【RT Thread作品秀】基于RT Thread的智能家居应用平台 电路方案

作者:annysky 概述智能家居是目前最火热的应用方向,基于对物联网和智能家居的热衷和喜爱,以自己小屋为实际应用模板,将智能家居的设想变为现实状态。本智能家居应用平台基于STM32H7和STM32F4为主芯片进行设计,分为主控平台和网关平台。主控平台以ART-PI开发板为核心,主要任务是查询网关平台的数据信息、查询和设置参数、与云平台进行交互等;网关平台以STM32F407为核心,主要任务是采集数据和分析处理数据、并将主控平台下发的指令进行分析处理后来控制终端,该平台目前采集4路温湿度、1路电量、1路甲醛、1路PM2.5、2路烟雾报警、1路水浸报警、2路门锁状态的数据,输出控制1路加热和散热,通过CAN通讯与主控平台进行联络,并且使用屏进行显示各个状态,还可以使用WLAN与Onenet进行数据交互。后续根据需要在CAN网络上增加设备或模块(智能窗帘、CAN温湿度传感器、智能继电器、门禁系统、摄像头等),能够监测和控制终端产品。 开发环境硬件: (1)主控:ART-PI(STM32H750XB),ART-PI-DOCK扩展板(含屏) (2)网关:WT-19S42(STM32F407VGT6) (3)RT-Thread版本:RT-Thread V 4.0.3 (4)开发工具及版本:MDK 5.27,CANTest,XCOM V2.0,VGUS2020,DGUS_V759-t5l RT-Thread使用情况概述(1)内核部分:调度器,信号量,消息队列,libcpu/BSP。 调度器:创建多个线程来实现不同的工作。 信号量:用来同步线程。 消息队列:用来实现线程之间传递的数据。 libcpu/BSP:外设CAN驱动、UART驱动。 (2)组件部分:CAN框架,UART框架, CAN框架:使用FDCAN2框架来与网关平台进行数据交互,上层代码可以提高代码的可重用性。 UART框:使用UART框架来与ART-PI-DOCK扩展板进行数据交互。 (3)软件包部分: cJSON:C语言实现的极简的解析 JSON 格式的软件包。 WebNet软件包:由RT-Thread 自主研发的,基于 HTTP 协议的 Web 服务器实现,它不仅提供设备与 HTTP Client 通讯的基本功能,而且支持多种模块功能扩展,且资源占用少、可裁剪性强,充分满足开发者对嵌入式设备服务器的功能需求。 Onenet: RT-Thread 针对 OneNET 平台连接做的的适配,通过这个软件包,可以让设备在 RT-Thread 上非常方便的连接 OneNet 平台,完成数据的发送、接收、设备的注册和控制等功能。 硬件框架总方案原理图 智能家居应用平台方案原理图如图1所示,主要由两部分组成(目前状态,后续根据实际应用情况进行扩展),分别是主控平台和网关平台。 图1总方案原理图 主控平台: 主控平台的硬件分为两部分。一是ART-PI开发板,是由RT-Thread 设计的开源硬件,核心芯片是STM32H750XB,主频最高达480M,支持超低功耗。开发板板载功能众多,标配 TYPE-C 接口,板载 WIFI, 蓝牙配网,还有 LCD(RGB888),SDRAM, TF-Card, USB-OTG等应有尽有。 另外一部分是ART-PI-DOCK扩展板:根据ART-PI开发板的扩展接口自主设计的ART-PI-DOCK扩展板。主要的功能是通讯和人机交互,不参与对外设传感器或者模块的控制和信号采集(除光敏和温湿度)。板子主要包含以下几种功能: (1)2路CAN通讯 (2)1路485通讯; (3)1路232通讯; (4)1路TTL通讯; (5)1路WLAN网络通讯; (6)CAN匹配电阻设置; (7)主机ID设置; (8)1路温湿度传感器; (9)1路光敏传感器; (10)1路锂电池充电管理模块接口; (11)1路外设5V输入接口; (12)1路串口屏接口; (13)1路TFT液晶屏接口。 扩展板涵盖的功能非常全面,包含了目前应该最广泛的几种通讯方式和人机交互方式(可选),可适应不同应用场景。 图2 ART-PI-DOCK原理框图 网关平台 网关核心芯片是STM32F407VGT6,1024k Flash,192KB SRAM,工作频率为168 MHz。基于STM32F407强大的功能,在设计网关平台时,使用了符合IEEE 1588 v2标准要求的以太网MAC10/100,并使用了高达6个USART设备。另外使用了1路CAN,4路串行设备,12路开关量输入,8路开关量输出,各个接口均进行了标识。 图3网关平台原理框图 软件框架说明图4 主控平台软件流程图 图5 网关平台软件流程图 本项目采用的是主控与网关两个平台,主控平台完成对网关平台数据的处理显示,并对网关平台的参数