WIFI DTU產(chǎn)品設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(基于STM32F103+QT配置上位機(jī)案例設(shè)計(jì)分享)
1 、什么是 WIFI DTU？
1.1 、什么是 DTU ?
DTU (Data Transfer unit)，是專門用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 IP 數(shù)據(jù)或?qū)?IP 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串 口數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無線終端設(shè)備。DTU 廣泛應(yīng)用于氣象、水文水利、地質(zhì)等行業(yè)。
1.2 、什么是 WIFI DTU？
使用 WIFI 模組，完成 DTU 的功能，就叫做 WIFI DTU，WIFI DTU 的實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)在于配網(wǎng)以及后期多端口及多種協(xié)議和端口的適配。
前面我們也介紹過，其實(shí)通過文件系統(tǒng)ini文件改個參數(shù)也可以實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)：
基于小熊派SD卡+Fatfs+移植開源iniparse解析庫并使用
2 、WIFI DTU 市場調(diào)研
淘寶和京東上可以看到有類似的 WIFI DTU 產(chǎn)品：
3 、WIFI DTU 實(shí)現(xiàn)方法
3.1 通過一個 MCU+ 一個 WIFI 模組的方式來實(shí)現(xiàn)
優(yōu)點(diǎn)：
1、開發(fā)者只需熟悉使用 WIFI 模組的 AT 指令，使用一個 MCU 結(jié)合串口 AT 指令與 WIFI 模組 通信，編寫軟件即可完成 WIFI DTU 的功能，
2、MCU IO 擴(kuò)展接口豐富，可以拓展實(shí)現(xiàn)多種接口的通信，完成更加復(fù)雜的 DTU 功能。
3、產(chǎn)品開發(fā)出來以后，如有多個拓展 IO，客戶可自行根據(jù)需求進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品。
4、定好 MCU 端的協(xié)議，無論后期模組怎么變，一套好的通信協(xié)議即可兼容所有模組。
缺點(diǎn)：
1、成本高昂，對于單一只需要與服務(wù)器建立連接，發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器的需求不太友好，這 樣等于把事情復(fù)雜化了，硬件成本也相對增加了。
2、需要自行開發(fā)配網(wǎng)的上位機(jī)或者手機(jī) APP，時間成本增加。
3.2 通過支持二次開發(fā)的 WIFI 模組的方式來實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)點(diǎn)：
1、成本低廉，因?yàn)橹挥幸粋€模組，極限的利用模組本身的 SDK 即可完成功能需求的開發(fā)。
2、通常模組廠已經(jīng)支持相應(yīng)的配網(wǎng)協(xié)議，可通過手機(jī) app，微信小程序，網(wǎng)頁實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)，模組廠支持力度大，技術(shù)也非常成熟。
缺點(diǎn)：
1、對于初學(xué)或者無模組 SDK 經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者來說不太友好，正所謂專業(yè)的人做專業(yè)的事，想 要隨時上手任何一款通信模組的 SDK 短時間內(nèi)很難上手，模組的SDK 多種多樣，有用C語言開發(fā)的，有用 C++開發(fā)的，Lua 語言開發(fā)的等等，復(fù)雜多化。
2、對于模組 IO 管腳本身就少的來說，拓展其它功能就不太適合了，更別說二次開發(fā)。
3、產(chǎn)品更新迭代快，可能你現(xiàn)在用的是這個模組，過一段時間，另一個模組又出來了，如果客戶有需求換產(chǎn)品，這時候要做功能遷移，由于模組 SDK 千變?nèi)f化，開發(fā)者也得適應(yīng)這種規(guī)律。
4 市場上常見WIFI DTU的功能
4.1 斐悅極限無線wifi串口服務(wù)器
4.2 常見上位機(jī)軟件配置功能
5、簡單小型WIFI DTU設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
5.1 小型WIFI DTU外觀及硬件設(shè)計(jì)
很早之前就做了一些超級簡單的小型WIFI DTU，現(xiàn)在就把它開源出來分享給大家，如下圖所示，這就是我們設(shè)計(jì)的DTU。
此處附上其中一個Demo板子ESP32版本的原理圖：
5.2 小型WIFI DTU與上位機(jī)通信協(xié)議制定
5.2.1 WIFI模式設(shè)置
5.2.2 WIFI 連接AP指令設(shè)置與查詢
5.2.3 WIFI 一鍵配置SoftAP參數(shù)指令設(shè)置與查詢
5.2.4 WIFI 建立TCP鏈接，UDP傳輸或SSL連接指令設(shè)置與查詢
5.2.5 WIFI 模組一鍵配置參數(shù)設(shè)置及查詢
5.3 小型WIFI DTU軟件設(shè)計(jì)
5.3.1 STM32CubeMX工程配置
由于配置參數(shù)過多，限于篇幅限制，這里就不貼出來了，見文章最后回復(fù)關(guān)鍵字自行下載，謝謝諒解！
5.3.2 軟件設(shè)計(jì)思路
系統(tǒng)初始化以后會讀取FLASH，獲取配置前透傳的設(shè)置并打印
struct Upper_Variable Upper_Val;
struct Upper_WFVariable Upper_ESP32Val;
/******************************************************************************************************************************************************************************
** 函數(shù)名:void DTU_ReadFlash_SetData(struct Upper_WFVariable *Upper_WFVal)
** 功能描述:獲取配置前透傳的設(shè)置并打印
** 輸入?yún)?shù): Upper_WFVal 存儲結(jié)構(gòu)體
** 輸出參數(shù):無
** 返回：無
*******************************************************************************************************************************************************************************/
void DTU_ReadFlash_SetData(void)
{
memset(ESP32_FlashReadTest, 0, sizeof(ESP32_FlashReadTest));
Flash_ReadData(SetDebug_Add, ESP32_FlashReadTest);
strcpy(Upper_Val.Upper_Debug, ESP32_FlashReadTest);
if(strcmp("0", Upper_Val.Upper_Debug) == 0)
{
Debug_f = 0;
}
else if(strcmp("1", Upper_Val.Upper_Debug) == 0)
{
Debug_f = 1;
}
DTU_Flash_GetData(SetDebug_Add, Upper_Val.Upper_Debug, "Debug狀態(tài):");
DTU_Flash_GetData(SetWFMode_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFMode, "WIFI模式:");
DTU_Flash_GetData(SetWFJAP_SSID_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFJAP_SSID, "AP模式SSID:");
DTU_Flash_GetData(SetWFJAP_PWD_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFJAP_PWD, "AP模式PWD:");
DTU_Flash_GetData(SetWFSAP_SSID_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFSAP_SSID, "SoftAP模式SSID:");
DTU_Flash_GetData(SetWFSAP_PWD_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFSAP_PWD, "SoftAPAP模式PWD:");
DTU_Flash_GetData(SetWFCIPSTART_Type_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFCIPSTART_Type, "連接的模式:");
DTU_Flash_GetData(SetWFCIPSTART_RemoteIP_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFCIPSTART_RemoteIP, "服務(wù)器端的IP:");
DTU_Flash_GetData(SetWFCIPSTART_RemotePort_Add, Upper_ESP32Val.Upper_SetWFCIPSTART_RemotePort, "服務(wù)器端的端口號:");
}
這里的參數(shù)存儲用結(jié)構(gòu)體Upper_Variable和Upper_WFVariable進(jìn)行維護(hù)：
#define Mode_L 2
#define SSID_L 20
#define PWD_L 20
#define Type_L 5
#define RemoteIP_L 100
#define RemotePort_L 10
struct Upper_Variable
{
//模組設(shè)置模式
uint8_t Upper_State;
char Upper_SetMode[Mode_L];
//模組品牌
char Upper_ModuleBrand[Mode_L];
//Debug信息開關(guān)
char Upper_Debug[Mode_L];
};
struct Upper_WFVariable
{
//WIFI的模式設(shè)置
char Upper_SetWFMode[Mode_L];
//WIFI的AP模式的SSID
char Upper_SetWFJAP_SSID[SSID_L];
//WIFI的AP模式的PWD
char Upper_SetWFJAP_PWD[PWD_L];
//WIFI的SoftAP的SSID
char Upper_SetWFSAP_SSID[SSID_L];
//WIFI的SoftAP的PWD
char Upper_SetWFSAP_PWD[PWD_L];
//字符串串參數(shù)，連接類型，"TCP"，"UDP" 或 "SSL"
char Upper_SetWFCIPSTART_Type[Type_L];
//字符串串參數(shù)，遠(yuǎn)端 IP 地址
char Upper_SetWFCIPSTART_RemoteIP[RemoteIP_L];
//IP地址的端口號
char Upper_SetWFCIPSTART_RemotePort[RemotePort_L];
};
//建立ESP32結(jié)構(gòu)體和ESP8266結(jié)構(gòu)體;
extern struct Upper_WFVariable Upper_ESP32Val;
WIFI DTU主要有以下模式
/**********************
DTU狀態(tài)列表
**********************/
enum DTU_State_List
{
//系統(tǒng)空閑模式
DTU_FreeMode = 0,
//系統(tǒng)存儲配置檢測模式
DTU_ConfigurationDetMode,
//系統(tǒng)配置設(shè)置模式
DTU_ConfigurationSetMode,
//系統(tǒng)透傳模式
DTU_PassthroughMode,
//系統(tǒng)透傳數(shù)據(jù)解析模式
DTU_DataAnalysisMode,
//系統(tǒng)配置模式
DTU_ConfigurationMode,
//系統(tǒng)錯誤模式
DTU_ERRORMode,
};
當(dāng)用戶長按按鍵時候，進(jìn)入系統(tǒng)配置模式:
void key_L_CallBack(void)
{
if(ESP32_STATE_D.ESP32_State != DTU_ConfigurationMode)
{
ESP32_STATE_D.ESP32_State = DTU_ConfigurationMode;
}
DEBUG("按鍵長按\r\n");
}
系統(tǒng)配置模式：
/******************************************************************************************************************************************************************************
** 函數(shù)名:void Upper_State_Dis(void)
** 功能描述:上位機(jī)配置狀態(tài)機(jī)
** 輸入?yún)?shù):無
** 輸出參數(shù):無
** 返回：無
*******************************************************************************************************************************************************************************/
void Upper_State_Dis(void)
{
Upper_RX_Dis();
Upper_Find_Dis(&Upper_Val);
Upper_Set_Dis(&Upper_Val);
switch(Upper_Val.Upper_State)
{
case Upper_FreeMode:
if(strcmp(Upper_Val.Upper_SetMode, "2") == 0)
{
Upper_Val.Upper_State = Upper_ESP32Mode;
DEBUG("進(jìn)入ESP32模式\r\n");
}
break;
case Upper_ESP32Mode:
Upper_ESP32_ValDis(&Upper_ESP32Val);
Upper_WFFind_ValDis(&Upper_ESP32Val);
break;
}
Upper_S_bit.Upper_Byte = 0;
memset(Upper_Rx_Buffer, 0, sizeof(Upper_Rx_Buffer));
}
系統(tǒng)配置模式對應(yīng)的狀態(tài)燈做如下處理：
系統(tǒng)狀態(tài)對應(yīng)LED燈
*********************************************************************/
if(ESP32_STATE_D.ESP32_State != DTU_ConfigurationMode)//系統(tǒng)空閑模式燈顯示
{
LED_SetColor(0, 1, 0); //設(shè)置顏色為綠色
}
else if(ESP32_STATE_D.ESP32_State == DTU_ConfigurationMode)//系統(tǒng)配置模式燈顯示
{
LED_SetColor(0, 0, 1); //設(shè)置顏色為藍(lán)色
}
else if(ESP32_STATE_D.ESP32_State == DTU_PassthroughMode)//系統(tǒng)配置模式燈顯示
{
LED_SetColor(0, 1, 1); //設(shè)置顏色為紫色
}
當(dāng)用戶短按按鍵時，進(jìn)入系統(tǒng)存儲配置檢測模式,此時判斷在系統(tǒng)初始化時讀取FLASH的參數(shù)的參數(shù)，如果沒有相應(yīng)的參數(shù)，則用戶需要長按按鍵切換到配置模式進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。
//系統(tǒng)存儲配置檢測模式
case DTU_ConfigurationDetMode:
DTU_STATE_D.DTU_ConfDep = ESP32_PassthroughDet(&Upper_ESP32Val);
if(DTU_STATE_D.DTU_ConfDep == ESP32_OK)
{
DEBUG("檢測到存儲的配置信息齊全\r\n");
ESP32_STATE_D.ESP32_SetModeState = TCP_Step0;
ESP32_STATE_D.ESP32_State = DTU_ConfigurationSetMode;
}
else if(DTU_STATE_D.DTU_ConfDep == ESP32_ERR)
{
DEBUG("檢測到存儲的配置信息有空的\r\n");
DEBUG("可以長按進(jìn)入配置模式\r\n");
DEBUG("配置成功后短按退出配置模式\r\n");
DEBUG("退出配置模式后自動進(jìn)入數(shù)據(jù)透傳模式\r\n");
ESP32_STATE_D.ESP32_State = DTU_ERRORMode;
}
break;
系統(tǒng)透傳模式:
//系統(tǒng)透傳模式
case DTU_PassthroughMode:
if(Uart1_Recv_End_Flag)
{
DEBUG("tx_len = %d\r\n", Uart1_Rx_Len);
DEBUG("發(fā)送的數(shù)據(jù)：%s\r\n", Uart1_Rx_Buffer);
Print(&huart2, "%s", Uart1_Rx_Buffer);
Uart1_Rx_Len = 0; //清除計(jì)數(shù)
Uart1_Recv_End_Flag = 0; //清除接收結(jié)束標(biāo)志位
memset(Uart1_Rx_Buffer, 0, sizeof(Uart1_Rx_Buffer));
}
if(Uart2_Recv_End_Flag)
{
//復(fù)位連接超時
DTU_STATE_D.DTU_TCPLinkTimeOut = Set_TCPLinkTimeOut;
DEBUG("rx_len = %d\r\n", Uart2_Rx_Len);
DEBUG("接收的數(shù)據(jù)：%s\r\n", Uart2_Rx_Buffer);
Uart2_Rx_Len = 0;
Uart2_Recv_End_Flag = 0;
memset(Uart2_Rx_Buffer, 0, sizeof(Uart2_Rx_Buffer));
}
if(!DTU_STATE_D.DTU_TCPLinkTimeOut)
{
DTU_STATE_D.DTU_TCPLinkCnt ++;
memset(&ESP32_S_bit, 0, sizeof(ESP32_S_bit));
memset(ESP32_Rx_Buffer, 0, sizeof(ESP32_Rx_Buffer));
memset(Uart2_Rx_Buffer, 0, sizeof(Uart2_Rx_Buffer));
if(DTU_STATE_D.DTU_TCPLinkCnt != Set_TCPLinkCnt)
{
ESP32_STATE_D.ESP32_State = DTU_ConfigurationDetMode;
}
else
{
Print(&huart2, "+++");
HAL_Delay(200);
Print(&huart2, "AT+CIPCLOSE\r\n");
HAL_Delay(200);
memset(&DTU_STATE_D, 0, sizeof(DTU_STATE_D));
ESP32_STATE_D.ESP32_State = DTU_ERRORMode;
}
}
break;
由于當(dāng)初特殊原因?qū)е马?xiàng)目沒有繼續(xù)完成下去，所以有幾個模式?jīng)]有實(shí)現(xiàn)，但該DTU已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)簡單的透傳功能了，有興趣的小伙伴可以自行添加完善這個項(xiàng)目。
上位機(jī)配置(基于QT5實(shí)現(xiàn))
由于WIFI DTU的項(xiàng)目是我們之前工作之余在朱友鵬老師指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)的，故名為鵬力云，鵬力是指的深圳鵬力電子，云指的是深圳云之手科技，后續(xù)我將會在小熊派上將這個STM32版本和QT上位機(jī)重新進(jìn)行整合后發(fā)布。
感興趣的小伙伴可自行下載代碼編譯，與DTU硬件進(jìn)行聯(lián)調(diào)。
開源項(xiàng)目資料下載
公眾號后臺回復(fù)：DTU 即可獲取下載鏈接。
公眾號粉絲福利時刻
這里我給大家申請到了福利，本公眾號讀者購買小熊派開發(fā)板可享受9折優(yōu)惠，有需要購買小熊派的朋友，淘寶搜索即可，跟客服說你是公眾號：嵌入式云IOT技術(shù)圈 的粉絲，立享9折優(yōu)惠！
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