怎樣借助物聯(lián)網(wǎng)來簡化應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

選擇從頭開始設(shè)計(jì)無線物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的工程師很快就會認(rèn)識到這項(xiàng)任務(wù)很困難。首先，從頭開始構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要了解許多不同的技術(shù)，包括無線協(xié)議，嵌入式代碼開發(fā)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)。雖然許多經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師可能已經(jīng)熟悉這些技術(shù)，但是編寫移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用程序和云代碼開發(fā)以及確保足夠的安全性等其他功能是相對較新的技能。

情況惡化的是，物聯(lián)網(wǎng)新手可能沒有很多基于MCU平臺的硬件開發(fā)背景。 API，編程，硬件和軟件兼容性以及監(jiān)管許可和其他障礙的學(xué)習(xí)曲線可以轉(zhuǎn)化為數(shù)周或數(shù)月的工程工作，只是為了創(chuàng)建功能原型。

因此，附近大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員的愿望清單中最重要的是找到一種簡單，快速的方式來指定硬件并生成必要的代碼，以便他們能夠盡快將他們的想法推向市場，這在快速變化的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域尤為重要。

幸運(yùn)的是，模塊可用于幾乎所有無線協(xié)議，包括ZigBee，Z-Wave，藍(lán)牙和Wi-Fi。這些模塊可用于縮短無線系統(tǒng)所需的上市時(shí)間和認(rèn)證/認(rèn)證時(shí)間。更重要的是，今天的模塊已經(jīng)發(fā)展到包含強(qiáng)大的處理器，可以通過Linux，C，C ++，Python和Java等常用語言進(jìn)行編程，以管理整個(gè)應(yīng)用程序。它們進(jìn)一步有助于簡化代碼開發(fā)工作，因?yàn)殚_發(fā)人員可以依賴供應(yīng)商提供的封裝RF堆棧。

評估套件是一種流行的開發(fā)選項(xiàng)，因?yàn)樗鼈兲峁┝祟A(yù)制元件和功能齊全的示例應(yīng)用程序?qū)⑷绾芜\(yùn)行。開發(fā)套件還已經(jīng)將模塊的芯片正確連接，用于電源，接地以及輸入和輸出信號傳輸。一些更集成的套件選擇還包括開箱即用的云連接，安全保護(hù)和FCC批準(zhǔn)，以試圖將無線物聯(lián)網(wǎng)連接作為插件類型的練習(xí)。

在此文章我們將詳細(xì)研究兩個(gè)流行的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件，并展示一個(gè)常見的典型功能 - 看門狗應(yīng)用程序 - 在每種情況下都能輕松處理。

將ZigBee連接到Internet

無線連接是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵，通常是混合藍(lán)牙和ZigBee等本地網(wǎng)關(guān)與傳統(tǒng)的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。 ZigBee提供最大的無線250 kbps數(shù)據(jù)速率和高達(dá)100米的范圍，已成為工業(yè)系統(tǒng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)的流行解決方案。但是，ZigBee對許多應(yīng)用程序缺乏關(guān)鍵要求：連接到Internet所需的本機(jī)IP連接。作為回應(yīng)，Digi International等供應(yīng)商提供Xbee ZigBee網(wǎng)關(guān)，這是一種無線方式，可以讓數(shù)十個(gè)ZigBee設(shè)備透明地連接到互聯(lián)網(wǎng)。

設(shè)計(jì)工程師可以快速啟動(dòng)他們的開發(fā)工作，為ZigBee帶來無線互聯(lián)網(wǎng)連接網(wǎng)絡(luò)使用Digi InternaTIonal的Xbee ZigBee Cloud Kit（圖1）。 Xbee ZigBee云套件的指定部件號為XKA2C-Z7T-U，旨在幫助工程師使用基于云的數(shù)據(jù)集構(gòu)建快速原型。該套件包括：用于ZigBee到以太網(wǎng)/Wi-Fi的Xbee網(wǎng)關(guān); Xbee-PRO ZigBee 2.4-GHz模塊;帶面包板的開發(fā)板;電纜和電源;示例Web應(yīng)用程序;可配置的小部件和與Digi Device Cloud的集成 - 該公司的公共平臺，用于連接任何設(shè)備并從任何地方向兩個(gè)方向進(jìn)行通信。

該套件還可通過可自定義的開源儀表板應(yīng)用程序遠(yuǎn)程控制設(shè)備和數(shù)據(jù)?；驹徒M件包括：LED儀表; 10KΩ電阻;溫度傳感器;電位器;振動(dòng)電機(jī);和音頻蜂鳴器。

圖1：Digi的Xbee ZigBee Cloud Kit擁有創(chuàng)建云連接無線原型所需的一切。該套件包括原型組件，如電線，LED，繼電器電阻和溫度傳感器。 （圖片由Digi InternaTIonal提供）該套件以Digi的Xbee ZigBee網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序?yàn)榛A(chǔ)，允許通過Python腳本語言定制嵌入式邏輯。 XBee Gateway具有標(biāo)準(zhǔn)的Python 2.7發(fā)行版，允許獨(dú)立于設(shè)備開發(fā)和測試不依賴于Digi專有接口模塊的應(yīng)用程序。為了滿足不同級別的Python專業(yè)知識和應(yīng)用程序復(fù)雜性的客戶需求，我們支持許多開發(fā)策略，可以根據(jù)開發(fā)人員的需要進(jìn)行混合和匹配。 Xbee網(wǎng)關(guān)還具有Linux shell界面。雖然Digi ESP for Python旨在作為主編程接口，但此接口可用于某些編程和設(shè)備管理任務(wù)。

現(xiàn)在讓我們來看看Xbee ZigBee Cloud Kit中的示例應(yīng)用程序。通過Xbee看門狗模塊提供的看門狗功能作為安全措施存在。如果存在“必須”定期發(fā)生的關(guān)鍵操作，否則系統(tǒng)將無法挽回地破壞，應(yīng)用程序可以請求建立“監(jiān)視器”。如果應(yīng)用程序線程未在承諾的時(shí)間間隔內(nèi)為其監(jiān)視程序提供服務(wù)，則整個(gè)系統(tǒng)將重新啟動(dòng)。如有必要，這些軟件看門狗可以更改其間隔，并可以刪除。顯然，使用這種軟件監(jiān)視器是最后的手段。

以下示例程序演示了看門狗功能：（：Digi InternaTIonal）import watchdog（1）

導(dǎo)入時(shí)間

w = watchdog.Watchdog（‘test’，20）（2）

for x in xrange（1，6）：（ 3）

print“Step”，x（4）

TIme.sleep（10.0）（5）

w.heartbeat（）（6）

print“在結(jié)束前的步驟。..”（7）

time.sleep（60.0）（8）

print“結(jié)束后的步驟。”（9）

課程筆記（1-9）：

監(jiān)視程序模塊包含程序所需的監(jiān)視程序類。

創(chuàng)建一個(gè)名為“test”的監(jiān)視程序?qū)ο螅搶ο髮⒃?0秒后過期。

循環(huán)五次（1-5）。

表示我們的迭代。..。..

。..每次迭代的睡眠時(shí)間少于超時(shí)，但總時(shí)間超過超時(shí)時(shí)間。

每次迭代將看門狗定時(shí)器重置為20秒，允許完成所有循環(huán)。

指示小循環(huán)已完成。

睡眠的時(shí)間間隔比超時(shí)長得多。

不應(yīng)執(zhí)行此print語句，因?yàn)橄到y(tǒng)應(yīng)該由于看門狗超時(shí)到期而重新啟動(dòng)。

CC3200MCU LaunchPad？

Texas儀器的SimpleLink？Wi-Fi CC3200MCU LaunchPad（部件CC3200-LAUNCHXL，圖2）是供應(yīng)商CC3200無線微控制器的評估套件。它包括一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)加速度計(jì)，通過附加的BoosterPack插件板，它可以集成其他傳感器，幫助開發(fā)人員對其物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。 LaunchPad具有驅(qū)動(dòng)程序支持和軟件開發(fā)工具包（SDK），其中包含40多種Wi-Fi協(xié)議，Internet應(yīng)用程序和MCU外設(shè)示例應(yīng)用程序。

圖2：CC3200 LaunchPad是基于ARMCortexM4F的微控制器的低成本評估平臺。它具有可編程用戶按鈕，用于自定義應(yīng)用程序的RGB LED以及用于調(diào)試的板載仿真。 （圖片來自Texas Instruments）該板可以直接連接到PC，用于開發(fā)工具，如Code Composer Studio（CCS）云集成開發(fā)環(huán)境（IDE）和IAR（v.7.20） ）嵌入式工作臺。 SDK中的所有示例應(yīng)用程序都支持在帶有CCS IDE且無RTOS的集成Cortex-M4處理器上。此外，一些應(yīng)用程序支持Free RTOS和TI RTOS。

免版稅的CC3200嵌入式Wi-Fi Foundation SDK包括兩個(gè)主要構(gòu)建模塊：

SimpleLink Library - 托管提供連接功能的API。

《 li》外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序庫 - 托管訪問MCU外圍設(shè)備的API。

圖3說明了CC3200 Foundation SDK中的各種軟件組件及其形式。

圖3：CC3200 Foundation SDK提供了一個(gè)易于使用的框架，該芯片托管在片上微控制器上，以使用WLAN網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，以及與外圍設(shè)備接口的驅(qū)動(dòng)程序的全面列表。微控制器。 （圖片來自Texas Instruments）3200 LaunchPad開發(fā)套件中的應(yīng)用示例包括：

電子郵件：只需按一下按鈕，或通過CLI通過用戶配置的電子郵件，即可通過SMTP發(fā)送電子郵件。

UART演示應(yīng)用程序：展示UART DriverLib API的用法。該應(yīng)用程序演示了用戶在終端上輸入的任何內(nèi)容的簡單回顯。

I 2 C演示：展示I？CDriverLibAPI的用法。提供用戶界面，用于讀取或?qū)懭隠aunchPad上的I 2 C設(shè)備。

MCU睡眠：練習(xí)MCU的睡眠功能。

PWM演示應(yīng)用：演示通用定時(shí)器（GPT）支持的一般16位脈沖寬度調(diào)制（PWM）模式功能。

攝像頭應(yīng)用：演示CC3200上的攝像頭功能（此應(yīng)用需要相機(jī)BoosterPack。

天線選擇：提供選擇具有更多信號功能的天線的選項(xiàng)。

功率測量：允許用戶測量各種低功耗的電流消耗-power模式。

看門狗系統(tǒng)演示應(yīng)用程序

讓我們來看看TI開發(fā)工具包如何處理看門狗演示應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序探討了看門狗定時(shí)器的使用情況（ WDT）DriverLib API。正如預(yù)期的那樣，當(dāng)達(dá)到超時(shí)值時(shí)，WDT演示應(yīng)用程序會生成中斷或重置。與我們之前討論過的Digi International套件一樣，看門狗定時(shí)器用于在系統(tǒng)因軟件錯(cuò)誤或外部設(shè)備無法以預(yù)期方式響應(yīng)而發(fā)生故障時(shí)重新獲得控制權(quán)。

該看門狗系統(tǒng)演示應(yīng)用程序在一個(gè)帶有MCU和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的完整系統(tǒng)中展示了WDT。同樣，目標(biāo)是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)恢復(fù)整個(gè)系統(tǒng)，包括網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。退出看門狗復(fù)位后，系統(tǒng)會立即請求休眠一小段時(shí)間，并且只有在從休眠狀態(tài)返回后才能恢復(fù)其全部功能。這可確保從任何涉及網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的復(fù)雜固定方案中恢復(fù)。

解釋應(yīng)用程序源文件

main - 顯示監(jiān)視程序功能的主文件LED閃爍10次然后保持在ON狀態(tài)。

pinmux - 應(yīng)用程序要求的Pinmux配置。

uart_if - 通用UART接口API

udma_if - 通用uDMA接口API

wdt_if - 通用看門狗接口API

用法

在使用中，您首先要設(shè)置一個(gè)串行通信應(yīng)用程序（HyperTerminal/TeraTerm，請參見下面的圖4）并在主機(jī)PC上打開一個(gè)超級終端，具有以下內(nèi)容設(shè)置：

端口：枚舉COM端口

波特率：115200

《代碼》數(shù)據(jù)：8位

奇偶校驗(yàn)：無

停止：1位

《 li》 流程控制：無

接下來，運(yùn)行t他參考應(yīng)用程序（Flash bin）并觀察UART終端以了解應(yīng)用程序執(zhí)行的操作順序。您將看到以下顯示（圖4）：

圖4：CC3200看門狗系統(tǒng)演示（圖片由德州儀器提供）總結(jié)

從頭開始構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要了解許多不同的技術(shù)。為了幫助工程師完成他們的項(xiàng)目，現(xiàn)成的評估工具包提供了一種通過構(gòu)建基本系統(tǒng)來試驗(yàn)各種配置和測試應(yīng)用程序的好方法。通過提供逐步指導(dǎo)，無線模塊供應(yīng)商使工程師能夠快速熟悉無線連接可為其物聯(lián)網(wǎng)解決方案帶來的所有價(jià)值，以及這些完整的硬件組件和集成工具包如何讓設(shè)計(jì)人員避開漫長的發(fā)展周期的時(shí)間和頭痛。