第1篇 物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備基礎(chǔ)
第1章 物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備介紹 3
1.1 物聯(lián)網(wǎng)簡介 3
1.2 物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng) 3
1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)組成 4
1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點 4
1.2.3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 5
1.2.4 物聯(lián)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò) 6
1.2.5 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)中心 6
1.2.6 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)接入網(wǎng)絡(luò) 6
1.2.7 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)客戶端 6
1.3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)智能設(shè)備 7
1.3.1 智能工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品實例 7
1.3.2 智能網(wǎng)關(guān)定制開發(fā)案例 8
1.4 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)節(jié)點智能設(shè)備 12
1.4.1 智能傳感器 12
1.4.2 智能數(shù)字儀表 15
1.4.3 智能北斗接收機 17
1.4.4 智能攝像頭 18
1.5 物聯(lián)網(wǎng)控制節(jié)點智能設(shè)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(zhí)行器 20
1.5.4 多功能紅外遙控器 20
1.6 物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備數(shù)據(jù)存儲分析公共平臺 21
1.6.1 阿里云對象存儲服務(wù) 21
1.6.2 華為云 22
1.6.3 中國移動 OneNET 22
1.7 小結(jié) 22
思考題 23
第2章 物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備制作基礎(chǔ) 24
2.1 物聯(lián)網(wǎng)微控制器及開發(fā)環(huán)境 24
2.1.1 微控制器的組成結(jié)構(gòu) 24
2.1.2 微控制器的發(fā)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(fā)環(huán)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(fā)環(huán)境安裝及測試 39
2.3.1 Keil v5 集成開發(fā)環(huán)境安裝 40
2.3.2 Keil v5 STM32 芯片支持包及標(biāo)準(zhǔn)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(lián)網(wǎng)節(jié)點的連接和測試 48
2.4.1 杜邦線連接微控制器與節(jié)點測試 48
2.4.2 面包板連接微控制器與節(jié)點測試 49
2.4.3 萬能板連接微控制器與節(jié)點測試 50
2.5 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)節(jié)點測試 51
2.5.1 STM32 微控制器采集 DHT11 溫濕度傳感器數(shù)據(jù) 52
2.5.2 Arduino 微控制器采集溫濕度傳感器數(shù)據(jù) 55
2.6 物聯(lián)網(wǎng)控制節(jié)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(jié) 62
思考題 62
第3章 智能設(shè)備通信技術(shù) 63
3.1 智能設(shè)備通信技術(shù)簡介 63
3.2 網(wǎng)關(guān)-節(jié)點通信技術(shù) 64
3.2.1 UWB 無線技術(shù) 64
3.2.2 ZigBee 無線技術(shù) 66
3.2.3 藍牙無線通信技術(shù) 66
3.2.4 LoRa 無線通信技術(shù) 67
3.2.5 RS485 有線通信技術(shù) 68
3.2.6 Arduino Nano 微控制器-藍牙節(jié)點數(shù)據(jù)通信測試 69
3.3 網(wǎng)關(guān)-數(shù)據(jù)中心通信技術(shù) 74
3.3.1 以太網(wǎng)通信技術(shù) 74
3.3.2 Wi-Fi 無線通信技術(shù) 75
3.3.3 移動通信技術(shù) 77
3.3.4 NB-IoT 無線通信技術(shù) 78
3.4 網(wǎng)關(guān)-數(shù)據(jù)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(shè)備無線通信測試 88
3.4.7 STM32 Wi-Fi 設(shè)備無線通信測試 89
3.5 小結(jié) 93
思考題 94
第2篇 物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備制作
第4章 智能設(shè)備 PCB 電路板設(shè)計 97
4.1 PCB 電路板設(shè)計軟件簡介 97
4.1.1 Altium Designer 電路板設(shè)計軟件 98
4.1.2 嘉立創(chuàng) EDA 電路板設(shè)計軟件 99
4.2 Altium Designer 軟件安裝與應(yīng)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(huán)境搭建 100
4.2.4 導(dǎo)入電子元器件庫 101
4.3 嘉立創(chuàng) EDA 標(biāo)準(zhǔn)版安裝與使用 101
4.4 嘉立創(chuàng) EDA 導(dǎo)出 Altium Designer 原理圖及封裝庫 102
4.4.1 使用嘉立創(chuàng)元件庫導(dǎo)出 AD 原理圖及 PCB 封裝庫 102
4.4.2 將嘉立創(chuàng)導(dǎo)出的文件轉(zhuǎn)換成 AD 可使用的庫文件 103
4.5 Altium Designer 測試導(dǎo)出的原理圖及封裝庫 104
4.6 智能設(shè)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(zhì)量及檢查 108
4.7 小結(jié) 108
思考題 109
第5章 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)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(shè)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(shè)計 111
5.3 智能光敏繼電器的 PCB 設(shè)計 112
5.3.1 智能光敏繼電器 PCB 設(shè)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(shè)計 118
5.6 小結(jié) 118
思考題 118
第6章 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點-智能 LoRa 測距設(shè)備制作 119
6.1 超聲波測距設(shè)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(shè)備電路設(shè)計 122
6.4.1 電子線路原理圖設(shè)計 122
6.4.2 PCB 電路板設(shè)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(shè)備程序設(shè)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(shù)據(jù)發(fā)送程序編寫及測試 128
6.6 小結(jié) 130
思考題 130
第7章 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)-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(shè)計 133
7.3.1 微型氣象站設(shè)計基礎(chǔ) 133
7.3.2 電子原理圖設(shè)計 134
7.4 微型氣象站制作 135
7.4.1 PCB 電路板設(shè)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(shè)備軟件設(shè)計與燒錄 138
7.5.1 溫濕度傳感器數(shù)據(jù)收集 138
7.5.2 BMP280 氣壓傳感器數(shù)據(jù)采集 139
7.5.3 光照傳感器數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通信測試 143
7.7 小結(jié) 144
思考題 144
第8章 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)-STM32 智能開關(guān)制作 145
8.1 智能開關(guān)簡介 145
8.2 智能開關(guān)電子元器件庫文件準(zhǔn)備 145
8.2.1 STM32 智能藍牙開關(guān)電子元器件簡介 146
8.2.2 STM32 智能藍牙開關(guān) Altium Designer 元器件庫準(zhǔn)備 146
8.2.3 將嘉立創(chuàng)轉(zhuǎn)化文檔生成 AD 原理圖庫及 PCB 庫 148
8.3 STM32 智能藍牙開關(guān)電子原理圖設(shè)計 149
8.3.1 創(chuàng)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(shè)計 151
8.4 STM32 智能藍牙開關(guān) PCB 電路板設(shè)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(biāo)記 155
8.4.3 PCB 禁止布線設(shè)置 155
8.4.4 PCB 布線規(guī)則設(shè)置及自動布線 156
8.4.5 PCB 電路板滴淚 157
8.4.6 PCB 設(shè)計規(guī)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(guān) PCB 電路板焊接 161
8.5 智能開關(guān)軟件設(shè)計及通信測試 162
8.5.1 溫濕度傳感器數(shù)據(jù)采集源代碼 162
8.5.2 繼電器控制源代碼 162
8.5.3 藍牙數(shù)據(jù)通信源代碼 162
8.5.4 Wi-Fi 數(shù)據(jù)通信源代碼 167
8.5.5 智能開關(guān)完整程序編譯及燒錄 167
8.6 小結(jié) 170
思考題 170
第3篇 高級物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備及軟件開發(fā)
第9章 鴻蒙智能網(wǎng)關(guān)制作 173
9.1 鴻蒙操作系統(tǒng)簡介 173
9.1.1 鴻蒙操作系統(tǒng)應(yīng)用場景 174
9.1.2 支持鴻蒙操作系統(tǒng)的芯片 174
9.1.3 鴻蒙操作系統(tǒng)的特點 174
9.2 Hi3861 芯片 175
9.2.1 Hi3861 芯片應(yīng)用領(lǐng)域 176
9.2.2 主要的 Hi3861 單片機 176
9.2.3 開發(fā)環(huán)境生成鴻蒙網(wǎng)關(guān)燒錄所需固件 177
9.3 FS-Hi3861 鴻蒙網(wǎng)關(guān)開發(fā)環(huán)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(dǎo)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(wǎng)關(guān)開發(fā)環(huán)境搭建及測試 194
9.4.1 基于 VMWare 的 Ubuntu 虛擬機安裝運行 194
9.4.2 BearPi-HM Nano 環(huán)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(chuàng)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(yīng)用 App 開發(fā) 214
9.5.1 開發(fā)環(huán)境搭建 214
9.5.2 鴻蒙 HelloWorld App 開發(fā)及模擬器運行 216
9.5.3 測試鴻蒙藍牙 App 開發(fā)樣例 223
9.5.4 測試鴻蒙 NFC App 開發(fā)樣例 226
9.5.5 測試鴻蒙 WLAN App 開發(fā)樣例 228
9.6 小結(jié) 230
思考題 230
第10章 智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上位機軟件設(shè)計 231
10.1 網(wǎng)關(guān)智能設(shè)備-上位機介紹 231
10.2 SpringBoot Web 服務(wù)器開發(fā) 232
10.2.1 SpringBoot Web 服務(wù)器與智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備通信簡介 233
10.2.2 SpringBoot 開發(fā)工具 IDEA 安裝與配置 233
10.2.3 使用 IDEA 創(chuàng)建一個新的 Java 項目 234
10.2.4 IDEA 創(chuàng)建工件流程 235
10.2.5 SpringBoot Web 服務(wù)開發(fā)流程 237
10.3 SpringBoot MyBatis Web 服務(wù)器設(shè)計與實現(xiàn) 247
10.3.1 MySQL 數(shù)據(jù)庫安裝與測試 248
10.3.2 創(chuàng)建及配置 SpringBoot MyBatis Web 服務(wù)項目 252
10.3.3 創(chuàng)建傳感器數(shù)據(jù)存儲相關(guān)實體類及控制器等 258
10.3.4 創(chuàng)建繼電器控制相關(guān)實體類及控制器等 264
10.3.5 Web 服務(wù)器-STM32 數(shù)據(jù)交互測試 265
10.4 TCP 服務(wù)器上位機開發(fā) 270
10.4.1 TCP Server 編程及接收智能設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)測試 270
10.4.2 Arduino TCP Client 編程 274
10.5 小結(jié) 275
思考題 275
附錄 英文簡稱 276
參考文獻 280