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設(shè)計一款適用于家居使用的智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備，能夠管理和控制對應(yīng)開發(fā)的下屬從設(shè)備，并可以連接到云端服務(wù)器上進行數(shù)據(jù)交互通信；也可以通過對應(yīng)開發(fā)的移動終端應(yīng)用（如手機的APP）對網(wǎng)關(guān)以及從屬的設(shè)備進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)交換。由于本次設(shè)計不包括移動端APP的開發(fā)，就直接使用上海慶科公司提供的公版APP進行開發(fā)，實現(xiàn)設(shè)備的配網(wǎng)和云端登錄，并可以通過移動端APP向設(shè)備主機下發(fā)指令，再由主機通過ZigBee組網(wǎng)實現(xiàn)對兩個從屬設(shè)備的LED燈條和RGB燈珠分別進行調(diào)光和調(diào)色控制。

主要用到的硬件有STM32F401RE開發(fā)板作為主機的主控板，慶科的EMW3080B-WIFI模塊開發(fā)板，以上兩個開發(fā)套件是由主辦方提供的，另外還有用于設(shè)備主機和從機組網(wǎng)通信的ZigBee模塊，以及由STM8S003，ZigBee模塊設(shè)計的LED燈條調(diào)光從機設(shè)備和由STM32F103RC，ZigBee模塊設(shè)計的RGB調(diào)色從機設(shè)備。整個硬件總架構(gòu)框圖如下：

     

STM32F401RE開發(fā)板作為系統(tǒng)的主控部分，實現(xiàn)對WIFI模塊和ZigBee模塊的配置，云端下發(fā)的數(shù)據(jù)處理，以及通過ZigBee組網(wǎng)對下屬設(shè)備進行監(jiān)控。慶科的EMW3080B-WIFI模塊則作為主機聯(lián)網(wǎng)和登錄云端進行數(shù)據(jù)交互的橋梁，本次設(shè)計使用的是由慶科官網(wǎng)提供的MICO AT v2.x.x透傳固件，該固件配合慶科云的云端管理系統(tǒng)就能夠通過AT指令輕松實現(xiàn)WIFI模塊的聯(lián)網(wǎng)配置和云端登錄，并進行數(shù)據(jù)交互。關(guān)于慶科WIFI模塊的更多信息還請自行到慶科官網(wǎng)的開發(fā)者中心去了解。還有ZigBee模塊則實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)主機和從屬設(shè)備進行組網(wǎng)通信的功能，其中包括一個獨立設(shè)計的ZigBee模塊與主控板構(gòu)成主機部分。還有就是由STM8S003和ZigBee模塊設(shè)計的通過一路PWM控制LED燈條調(diào)光的從設(shè)備，以及由STM32F103RC和ZigBee模塊設(shè)計的由三路PWM控制RGB調(diào)色的從設(shè)備。

主要是用到的是由ARM提供的Mbed OS物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠基于它強大的庫編程能力和大數(shù)據(jù)處理能力，很好的實現(xiàn)基于該系統(tǒng)的開發(fā)板進行在線編程開發(fā)和管理。本次設(shè)計用到的STM32F401RE開發(fā)板就是可以基于該系統(tǒng)進行軟件開發(fā)的。由于這次設(shè)計的產(chǎn)品功能不是很復(fù)雜，所以就直接使用Mbed系統(tǒng)的在線編譯器Compiler進行軟件開發(fā)，我們只需要打開并登錄Mbed OS系統(tǒng)網(wǎng)頁，然后打開Compiler編譯器，并建立自己的Project就可以進行MCU的軟件開發(fā)。使用Compiler編譯器能夠很快的進行功能函數(shù)的編寫和工程的在線管理，基于系統(tǒng)強大的庫封裝能力，我們只需要編寫少量代碼，并調(diào)用相應(yīng)的API接口就能實現(xiàn)各種常用的功能，如PWM功能，UART通信功能，定時中斷處理等。本次設(shè)計中就是主要調(diào)用MCU的UART接口功能實現(xiàn)對WIFI模塊和ZigBee模塊的初始化和數(shù)據(jù)交互，以及對數(shù)據(jù)的處理。當(dāng)我們完成了軟件工程的編寫，只要點擊編譯的選項就能實現(xiàn)在線編譯，生成的BIN文件會通過網(wǎng)頁下載功能下載到你的開發(fā)端電腦，我們只需要燒錄BIN文件就可以了。由于本人也是初次接觸Mbed系統(tǒng)開發(fā)，關(guān)于更具體的信息，請自行登錄Mbed官網(wǎng)了解。另外使用到的軟件固件就是慶科提供的MICO AT v2.x.x透傳固件，這個我們只要登錄慶科的開發(fā)者平臺進行下載和根據(jù)升級步驟進行固件升級就行了，然后通過慶科提供的移動端APP和云端登錄配置參數(shù)對WIFI模塊進行配置就可以實現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和云端通信了，由于公版的APP只提供了白熾燈的調(diào)光和RGB調(diào)色的功能，我們只需要根據(jù)通信協(xié)議進行解析就能實現(xiàn)LED的遠程調(diào)光和RGB的遠程調(diào)色。還有就是從機設(shè)備的軟件驅(qū)動開發(fā)，本次的設(shè)計里實現(xiàn)的功能比較簡單，就是開個UART與ZigBee模塊進行數(shù)據(jù)交互，并通過MCU的PWM功能實現(xiàn)LED燈條的調(diào)光和RGB的調(diào)色，可以說是比較常用的MCU開發(fā)了，這里就不再詳述了。

這次的設(shè)計基本實現(xiàn)了預(yù)期的功能效果，基于慶科提供的公版APP可以進行功能效果的演示，通過APP和WIFI模塊的EasyLink配網(wǎng)功能，能夠很好的對主機進行配網(wǎng)和云端登錄，并可以通過APP端的調(diào)光和RGB調(diào)色按鈕下發(fā)指令數(shù)據(jù)到主機設(shè)備端，網(wǎng)關(guān)主機設(shè)備通過解析數(shù)據(jù)和ZigBee組網(wǎng)實現(xiàn)對下屬的LED調(diào)光設(shè)備進行通信從而實現(xiàn)移動端APP控制調(diào)光和RGB調(diào)色。最終的功能效果，可以點擊下面本人提供的視頻鏈接進行觀看。本次的設(shè)計基本上可以作為一款網(wǎng)關(guān)設(shè)備端產(chǎn)品開發(fā)的參照，只要根據(jù)實際應(yīng)用進行相應(yīng)的修改移植就能設(shè)計出適用于家庭應(yīng)用的網(wǎng)關(guān)設(shè)備并應(yīng)用于家居照明，家用電器控制，以及防盜智能鎖等日常應(yīng)用產(chǎn)品中。本人目前就是從事物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)品開發(fā)的，如有興趣或者這方面需求的朋友，可以聯(lián)系我進行交流咯。好了，這次的作品介紹就到這里了，再次感謝主辦方和相關(guān)的工作人員，提供這么一個實踐的機會和平臺。

下面附上演示視頻的連接地址：2017工程師創(chuàng)新設(shè)計大賽作品“多功能智能家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備”的功能演示