【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