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HEYAHONG讨论 | 贡献2024年6月1日 (六) 13:13的版本 →‎可连接TCP/IP的物联网设备
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常用项目

嵌入式项目

名称 简介 Wiki(若有) 标签
ExtBoard-001 扩展板,用于扩展一个可编程通道(RS485)。

主要采用以下芯片:

  • CH334R:USB Hub。
  • Air32F103CCT6:DAPLink主控芯片、Core主控芯片。
  • MAX3485:3.3V电源驱动的RS485收发芯片。
ExtBoard-001
CoreBoard-001 核心板。

主要采用以下芯片/模块:

  • HLK-7688A:MT7688AN核心板。
  • DS1307:实时时钟
CoreBoard-001
ExtBoard-002 扩展板。使用USB提供4G联网功能。

主要采用以下芯片/模块:

ExtBoad-002

常用技术栈

可连接TCP/IP的物联网设备

开发物联网设备时,无论设备是通过WiFi、2G/3G/4G/5G或以太网连接网络,如设备支持TCP/IP,通常采用MQTT作为主要通信协议。

除了主要通信协议,通常物联网设备还需要支持NTP对时,有时还需要使用到Http作为辅助协议。

主要使用的协议如下:

协议名称 说明 备注
MQTT MQTT是专门针对物联网开发的轻量级传输协议。 通常采用TCP,可实现实时控制。
LwM2M LwM2M是一种轻量级的、标准通用的物联网设备管理协议,可用于快速部署客户端/服务器模式的物联网业务 通常采用UDP,常见于NB-IOT模块。

由于UDP的在公网上的老化(公网的NAT转换机制),在公网上不能实现实时控制,只能应用于周期上报的设备。

在专网或者局域网内可实现实时控制。

CoAP CoAP是一种用于受限节点与受限网络的web传输协议,由IETF提出。 通常采用UDP,可使用DTLS加密,一般情况下用于在受限环境中替代http。
Http/Https 超文本传输协议(Hypertext Transfer Protocol,HTTP)是一个简单的请求-响应协议。 通常用于调用后端服务器的api接口。
NTP NTP是用来使计算机时间同步化的一种协议。
Matter Matter是一个统一的、开源的应用层连接标准,旨在使开发人员和设备制造商能够连接和构建可靠的、安全的生态系统,并增加智能家具设备之间的兼容性。 按照其架构,可使用TCP/UDP,基于IPV6.

低成本方案

低成本方案主要是指硬件采用SOC方案并且操作系统采用嵌入式操作系统的方案或者外设方案:

  • Air724UG :4G模块,可使用C/C++进行二次开发。
  • Air780E:4G模块,EC618平台,可使用C/C++进行二次开发,较Air724UG廉价。
  • ESP8266 : WIFI模块。
  • ESP32 : WIFI模块,可接以太网PHY实现以太网上网。
  • W600 : WIFI模块。
  • W800 : WIFI模块。
  • CH579 : 自带以太网PHY,可实现以太网上网。
  • W5500 :全硬件以太网外设芯片,需配合主控使用。

一般方案

一般方案主要指资源相对充足的方案,一般采用Linux作为内核:

  • MT7688 :可采用以太网或者WIFI联网,通过USB可接4G上网模块通过RNDIS上网。

带交流计量功能的设备

单相SOC方案

对于单相计量(即常见的家用电)设备,通常采用SOC方案:

此类SOC通常可以使用内置的模块完成包括计量功能在内的大部分需求,在某些情况下也可开发高精度的直流计量设备。
如需与其它设备进行交互,通常还需要添加通信模块或者使用串口通信。
若使用串口通信,本人常用Modbus RTU作为具体协议,将具体的硬件资源映射为线圈(可读写的位)、输入线圈(只读的位)、保持寄存器(可读写)、输入寄存器(只读)。

单相非SOC方案

若由于需要采用低成本导致计量部分相对于强电非隔离,而设备上又需要输出隔离接口时,通常采用非SOC方案+串口/SPI口隔离,常用芯片方案:

此方案需要另外加一个主控芯片。

三相非SOC方案

若待计量的电路为三相电路,常用芯片方案:

此方案需要另外加一个主控芯片。
注意:截至编辑时,尚未发现三相SOC方案。

带有特殊功能的路由器/WIFI网关

芯片方案:

软件开发方案:

在内核设备树(dts)配置中使能需要使用的标准接口,并在openwrt的menuconfig中选中对应的kmod包后,即可使用Linux用户程序(非内核模块)操作硬件设备。
对于SPI、I2C与UART而言,用户可通过打开/dev目录下的相应字符设备即可使用。
对于GPIO而言,可使用sysfs文件系统目录:/sys/class/gpio目录进行GPIO操作。

基于USB的外设扩展

对于使用Linux内核的设备的外设扩展,本人较为推崇使用USB作为外设总线,其优点如下:

  • 支持热插拔与子设备枚举,无需在设备树中配置所挂接的子设备。
  • 可使用hub扩展较多接口。
  • 支持USB的转换芯片较多。

一般来讲,对于少量控制数据的传输,USB 2.0的传输速度就足够了。

USB HUB

芯片系列 说明 官网(若有)
CH334/CH335 4 口USB 2.0 USB Hub https://www.wch.cn/products/CH334.html
CH338 7口USB 2.0 USB Hub https://www.wch.cn/products/CH338.html
FE1.1s 4 口USB 2.0 USB Hub
HS8836A 4 口USB 2.0 USB Hub

USB 转换芯片

芯片系列 说明 官网(若有)
CH340 USB转串口/打印口 https://www.wch.cn/products/CH340.html

USB 上位机软件开发

  • 对于标准外设,可按照标准外设的使用方法,如USB转串口按照串口的方式使用。
  • 对于USB原生的应用(直接通过端点发送接收数据),可使用libusb开发。
  • 对于基于USB的HID设备,若未被其它内核驱动使用,可使用hidapi开发。

USB 嵌入式开发

若未具体说明,本章节中的USB嵌入式开发指Device端的嵌入式开发,即USB外设开发。

除了各个芯片厂商提供的USB栈,还可使用以下USB栈用于USB外设开发:

USB库 说明 官网(若有)
tinyusb 开源、跨平台的USB HOST/DEVICE栈 https://www.tinyusb.org/
CherryUSB 小而美的、可移植性高的、用于嵌入式系统的 USB 主从协议栈 https://cherryusb.readthedocs.io/

电子线连接器

很多时候一个产品可由多个PCB组成,而PCB之间除了直接焊线,还可以由电子线连接器(包括插头、插座)连接。

常用电子线连接器
引脚间距(mm) 类型 说明
1.0
  • SH
1.25
  • GH
1.50
  • ZH
2.00
  • PH
  • HY
2.50/2.54
  • EH
  • XH
  • SM
3.96
  • VH

注意:

  1. 以上所指的类型可能只是实际连接器的型号的一部分,一般用于搜索相应器件。如在淘宝上搜索PH 连接器 即可获取类型为PH的连接器。
  2. 同一个引脚间距可能有多个类型,这些不同的类型一般有其它差异(如材料、结构等)。
  3. 如需某个类型的双排连接器,可在类型中添加D(仅适用于部分类型),如需要类型为PH的连接器,则搜索PHD 连接器

外壳方案

可采用导轨安装的外壳方案

对于电气控制柜、仪表柜、配电箱等,安装导轨是一个极其常见的配件。

常用的安装导轨方案如下:

  • DIN TS35:35×7.5 安装导轨,宽度35mm,深度7.5mm,材质形式为钢、铝、铜等,表现形式为横条状金属片

若未特殊说明,导轨均指DIN TS35安装导轨。

对于带计量的产品而言,除了设计成插座样式,还可以设计成导轨安装并安放在配电箱里。

对于需要安装至导轨的产品而言,主要有以下方案:

  • 直接使用可用于导轨安装的外壳。
  • 采用导轨安装卡扣,卡扣上通常有螺丝孔位,可通过螺丝安装产品。

廉价铝壳外壳方案

作为物联网产品(尤其是具有RTU/DTU角色的物联网产品),通常需要一个外壳。一般情况下,可使用铁壳或者铝壳作为外壳。

为减小成本,本人一般采用成品铝壳作为外壳。

注意:本段落中的铝壳主要指主要外形为长方体,两侧或者顶部具有可拆卸的盖子的壳体,并不泛指所有采用铝作为主要材料的壳体。

一般情况下,通常需要给铝壳开孔以引出接口,常用方案如下:

  • 正面开孔,一般通过厂家定制。仅试样的情况下,价格一般相对较高。
  • 侧盖开孔(一面或两面),一般通过厂家定制。仅试样的情况下,价格一般相对较高。
  • 采用PCB作为侧盖(一般使用黑色的壳体配合黑色PCB),使用PCB制造开孔。仅试样的情况下,价格相对便宜。
  • 一侧不要侧盖。适用于直接引出导线的产品,一般配合灌胶工艺。一般直接用于量产产品。

如需使用导轨安装,可使用导轨安装卡扣固定铝壳。

常用尺寸1
铝壳参数
PCB块数 PCB最大厚度 PCB最大宽度 PCB最大长度
100mm 66mm 27mm 2(一块顶部PCB板,一块底部PCB板) 2mm 60.3mm(不能小太多) 100mm(取决于铝壳长度,一般可定制)

接线盒(家庭)

此处所指接线盒主要指家庭中用于开关/插座的接线盒,并不指广义接线盒。

接线盒主要由底盒与面板组成。

其中底盒的种类多种多样,根据可分为明装与暗装,一般底盒均为提前安装好的,不可简单增加与减少。

面板一般是嵌入式开发中常用的壳体,只要保证安装孔距正确,即可安装在提前安装的底盒上。

接线盒可根据面板尺寸进行分类,主要有以下型号:

  • 86型
  • 118型
  • 120型

采用接线盒进行嵌入式开发主要开发以下设备(与传统开关、传统插座有一定相似之处):

  • 智能家居控制面板:可进行联网操作,控制智能家居设备。可显示一些信息(如时间、天气、场景等信息)。可连接到其它智能设备(如智能音箱)
  • 智能家居开关:功能与传统开关类似,可通过无线(如BLE、Zigbee等)的方式连接到智能设备(如智能音箱、智能家居控制面板等)。
  • 智能家居插座:功能与传统插座类似,可远程控制、数据采集(电量、电压、电流等)。可通过无线(如BLE、Zigbee、WiFi等)的方式连接到智能设备(如智能音箱、智能家居控制面板等)。
86型接线盒

86型接线盒作为较常用的接线盒,俗称86盒,其面板尺寸86mmX86mm。

许多厂商也提供采用86盒的开发板,如Sipeed Lichee RV 86 PanelModel 3C 86盒3.95寸开发板

常用芯片及模块

常用芯片及核心模块

常用芯片及核心模块
芯片/模块名称 说明 wiki(若有)
RN8211B 单相计量SOC RN8211B
HT502X 单相计量SOC HT502X
Air724UG 4G模块,进行C语言开发 Air724UG
Air780E 4G模块,EC618平台,可使用C/C++进行二次开发,较Air724UG廉价 Air780E
ESP-12F WIFI透传模块,可支持二次开发,主芯片为ESP8266 ESP8266
ESP-32S ESP32模块,可支持WIFI、蓝牙、以太网,可采用esp-idf开发 ESP32
TB-01 W600开发板,WIFI SOC,Cortex-M3内核 W600
TB-08 W800开发板,WIFI/蓝牙 SOC, XT804内核 W800
CH579 以太网、蓝牙、USB SOC,Cortex-M0内核MCU CH579
HLK-7688A MT7688芯片核心模块,可采用openwrt开发 MT7688
E18-MS1 CC2530芯片核心模块,可采用contiki开发或者Z-Stack开发 CC2530
Air105 廉价大内存mcu,4M flash,640K SRAM,Cortex-M4F Air105
Lichee Zero 全志V3s开发板,64M DRAM,廉价Linux开发板,V3s芯片可手贴 V3s Lichee Zero


注意:此章节可能不包含资料较多,应用极其成熟的芯片系列。

外设芯片及外设模块

外设芯片及外设模块
名称 说明 接口 wiki(若有)
RN8302B 三相计量芯片 SPI RN8302B
RN8209C/RN8209D 单相计量芯片
  • UART
  • SPI
RN8209
NRF24L01+ 2.4G无线芯片,具有众多兼容替代(如Si24R1) SPI+GPIO(中断、CE) NRF24L01+
W5500 全硬件栈以太网芯片 SPI W5500
中景园0.96寸OLED点阵屏 分辨率128x64,显示驱动(控制)芯片SSD1306
  • IIC
  • SPI+GPIO(DC、RES)
SSD1306 中景园0.96寸OLED点阵屏
AHT20 温湿度传感器 IIC AHT20
DS1307 RTC(实时时钟) IIC DS1307

常用嵌入式操作系统、BootLoader、嵌入式固件及嵌入式软件库

名称 说明 wiki(若有)
FreeRTOS 嵌入式操作系统 FreeRTOS
rt-thread 物联网嵌入式操作系统 rt-thread
nuttx 嵌入式操作系统 nuttx
paho.mqtt.embedded-c MQTT客户端,可移植到各种芯片平台 paho.mqtt.embedded-c
openwrt 操作系统,嵌入式Linux构建工具 openwrt
u8g2 单色/点阵屏驱动库 u8g2
U-Boot 通用引导加载器。通常用于加载Linux U-Boot
Newlib 嵌入式C运行库(通常配合GCC使用) Newlib
printf printf, sprintf and (v)snprintf 实现 printf


常用工具

常用工具
名称 说明 wiki(若有)/链接地址
easy-rsa 使用SSL/TLS时,自签证书制作/管理工具 easy-rsa
buildroot 嵌入式Linux构建工具 buildroot
debootstrap Linux系统根文件系统创建工具,可创建Debian系Linux系统根文件系统 debootstrap
crosstool-ng 交叉编译工具链创建工具 crosstool-ng
ScreenToGif 在Windows下录屏制作gif的工具 https://github.com/NickeManarin/ScreenToGif.git
Xfel 全志SOC的FEL工具(可下载固件等) Xfel
busybox unix工具箱,可用于创建体积极小的rootfs busybox

IDE环境/开发环境/开发工具

名称 说明 wiki(若有)/链接地址
codeblocks 免费的C/C++ IDE,可开发多种C/C++程序。本人只要将它用作基于CMake构建的工程的代码编写。 http://www.codeblocks.org/
Microsoft Visual Studio 微软的开发工具集。本人主要用于开发WIN32程序。本人优先使用codeblocks作为C/C++开发环境,VS占用的空间太大,但有些第三方库在Windows上可能只支持MSVC,故而必须使用VS。 https://visualstudio.microsoft.com/zh-hans/
keil5 用于ARM嵌入式芯片的开发。注意:keil5不是免费的。 https://www.keil.com/
IAR 本人主要使用针对ARM嵌入式芯片的开发。注意:IAR不是免费的。 https://www.iar.com/
QtCreator 用于创建基于Qt的程序。 https://www.qt.io/product/development-tools
MounRiver 基于Eclipse的嵌入式ARM/RISC-V的集成开发环境。本人主要用于测试WCH的单片机。 http://www.mounriver.com/
RT-Thread Studio 一站式的 RT-Thread 开发工具,通过简单易用的图形化配置系统以及丰富的软件包和组件资源,让物联网开发变得简单和高效。本人主要用于开发与rt-thread相关设备。 https://www.rt-thread.org/

电子硬件设计(原理图绘制/PCB绘制/其它相关工具)

名称 说明 wiki(若有)/链接地址
立创EDA 高效的国产PCB设计工具,永久免费。可在线使用。 https://lceda.cn/
KiCad 跨平台开源电子设计套装。 https://www.kicad.org/
freerouting 自动布线工具。可配合立创EDA或KiCad使用。本人用于替代立创EDA自带的自动布线。 https://www.freerouting.app/

https://github.com/freerouting/freerouting.git

编译器

名称 说明 wiki(若有)/链接地址
sdcc 用于8位/16位单片机(如MCS51、DS80C390 、HC08、Z80、STM8, MOS 6502 、WDC 65C02等)的C编译器 https://sdcc.sourceforge.net/

流程图/框图绘制

名称 说明 wiki(若有)/链接地址
dia 跨平台开源流程图绘制工具 http://dia-installer.de/

https://sourceforge.net/projects/dia/

图像处理

名称 说明 wiki(若有)/链接地址
GIMP 免费开源图像编辑器 https://www.gimp.org/

国际化/本地化

名称 说明 wiki(若有)/链接地址
Poedit .po编辑工具。可编辑使用 xgettext 生成的翻译文件 https://poedit.net/

压缩/解压缩

名称 说明 wiki(若有)/链接地址
7-zip 开源免费的压缩/解压缩软件。Windows下有GUI程序,Linux下只有控制台版本。 http://www.7-zip.org

虚拟磁盘/磁盘驱动

名称 说明 wiki(若有)/链接地址
imdisk Windows下开源虚拟磁盘工具,可方便挂载内存盘(存放临时文件)。 https://sourceforge.net/projects/imdisk-toolkit
Ext2fsd Windows下访问Ext2/Ext3/Ext4文件系统驱动。 https://sourceforge.net/projects/ext2fsd/

安装/卸载

名称 说明 wiki(若有)/链接地址
Geek Uninstaller Windows下程序卸载工具,具有免费的版本。 https://geekuninstaller.com/

小工具(自写/修改/组合)

名称 说明 wiki 支持平台
CC3200_GangGenerator 生成用于烧录CC3200 SPI Flash的工具 CC3200_GangGenerator
  • Windows
WMToolHelper W600烧录工具 WMToolHelper
  • Windows
  • Linux (ubuntu 20.04)
WinBleTool Windows下调试BLE的工具 WinBleTool
  • Windows 10(及以上)
SimpleBLETool 调试BLE的工具 SimpleBLETool
  • Windows 10+
  • Linux(ubuntu 20.04+)
cutecom-ng 基于Qt5的串口工具。个人修改版。 cutecom-ng 只要是Qt5支持的桌面平台均支持。
OneNETTool 开发OneNET辅助工具 OneNETTool
  • Windows
  • Linux (ubuntu 20.04)
QGDW12184Tool 开发Q/GDW 12184辅助工具 QGDW12184Tool
  • Windows
  • Linux (ubuntu 20.04)
XServerForWSL1 利用cygwin中的X服务对WSL提供X服务 XServerForWSL1 支持WSL1的Windows
linux_binfmt_pe 使用wine直接执行PE可执行文件的Linux内核模块 linux_binfmt_pe
  • Linux内核
Win32Redirector 重定向win32控制台应用至MSYS2或者Cygwin中的程序。 Win32Redirector
  • Windows
HEnvBox 快速搭建本人常用的开发环境。 HEnvBox
  • Windows 10及更新版
  • Ubuntu 22.04
  • Debian
  • Deepin

常用库

此章节主要对使用的比较多的库做一个整理。

名称 官网 说明 Wiki
wxWidgets https://www.wxwidgets.org/ 跨平台GUI库 wxWidgets
Qt https://www.qt.io/ 跨平台库(包括GUI) Qt

工具/库(自写/修改)

名称 说明 Wiki(若有)
DeployWin MSYS2与CygWin下编程辅助打包库。一般配合CMake的CPack使用。 DeployWin
HCppBox 本人常用的C/C++代码 HCppBox
SimpleModbusRTUPacket 简易的Modbus RTU包解析 SimpleModbusRTUPacket

常用镜像站

在找各种源码资源时,经常遇到国外网站下载较慢的情况下,此时通常需要更换镜像站。

例如:

  • ubuntu系统的软件包(包括使用deboostrap的镜像源)
  • python软件包
  • gnu软件源码包
  • linux源码
地址 说明
http://mirrors.ustc.edu.cn/ 中国科学技术大学镜像站
https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ 清华大学镜像站
http://mirrors.163.com/ 网易开源镜像站
http://mirrors.aliyun.com/ 阿里开源镜像站
https://mirrors.cernet.edu.cn 校园网联合镜像站

静态文档网站

一些静态的网页文档,如doxygen生成的帮助文档与docsify制作的静态说明文档。

类型 URL 备注
静态文档仓库 https://heyahong.github.io/#/ 采用github pages托管,源代码仓库:https://github.com/HEYAHONG/HEYAHONG.github.io.git
网站 http://docs.hyhsystem.cn 采用nginx服务器,运行于云服务器

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