物聯網智能設備制作

目錄

第1篇 物聯網智能設備基礎

第1章 物聯網智能設備介紹 3

1.1 物聯網簡介 3

1.2 物聯網實時信息系統 3

1.2.1 物聯網實時信息系統組成 4

1.2.2 物聯網節點 4

1.2.3 物聯網網關 5

1.2.4 物聯網傳輸網絡 6

1.2.5 物聯網數據服務中心 6

1.2.6 物聯網服務接入網絡 6

1.2.7 物聯網服務客戶端 6

1.3 物聯網網關智能設備 7

1.3.1 智能工業物聯網網關產品實例 7

1.3.2 智能網關定制開發案例 8

1.4 物聯網數據節點智能設備 12

1.4.1 智能傳感器 12

1.4.2 智能數字儀表 15

1.4.3 智能北鬥接收機 17

1.4.4 智能攝像頭 18

1.5 物聯網控制節點智能設備 18

1.5.1 PLC 控制器 18

1.5.2 智能繼電器 19

1.5.3 智能執行器 20

1.5.4 多功能紅外遙控器 20

1.6 物聯網智能設備數據存儲分析公共平臺 21

1.6.1 阿裏雲對象存儲服務 21

1.6.2 華為雲 22

1.6.3 中國移動 OneNET 22

1.7 小結 22

思考題 23

第2章 物聯網智能設備制作基礎 24

2.1 物聯網微控制器及開發環境 24

2.1.1 微控制器的組成結構 24

2.1.2 微控制器的發展階段 26

2.1.3 微控制器分類 28

2.1.4 Arduino Nano 微控制器 30

2.1.5 STM32F103C8T6 微控制器 34

2.2 Arduino IDE 集成開發環境及測試 35

2.2.1 Arduino IDE 安裝 35

2.2.2 Arduino IDE 配置 36

2.2.3 Arduino Nano 編程測試 37

2.3 Keil 集成開發環境安裝及測試 39

2.3.1 Keil v5 集成開發環境安裝 40

2.3.2 Keil v5 STM32 芯片支持包及標準庫配置 41

2.3.3 Keil v5 新建 STM32 工程及測試 43

2.4 微控制器與物聯網節點的連接和測試 48

2.4.1 杜邦線連接微控制器與節點測試 48

2.4.2 面包板連接微控制器與節點測試 49

2.4.3 萬能板連接微控制器與節點測試 50

2.5 物聯網數據節點測試 51

2.5.1 STM32 微控制器采集 DHT11 溫濕度傳感器數據 52

2.5.2 Arduino 微控制器采集溫濕度傳感器數據 55

2.6 物聯網控制節點測試 56

2.6.1 Arduino 微控制器控制繼電器測試 57

2.6.2 STM32 微控制器控制繼電器測試 58

2.7 小結 62

思考題 62

第3章 智能設備通信技術 63

3.1 智能設備通信技術簡介 63

3.2 網關-節點通信技術 64

3.2.1 UWB 無線技術 64

3.2.2 ZigBee 無線技術 66

3.2.3 藍牙無線通信技術 66

3.2.4 LoRa 無線通信技術 67

3.2.5 RS485 有線通信技術 68

3.2.6 Arduino Nano 微控制器-藍牙節點數據通信測試 69

3.3 網關-數據中心通信技術 74

3.3.1 以太網通信技術 74

3.3.2 Wi-Fi 無線通信技術 75

3.3.3 移動通信技術 77

3.3.4 NB-IoT 無線通信技術 78

3.4 網關-數據中心 Wi-Fi 無線通信測試 79

3.4.1 ESP8266 Wi-Fi 模塊 AT 指令介紹 79

3.4.2 USB-TTL 串口測試 ESP8266 Wi-Fi 模塊是否正常工作 80

3.4.3 USB-TTL 串口測試 ESP8266 Wi-Fi 模塊連接 AP 功能 82

3.4.4 ESP8266 Wi-Fi 模塊 TCP 通信 AT 指令測試 84

3.4.5 ESP8266 Wi-Fi 模塊 TCP 通信透傳模式測試 86

3.4.6 Arduino Nano Wi-Fi 設備無線通信測試 88

3.4.7 STM32 Wi-Fi 設備無線通信測試 89

3.5 小結 93

思考題 94

第2篇 物聯網智能設備制作

第4章 智能設備 PCB 電路板設計 97

4.1 PCB 電路板設計軟件簡介 97

4.1.1 Altium Designer 電路板設計軟件 98

4.1.2 嘉立創 EDA 電路板設計軟件 99

4.2 Altium Designer 軟件安裝與應用 99

4.2.1 Altium Designer 軟件的安裝 99

4.2.2 Altium Designer 新建工程項目 100

4.2.3 PCB 項目環境搭建 100

4.2.4 導入電子元器件庫 101

4.3 嘉立創 EDA 標準版安裝與使用 101

4.4 嘉立創 EDA 導出 Altium Designer 原理圖及封裝庫 102

4.4.1 使用嘉立創元件庫導出 AD 原理圖及 PCB 封裝庫 102

4.4.2 將嘉立創導出的文件轉換成 AD 可使用的庫文件 103

4.5 Altium Designer 測試導出的原理圖及封裝庫 104

4.6 智能設備電子元器件焊接 104

4.6.1 手工焊接工具及焊接材料 105

4.6.2 手工焊接基本操作方法 105

4.6.3 焊點質量及檢查 108

4.7 小結 108

思考題 109

第5章 物聯網節點-智能光敏繼電器制作 110

5.1 智能光敏繼電器簡介 110

5.2 智能光敏繼電器的電路圖設計 111

5.2.1 光敏電阻檢測電路 111

5.2.2 智能光敏繼電器原理圖設計 111

5.3 智能光敏繼電器的 PCB 設計 112

5.3.1 智能光敏繼電器 PCB 設計 112

5.3.2 PCB 電路板自動布線 113

5.3.3 PCB 電路板鋪銅 114

5.4 智能光敏繼電器的打板與焊接 115

5.4.1 Gerber PCB 制板文件生成 115

5.4.2 PCB 電路板打樣 116

5.4.3 PCB 電路板焊接 117

5.5 智能光敏繼電器程序設計 118

5.6 小結 118

思考題 118

第6章 物聯網節點-智能 LoRa 測距設備制作 119

6.1 超聲波測距設備簡介 119

6.2 超聲波距離傳感器工作原理 120

6.3 LoRa 無線通信模組 SX1278 工作原理 121

6.4 LoRa 超聲波測距設備電路設計 122

6.4.1 電子線路原理圖設計 122

6.4.2 PCB 電路板設計 123

6.4.3 Gerber PCB 制板文件生成 125

6.4.4 PCB 電路板打樣 126

6.4.5 PCB 電路板焊接 126

6.5 智能 LoRa 測距設備程序設計與測試 126

6.5.1 超聲波測距程序編寫及測試 126

6.5.2 超聲波測距及 LoRa 數據發送程序編寫及測試 128

6.6 小結 130

思考題 130

第7章 物聯網網關-智能微型氣象站制作 131

7.1 微型氣象站簡介 131

7.2 微型氣象站電子元器件 131

7.2.1 GY-BMP280 高精度大氣壓強傳感器模塊 132

7.2.2 GY-30 光照傳感器模塊 132

7.3 微型氣象站電路圖設計 133

7.3.1 微型氣象站設計基礎 133

7.3.2 電子原理圖設計 134

7.4 微型氣象站制作 135

7.4.1 PCB 電路板設計 135

7.4.2 PCB 電路板鋪銅 136

7.4.3 Gerber PCB 制板文件生成 137

7.4.4 PCB 電路板打樣及焊接 137

7.5 微型氣象站智能設備軟件設計與燒錄 138

7.5.1 溫濕度傳感器數據收集 138

7.5.2 BMP280 氣壓傳感器數據采集 139

7.5.3 光照傳感器數據收集 140

7.5.4 微型氣象站程序編譯及燒錄 143

7.6 Arduino 微型氣象站數據通信測試 143

7.7 小結 144

思考題 144

第8章 物聯網網關-STM32 智能開關制作 145

8.1 智能開關簡介 145

8.2 智能開關電子元器件庫文件準備 145

8.2.1 STM32 智能藍牙開關電子元器件簡介 146

8.2.2 STM32 智能藍牙開關 Altium Designer 元器件庫準備 146

8.2.3 將嘉立創轉化文檔生成 AD 原理圖庫及 PCB 庫 148

8.3 STM32 智能藍牙開關電子原理圖設計 149

8.3.1 創建與命名電子原理圖及 PCB 電路板 149

8.3.2 添加電子原理圖及 PCB 庫文件 150

8.3.3 電子原理圖設計 151

8.4 STM32 智能藍牙開關 PCB 電路板設計 153

8.4.1 PCB 電路板工程變更與驗證 154

8.4.2 PCB 布局及標記 155

8.4.3 PCB 禁止布線設置 155

8.4.4 PCB 布線規則設置及自動布線 156

8.4.5 PCB 電路板滴淚 157

8.4.6 PCB 設計規則檢查 158

8.4.7 PCB 電路板鋪銅 159

8.4.8 生成 PCB 制板文件 160

8.4.9 提交 PCB 制板文件給廠家制板案例 160

8.4.10 智能開關 PCB 電路板焊接 161

8.5 智能開關軟件設計及通信測試 162

8.5.1 溫濕度傳感器數據采集源代碼 162

8.5.2 繼電器控制源代碼 162

8.5.3 藍牙數據通信源代碼 162

8.5.4 Wi-Fi 數據通信源代碼 167

8.5.5 智能開關完整程序編譯及燒錄 167

8.6 小結 170

思考題 170

第3篇 高級物聯網智能設備及軟件開發

第9章 鴻蒙智能網關制作 173

9.1 鴻蒙操作系統簡介 173

9.1.1 鴻蒙操作系統應用場景 174

9.1.2 支持鴻蒙操作系統的芯片 174

9.1.3 鴻蒙操作系統的特點 174

9.2 Hi3861 芯片 175

9.2.1 Hi3861 芯片應用領域 176

9.2.2 主要的 Hi3861 單片機 176

9.2.3 開發環境生成鴻蒙網關燒錄所需固件 177

9.3 FS-Hi3861 鴻蒙網關開發環境搭建及測試 178

9.3.1 安裝 Visual Studio Code 179

9.3.2 安裝 Python 181

9.3.3 安裝 DevEco Device Tool 182

9.3.4 導入及配置 Hi3861 鴻蒙工程 184

9.3.5 Hi3861 鴻蒙程序燒錄及測試 190

9.4 BearPi-HM Nano 鴻蒙網關開發環境搭建及測試 194

9.4.1 基於 VMWare 的 Ubuntu 虛擬機安裝運行 194

9.4.2 BearPi-HM Nano 環境部署及測試 195

9.4.3 BearPi-HM Nano 源代碼編譯及燒錄 201

9.4.4 創建 BearPi-HM Nano 項目及測試 206

9.4.5 測試 BearPi-HM Nano 樣例 211

9.5 鴻蒙應用 App 開發 214

9.5.1 開發環境搭建 214

9.5.2 鴻蒙 HelloWorld App 開發及模擬器運行 216

9.5.3 測試鴻蒙藍牙 App 開發樣例 223

9.5.4 測試鴻蒙 NFC App 開發樣例 226

9.5.5 測試鴻蒙 WLAN App 開發樣例 228

9.6 小結 230

思考題 230

第10章 智能物聯網設備上位機軟件設計 231

10.1 網關智能設備-上位機介紹 231

10.2 SpringBoot Web 服務器開發 232

10.2.1 SpringBoot Web 服務器與智能網關設備通信簡介 233

10.2.2 SpringBoot 開發工具 IDEA 安裝與配置 233

10.2.3 使用 IDEA 創建一個新的 Java 項目 234

10.2.4 IDEA 創建工件流程 235

10.2.5 SpringBoot Web 服務開發流程 237

10.3 SpringBoot MyBatis Web 服務器設計與實現 247

10.3.1 MySQL 數據庫安裝與測試 248

10.3.2 創建及配置 SpringBoot MyBatis Web 服務項目 252

10.3.3 創建傳感器數據存儲相關實體類及控制器等 258

10.3.4 創建繼電器控制相關實體類及控制器等 264

10.3.5 Web 服務器-STM32 數據交互測試 265

10.4 TCP 服務器上位機開發 270

10.4.1 TCP Server 編程及接收智能設備傳感器數據測試 270

10.4.2 Arduino TCP Client 編程 274

10.5 小結 275

思考題 275

附錄 英文簡稱 276

參考文獻 280