFI 建立TCP链接,UDP传输或SSL连接指令设置与查询
5.2.5 WIFI 模组一键配置参数设置及查询
5.3 小型WIFI DTU软件设计
5.3.1 STM32CubeMX工程配置
由于配置参数过多,限于篇幅限制,这里就不贴出来了,见文章最后回复关键字自行下载,谢谢谅解!
5.3.2 软件设计思路
系统初始化以后会读取FLASH,获取配置前透传的设置并打印
struct Upper_Variable Upper_Val; struct Upper_WFVariable Upper_ESP32Val; /****************************************************************************************************************************************************************************** ** 函数名:void DTU_ReadFlash_SetData(struct Upper_WFVariable *Upper_WFVal) ** 功能描述:获取配置前透传的设置并打印 ** 输入参数: Upper_WFVal 存储结构体 ** 输出参数:无 ** 返回:无 *******************************************************************************************************************************************************************************/ void DTU_ReadFlash_SetData(void) { memset(ESP32_FlashReadTest, 0, sizeof(ESP32_FlashReadTest)); Flash_ReadData(SetDebug_Add, ESP32_FlashReadTest); strcpy(Upper_Val.Upper_Debug, ESP32_FlashReadTest); if(strcmp("0", Upper_Val.Upper_Debug) == 0) { Debug_f = 0; } else if(strcmp("1", Upper_Val.Upper_Debug) == 0) { Debug_f = 1; } DTU_Flash_GetData(SetDebug_Add, Upper_Val.Upper_Debug, "Debug状态:"); DTU_Flash_GetData(SetWFMode_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFMode, "WIFI模式:"); DTU_Flash_GetData(SetWFJAP_SSID_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFJAP_SSID, "AP模式SSID:"); DTU_Flash_GetData(SetWFJAP_PWD_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFJAP_PWD, "AP模式PWD:"); DTU_Flash_GetData(SetWFSAP_SSID_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFSAP_SSID, "SoftAP模式SSID:"); DTU_Flash_GetData(SetWFSAP_PWD_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFSAP_PWD, "SoftAPAP模式PWD:"); DTU_Flash_GetData(SetWFCIPSTART_Type_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFCIPSTART_Type, "连接的模式:"); DTU_Flash_GetData(SetWFCIPSTART_RemoteIP_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFCIPSTART_RemoteIP, "服务器端的IP:"); DTU_Flash_GetData(SetWFCIPSTART_RemotePort_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFCIPSTART_RemotePort, "服务器端的端口号:"); }
这里的参数存储用结构体Upper_Variable
和Upper_WFVariable
进行维护:
#define Mode_L 2 #define SSID_L 20 #define PWD_L 20 #define Type_L 5 #define RemoteIP_L 100 #define RemotePort_L 10 struct Upper_Variable { //模组设置模式 uint8_t Upper_State; char Upper_SetMode[Mode_L]; //模组品牌 char Upper_ModuleBrand[Mode_L]; //Debug信息开关 char Upper_Debug[Mode_L]; }; struct Upper_WFVariable { //WIFI的模式设置 char Upper_SetWFMode[Mode_L]; //WIFI的AP模式的SSID char Upper_SetWFJAP_SSID[SSID_L]; //WIFI的AP模式的PWD char Upper_SetWFJAP_PWD[PWD_L]; //WIFI的SoftAP的SSID char Upper_SetWFSAP_SSID[SSID_L]; //WIFI的SoftAP的PWD char Upper_SetWFSAP_PWD[PWD_L]; //字符串串参数,连接类型,"TCP","UDP" 或 "SSL" char Upper_SetWFCIPSTART_Type[Type_L]; //字符串串参数,远端 IP 地址 char Upper_SetWFCIPSTART_RemoteIP[RemoteIP_L]; //IP地址的端口号 char Upper_SetWFCIPSTART_RemotePort[RemotePort_L]; }; //建立ESP32结构体和ESP8266结构体; extern struct Upper_WFVariable Upper_ESP32Val;
WIFI DTU主要有以下模式
/********************** DTU状态列表 **********************/ enum DTU_State_List { //系统空闲模式 DTU_FreeMode = 0, //系统存储配置检测模式 DTU_ConfigurationDetMode, //系统配置设置模式 DTU_ConfigurationSetMode, //系统透传模式 DTU_PassthroughMode, //系统透传数据解析模式 DTU_DataAnalysisMode, //系统配置模式 DTU_ConfigurationMode, //系统错误模式 DTU_ERRORMode, };
当用户长按按键时候,进入系统配置模式:
void key_L_CallBack(void) { if(ESP32_STATE_D.ESP32_State != DTU_ConfigurationMode) { ESP32_STATE_D.ESP32_State = DTU_ConfigurationMode; } DEBUG("按键长按\r\n"); }
系统配置模式:
/****************************************************************************************************************************************************************************** ** 函数名:void Upper_State_Dis(void) ** 功能描述:上位机配置状态机 ** 输入参数:无 ** 输出参数:无 ** 返回:无 *******************************************************************************************************************************************************************************/ void Upper_State_Dis(void) { Upper_RX_Dis(); Upper_Find_Dis(&Upper_Val); Upper_Set_Dis(&Upper_Val); switch(Upper_Val.Upper_State) { case Upper_FreeMode: if(strcmp(Upper_Val.Upper_SetMode, "2") == 0) { Upper_Val.Upper_State = Upper_ESP32Mode; DEBUG("进入ESP32模式\r\n"); } break; case Upper_ESP32Mode: Upper_ESP32_ValDis(&Upper_ESP32Val); Upper_WFFind_ValDis(&Upper_ESP32Val); break; } Upper_S_bit.Upper_Byte = 0; memset(Upper_Rx_Buffer, 0, sizeof(Upper_Rx_Buffer)); }
系统配置模式对应的状态灯做如下处理:
系统状态对应LED灯 *********************************************************************/ if(ESP32_STATE_D.ESP32_State != DTU_ConfigurationMode)//系统空闲模式灯显示 { LED_SetColor(0, 1, 0); //设置颜色为绿色 } else if(ESP32_STATE_D.ESP32_State == DTU_ConfigurationMode)//系统配置模式灯显示 { LED_SetColor(0, 0, 1); //设置颜色为蓝色 } else if(ESP32_STATE_D.ESP32_State == DTU_PassthroughMode)//系统配置模式灯显示 { LED_SetColor(0, 1, 1); //设置颜色为紫色 }
当用户短按按键时,进入系统存储配置检测模式,此时判断在系统初始化时读取FLASH的参数的参数,如果没有相应的参数,则用户需要长按按键切换到配置模式进行参数设置。
//系统存储配置检测模式 case DTU_ConfigurationDetMode: DTU_STATE_D.DTU_ConfDep = ESP32_PassthroughDet(&Upper_ESP32Val); if(DTU_STATE_D.DTU_ConfDep == ESP32_OK) { DEBUG("检测到存储的配置信息齐全\r\n"); ESP32_STATE_D.ESP32_SetModeState = TCP_Step0; ESP32_STATE_D.ESP32_State = DTU_ConfigurationSetMode; } else if(DTU_STATE_D.DTU_ConfDep == ESP32_ERR) { DEBUG("检测到存储的配置信息有空的\r\n"); DEBUG("可以长按进入配置模式\r\n"); DEBUG("配置成功后短按退出配置模式\r\n"); DEBUG("退出配置模式后自动进入数据透传模式\r\n"); ESP32_STATE_D.ESP32_State = DTU_ERRORMode; } break;
系统透传模式:
//系统透传模式 case DTU_PassthroughMode: if(Uart1_Recv_End_Flag) { DEBUG("tx_len = %d\r\n", Uart1_Rx_Len); DEBUG("发送的数据:%s\r\n", Uart1_Rx_Buffer); Print(&huart2, "%s", Uart1_Rx_Buffer); Uart1_Rx_Len = 0; //清除计数 Uart1_Recv_End_Flag = 0; //清除接收结束标志位 memset(Uart1_Rx_Buffer, 0, sizeof(Uart1_Rx_Buffer)); } if(Uart2_Recv_End_Flag) { //复位连接超时 DTU_STATE_D.DTU_TCPLinkTimeOut = Set_TCPLinkTimeOut; DEBUG("rx_len = %d\r\n", Uart2_Rx_Len); DEBUG("接收的数据:%s\r\n", Uart2_Rx_Buffer); Uart2_Rx_Len = 0; Uart2_Recv_End_Flag = 0; memset(Uart2_Rx_Buffer, 0, sizeof(Uart2_Rx_Buffer)); } if(!DTU_STATE_D.DTU_TCPLinkTimeOut) { DTU_STATE_D.DTU_TCPLinkCnt ++; memset(&ESP32_S_bit, 0, sizeof(ESP32_S_bit)); memset(ESP32_Rx_Buffer, 0, sizeof(ESP32_Rx_Buffer)); memset(Uart2_Rx_Buffer, 0, sizeof(Uart2_Rx_Buffer)); if(DTU_STATE_D.DTU_TCPLinkCnt != Set_TCPLinkCnt) { ESP32_STATE_D.ESP32_State = DTU_ConfigurationDetMode; } else { Print(&huart2, "+++"); HAL_Delay(200); Print(&huart2, "AT+CIPCLOSE\r\n"); HAL_Delay(200); memset(&DTU_STATE_D, 0, sizeof(DTU_STATE_D)); ESP32_STATE_D.ESP32_State = DTU_ERRORMode; } } break;
由于当初特殊原因导致项目没有继续完成下去,所以有几个模式没有实现,但该DTU已经可以实现简单的透传功能了,有兴趣的小伙伴可以自行添加完善这个项目。
上位机配置(基于QT5实现)
由于WIFI DTU的项目是我们之前工作之余在朱友鹏老师指导下实现的,故名为鹏力云,鹏力是指的深圳鹏力电子,云指的是深圳云之手科技,后续我将会在小熊派上将这个STM32版本和QT上位机重新进行整合后发布。
感兴趣的小伙伴可自行下载代码编译,与DTU硬件进行联调。
开源项目资料下载
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