一種物聯網應用開發平臺網關的製作方法

2023-09-11 13:20:00 1

本實用新型涉及一種網關，具體為一種用於物聯網應用開發的網關。

背景技術：

由於物聯網的大批興起和應用的快速推廣，物聯網應用開發技術也得到了長足的發展，但是在某些方面，物聯網應用開發技術的發展遇到了瓶頸，尤其是針對各種在校生進行物聯網應用開發知識普及教育的物聯網應用開發平臺，物聯網應用開發平臺包括開發箱、網關箱和雲平臺三部分，而網關箱是連接開發箱和雲平臺的橋梁，因此，網關成為整個平臺建設中的重點和難點。現有的物聯網應用開發箱體積大、成本高，功能單一，只能做一些驗證性實驗，不能根據現實情況進行應用開發，不能滿足學生的學習和設計需求，不能滿足學生實現一個完整的工程應用系統的需求。本實用新型一種物聯網應用開發平臺網關解決了這些問題，滿足了學生以及老師的物聯網應用開發知識普及教育的實際需求。

技術實現要素：

本實用新型需要解決的技術問題是，克服背景技術的不足，提供一種結構簡單合理、體積較小、便於攜帶、且能實現開發箱與雲平臺之間的連接的物聯網應用開發平臺的網關。物聯網應用開發平臺網關包括：單片機開發板模塊、Zigbee協調器開發板模塊、GPRS通信開發板模塊、電源模塊、杜邦線、網關箱六部分。用杜邦線將布置在網關箱內的單片機開發板模塊、Zigbee協調器開發板模塊、GPRS通信開發板模塊、電源模塊連接起來形成物聯網應用開發平臺網關。其通訊過程為：單片機開發板模塊控制Zigbee協調器開發板模塊接收物聯網應用開發箱終端Zigbee節點採集回來的傳感器數據，然後Zigbee協調器開發板模塊又由串口和單片機開發板模塊之間進行通信，隨之單片機開發板模塊由控制指令將信息傳送到GPRS通信開發板模塊，最後GPRS通信開發板模塊通過TCP Socket協議傳輸到物聯網雲平臺上，用戶可以通過物聯網雲平臺查看和利用數據；用戶也可通過物聯網雲平臺發送控制命令由GPRS通信開發板模塊下放給Zigbee協調器開發板模塊，Zigbee協調器開發板模塊再下放給對應的終端Zigbee節點，以實現對設備的遠程控制。

本實用新型是採取如下的技術方案實現的：一種物聯網應用開發平臺網關包括單片機開發板模塊、Zigbee協調器開發板模塊、GPRS通信開發板模塊、電源模塊、杜邦線、網關箱六部分。其中單片機開發板模塊、Zigbee協調器開發板模塊、GPRS通信開發板模塊之間通過杜邦線連接構成網關，電源為其提供電以供其能夠正常工作，通過相應程序實現傳輸功能。

所述單片機開發板模塊採用的是Arduino Mega2560開發板。Arduino Mega2560開發板的核心是ATmega2560且採用USB接口形式，與其他系列的晶片相比具有較多的數字I/O口且引腳功能完備，供電方式靈活多樣，因其內置了bootloader程序所以燒錄程序更加方便。

所述Zigbee協調器開發板模塊是由串口和單片機之間通信的，可以很快的實現把設備連入到Zigbee網絡的目的。Zigbee協調器開發板模塊由一個XBEE底板和XBee模塊組成，把XBee模塊插到XBEE底板上構成Zigbee節點，頻段為2.4GHZ，採用802.15.4協議棧，是以串口的方式與單片機開發板模塊進行通信的，支持點對點通信以及點對多點網絡，此模塊的天線為導線天線。

所述GPRS通信開發板模塊用的是SIM900 GSM/GPRS擴展板，為SIM900 4頻 GSM/GPRS 模塊。它給Arduino Mega2560主控板提供GSM/GPRS功能擴展，用上此擴展板後，Arduino Mega2560主控板能進行簡訊的收發和與GPRS數據連接通訊，此模塊主要實現與雲平臺的無線遠程通信。

物聯網應用開發平臺網關通過Zigbee協調器開發板模塊接收物聯網應用開發箱Zigbee終端節點發送過來的傳感器數據，其中ZigBee終端節點和Zigbee協調器開發板模塊之間的傳輸方式是Zigbee通信方式，Zigbee協調器開發板模塊將傳輸過來的數據通過串口通信的方式與單片機開發板模塊進行通信，單片機開發板模塊以控制指令的方式傳輸到GPRS通信開發板模塊，最後GPRS通信開發板模塊通過TCP Socket協議傳輸到物聯網雲平臺上。用戶可以通過物聯網雲平臺查看和利用數據；用戶也可通過物聯網雲平臺發送控制命令由GPRS通信開發板模塊下放給Zigbee協調器開發板模塊，Zigbee協調器開發板模塊再下放給對應的終端Zigbee節點，以實現對設備的遠程控制。

本實用新型的有益效果是：本實用新型涉及的一種物聯網應用開發平臺網關，是一種通用性強、可擴展性高的物聯網應用開發平臺網關，解決了以下問題：普通物聯網應用開發箱體積大、成本高，功能單一，只能做一些驗證性的實驗，不能根據現實情況進行應用開發，不能滿足學生學習和設計的需求，不能滿足學生實現一個完整的工程應用系統的需求。滿足了學生以及老師對物聯網應用開發知識的普及教育的實際需求，使物聯網應用開發更加的完善和發展。

附圖說明

圖1是本實用新型網關的結構的示意圖。

圖2是本實用新型網關程序流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本實用新型一種物聯網應用開發平臺網關具體實施，但不對本實用新型的權利要求作任何限定。

如圖1所示，一種物聯網應用開發平臺網關包括單片機開發板模塊、Zigbee協調器開發模塊和GPRS通信開發板模塊三大主要部分。用杜邦線將布置在網關箱內的單片機開發板模塊、Zigbee協調器開發板模塊、GPRS通信開發板模塊、電源模塊連接起來形成物聯網應用開發平臺網關。

所述單片機開發板模塊採用的是Arduino Mega2560開發板。Arduino Mega2560開發板的核心是ATmega2560且採用USB接口形式，單片機開發板模塊上的USB接口與PC機上的USB接口通過USB接口線相連，在PC機的軟體平臺上編寫程序並燒錄到單片機開發板模塊以實現所需的功能。

所述Zigbee協調器開發板模塊是由串口和單片機之間通信的，可以很快的實現把設備連入到Zigbee網絡的目的。所述Zigbee協調器開發板模塊的TXD引腳與單片機開發板模塊的串口2引腳用杜邦線進行連接，用來實現串口通信；所述Zigbee協調器開發板模塊的電源和GND引腳與單片機開發板模塊的對應引腳用杜邦線連接起來，以實現正常通信。所述的單片機開發板模塊通過Zigbee協調器開發板模塊以「02，傳感器序號，傳感器數據；」這樣的通信格式上傳數據到物聯網雲平臺上。

所述GPRS通信開發板模塊用的是SIM900 GPRS擴展板，選其是因其具有4頻且能提供擴展功能。所述GPRS通信開發板模塊的TXD引腳與單片機開發板模塊的串口1引腳用杜邦線連接起來，所述GPRS通信開發板模塊的電源和GND引腳與單片機開發板模塊的對應引腳用杜邦線進行連接，用來實現通信。所述GPRS通信開發板模塊以「03，傳感器序號，指令序號，指令內容；」這樣的通信格式上傳到物聯網雲平臺，當雲平臺做出控制傳感器的命令時且傳感器執行了則GPRS通信開發板模塊會以「04，指令序號，指令返回結果；」這樣的通信格式回傳傳感器執行的結果。

物聯網應用開發平臺網關通過Zigbee協調器開發板模塊接收物聯網應用開發箱Zigbee終端節點發送過來的傳感器數據，其中Zigbee終端節點和Zigbee協調器開發板模塊之間的傳輸方式是Zigbee通信方式，Zigbee協調器開發板模塊將傳輸過來的數據通過串口通信的方式與單片機開發板模塊進行通信，單片機開發板模塊以控制指令的方式傳輸到GPRS通信開發板模塊，最後GPRS通信開發板模塊通過TCP Socket協議傳輸到物聯網雲平臺上。用戶可以通過物聯網雲平臺查看和利用數據；用戶也可通過物聯網雲平臺發送控制命令由GPRS通信開發板模塊下放給Zigbee協調器開發板模塊，Zigbee協調器開發板模塊再下放給對應的終端Zigbee節點，以實現對設備的遠程控制。

如圖2所示，程序在執行時首先要初始化串口頻率，然後以GPRS模塊控制指令和伺服器建立socket連接，建立連接後單片機開發板讀取GPRS串口的數據，此時單片機開發板模塊會判斷GPRS是否有數據，如果有數據將進一步判斷是否是控制命令，若是控制命令將會由串口2發送到Zigbee協調器開發板模塊上，否則將會列印到串口0上以便調試；最後單片機開發板模塊利用所寫的程序判斷Zigbee協調器是否有數據，如果有數據則會通過串口1 與GPRS建立的socket連接將Zigbee協調器開發板模塊的數據發送到伺服器上，這樣循環讀取數據。

本實用新型上述一種物聯網應用開發平臺網關，不僅滿足了學生以及老師對物聯網應用開發知識普及教育的實際需求，而且還能滿足學生做一些完整的工程應用系統，將學生對物聯網的熱情和興趣激發出來，從而提高了學生的開發能力。