基于ELF 1S开发板完成的物联网开源

本文涉及的产品
云服务器 ECS,每月免费额度200元 3个月
云服务器ECS,u1 2核4GB 1个月
简介: 项目包含云、网、边、端四部分,采用涂鸦云作为云服务器,便于初学者接入。ELF 1S开发板作为边缘中控,运行Linux+Qt,通过Wi-Fi连接云服务器。开发板通过USB无线模块与端侧设备通信,支持AT指令和功能扩展。项目提供5个Qt应用界面,包括电器控制、环境监测、云服务器连接、有线网络和参数设置,可与手机APP交互。端侧设备包括Modbus-RTU从机和无线网络模块。整个项目已在Gitee开源。

关于这个项目的思维导图,如下图所示:

接下来,将会从云-网-边-端的物联网体系架构出发,描述整个开源项目的开发过程,整个开源项目的系统框架,如下图所示:

1 – 云(涂鸦云服务器)

开源项目是采用涂鸦云作为云服务器的,之所以采用涂鸦云,主要是涂鸦的IoT生态体系很友好,并且对于初学者来说涂鸦云的学习门槛和接入门槛是比较低的,无需企业账号,无需太高的设备购买费用,即可接入涂鸦云。

ELF 1S开发板边缘中控是通过Tuya Link SDK接入云服务器的,这个SDK采用标准的C语言进行编写,移植的时候非常方便,具体可以参考官方提供的移植文档。

在涂鸦云服务器上建立好产品,完成功能定义,完成设备交互面板设计,移植完Tuya Link SDK,等一系列操作后,就可以让ELF 1S开发板具备接入云服务器的能力。

产品建成后,具体的功能定义如下图所示:

2 – 网(Wi-Fi无线连接)

要让ELF 1S开发板接入云服务器,就要先让开发板的硬件具备连接互联网的能力,接入互联网的方式有:4G网络,Wi-Fi无线连接,RJ45有线网络连接,这几种方式都可以选用,由于ELF 1S开发板默认板载了一个RTL8723DU1 无线Wi-Fi模块,因此,本项目选用Wi-Fi无线连接方式,让开发板接入互联网。

十分方便的是,ElfBoard官方已经提供了一个联网脚本,elf1_cmd_wifi.sh,应用程序开发工程师可以很方便地调用这个脚本进行互联网链接,对于使用嵌入式Linux+Qt开发的应用程序,ElfBoard官方也提供了参考例程,程序开发的时候直接参考使用即可。

本项目关于Wi-Fi联网的部分参考代码,如下图所示:

3 – 边(ELF 1S开发板中控)

边缘计算设备(边缘中控)采用ELF 1S开发板进行设计,运行嵌入式Linux操作系统,采用Qt进行UI界面开发,应用程序采用C/C++语言进行编写。

边缘计算设备(边缘中控)通过一个USB无线扩展模块,与端侧设备进行无线通信。

USB无线扩展模块支持AT指令集,支持从机设备管理,支持控制命令透传,等等。感兴趣的小伙伴还可以修改这个扩展模块的固件(代码已开源),让其扩展更多创意的功能。

整个边缘计算设备的Qt应用程序,共提供了5个应用界面,初学者可以在这5个应用程序界面,自由扩展自己的创意想法,以下是这5个应用界面的功能介绍。

界面1是一个电器控制界面,通过这个界面,可以对端侧的电器设备进行无线控制,比如RGB三色灯的开关和亮度调节,灯光总开关的控制,远程继电器开关的控制,等等。当端侧无线设备有按键事件触发的时候,可以即时把按键值通过无线方式上报到边缘中控设备,并把按键事件在信息窗口进行显示。

界面2是一个环境监测界面,在这个界面,可以把开发板上面的温湿度传感器数据(客厅是实际值,卧室是模拟值)和环境亮度数据在界面上面实时显示出来,这个界面还可以扩展到土壤数据监测,空气颗粒物监测,环境噪声监测,等等。

界面3是一个云服务器连接界面,通过【连接涂鸦云】按钮,把边缘中控ELF 1S开发板接入涂鸦云服务器,然后通过手机端【智能生活APP】扫描二维码,即可完成手机APP与设备的绑定操作,并且在信息窗口显示连接状态,手机APP通过云端转发的控制指令,也可以实时在信息窗口进行显示。

ELF 1S开发板边缘中控还可以把手机APP的控制指令转发到无线端侧设备执行,也可以把环境监测里面的传感器数据,上报到云服务器,然后在手机APP界面进行实时显示。

界面4是一个有线网络界面,这个界面实现了一个远程抄写电表数据的功能,通过RS485总线和Modbus-RTU软件协议,让ELF 1S开发板边缘中控连接一个虚拟电表,虚拟电表的用电数据不断更新(模拟用电过程),然后实现电表数据的实时读取,并在信息窗口进行显示。

界面5是ELF 1S开发板边缘中控的参数设置界面,在这个界面里面,可以对开发板边缘中控本身进行程序升级(未完成),同步网络时间,设置USB无线模块,端侧从机扫描,以及重置USB无线模块,开发者还可以在这个界面扩展更多有趣好玩的参数配置功能。

4 – 端(采集与执行设备)

端侧设备主要是以下三种类型的设备:支持Modbus-RTU协议的有线从机设备,具备2.4GHz/433MHz无线通信功能的网络模块,以及手机APP应用程序。

关于Modbus-RTU的有线从机设备,可以使用电脑端的Modbus-Slave软件进行虚拟,Modbus-Slave软件是一款精美小巧的Modbus-RTU从机调试软件,使用它可以虚拟出任何支持Modbus协议的从机设备,具体软件界面如下图所示:

除了以上两种端侧设备之外,手机APP应用程序,也是属于端侧显示设备。手机APP应用是通过涂鸦云的间接转发方式,与ELF 1S开发板边缘中控进行端对端通信的,开发板边缘中控可以转发手机APP的控制指令到无线网络模块,以及接收边缘中控上报的环境监测数据。

整个项目已经开源到Gitee,欢迎各位嵌入式初学者或爱好者进行 Fork 和 Star ,

项目的开源地址:https://gitee.com/embediot/elfboard-iot-project(复制到浏览器后打开)

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