临淄区青少年科技馆物联云创客项目

临淄区青少年科技馆物联云创客项目

一、科技馆物联云开发背景和所用技术 2
（一）为什么要学物联 2
（二）、实现科技馆物联云所用到主流（芯片）技术 3
二、如果独立完成这个物联云创客平台，我们能做那些事情6
1、 各科研机构、院校物联 专业或各学校创客室建设实验平台。 6
2、 学校智能化管理兼创客室建设平台 6
3、 智能家居应用 6
4、 智能灌溉： 7
5、 智能中控： 7
三、科技馆物联云总体概况和呈现形式 9
1、功能拓扑图： 9
2、电脑上位机： 10
3、Android手机APP 11
四、科技馆物联云项目关键功能点实现过程 12
（一）、墙盒改造灯控制： 12
（二）、门控（电磁锁+模块）远程控制实现方方案 14
（三）、智能窗帘（减速电机+模块）远程控制实现方案 16
（四）、空调/电视（模块+红外控制板）远程控制空调或电视原理 18
（五）、设定温度阀值智能控制风扇或空调开关保持恒温 20
（六）、有害气体检测蜂鸣器 警和光敏控制开关灯 22
（七）、温湿度和PM2.5数据采集 24
（八）、RGB彩带模块控制7种颜色 27
五、科技馆物联云各功能模块功能及分布明细 29
六、科技馆物联云通讯协议 30

一、科技馆物联云开发背景和所用技术

（一）为什么要学物联 br> 物联 是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是：“Internet of things（IoT）”。顾名思义，物联 就是物物相连的互联 。这有两层意思：其一，物联 的核心和基础仍然是互联 ，是在互联 基础上的延伸和扩展的 络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联 通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于 络的融合中，也因此被称为继计算机、互联 之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联 是互联 的应用拓展，与其说物联 是 络，不如说物联 是业务和应用。因此，应用创新是物联 发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联 发展的灵魂。

开发这个物联云平台初衷可以理解为物联 技术应用开发实验平台，把cc2530、8266芯片以及各种传感器通过计算机数字化编程整合到一个平台，通过INTERNET链接起来实现我们所需要的应用功能，比如远程控制或数据采集等。如果从芯片固件开发到电脑上位机和手机APP程序所有环节打通的话，就类似和国内小米，天猫等物联 企业一样掌握了核心技术可生产物联 应用产品，比如：
1、 各科研机构、院校物联 专业或各学校创客室建设实验平台。
比如CC2530是美国TI开发的物联 芯片，目前主流应用智能家居等运用TI公司技术，ZIGBEE协调栈的推出极地降低了CC530应用门槛，可以先建立起CC530实验平台，各传感器数据采集，继电器控制，根据我三年来学习经验，兴趣是排在第一位，比如先看到无线点亮一盏灯现象，再让学生寻找的原理是如何实现的，实现这一功能你得具备那些知识不正是开启学生学习起点吗开始就学习枯燥难懂C语言芯片程序可能把很多学生学习积极性打没了，很少有人能坚持下来，物联 应用说的简单些就两点：一是通过电脑上位机或手机APP通过 络发送指令到芯片，芯片再控制传感器（继电器），二是芯片上传感器获取的数据再通过芯片程序上传到电脑或手机，实现双向通讯，基本上就是之么个应用原理。所以说我强列建议这些部门或机构先投资把平台建设起来，先实现功能再研究原理，这个平台也是以后完善和学习提高的模板，在这个基础上不断地创新，开发新的项目和功能。现在很多学校花10万或更多主要花在装修上，购一些工具类等华而不实形象工程，根本就是拍脑壳决定。比如我们这个平台基本上实现了智能家居所有应用功能，可以根据菜单一样选择自己目前先学习的功能。
2、 学校智能化管理兼创客室建设平台
创客室智能化应用展示平台，远程控制开关灯、电视、窗帘、空调等，学校教室灯光控制完全可以实现根据传感器光照度决定是否自动开灯，晚上安防关键地方灯自动开关，厕所智能冲洗、两操音乐自动播放，有草坪地方定时智能灌溉，智能门锁等，可以根据实际需要开发。
3、 智能家居应用
这个物联平台主要就是实现这一功能，家庭智能化应用基本上全覆盖，如如：智能门锁（远程开关），智能照明（定时开关灯）智能窗帘，晚上自动关闭，早晨自动打开，空调恒温控制，指定26度，传感器可根据检测室内温度决定是否打开或关闭空调，电饭煲可以在下班前打开可以提前煲汤或蒸大米饭；厨房煤气、漏水、着火检测等功能，实现一体化APP管理。(2020年上半年，准备以我房间进行智能化改造,如果不包括我的软件程序知识产权费用，费用是商用大牌十分之一费用能实现)
4、 智能灌溉：
智能灌溉实质就是智能模块+电磁阀的应用，这其实是智能农业中一个分支，在2019年我已经在我的菜园实现了智能化改造，10路水，5路是灌溉，5路是喷淋，根据种植不同蔬菜种类决定，再加上摄像头实现远程管理，效果很明显，比如草莓，改造前采摘期2周多点就没了，改造到延长增三个周，其它蔬菜长势也很好，有机会大家可以云参观一下。 站上《智能菜园》。
5、 智能中控：
中央控制系统一般应用在多媒体会议室、电化教室、监控及指挥中心，新闻发布室等、环境控、场馆设备自动化控制、智能大棚等。以多媒体会议室为例，中央控制器作为所有电教设备的控制中心。教室内所有的电教设备如：录像机，影碟机，投影机，电动屏幕，音响，还有室内灯光，窗帘都可以与中央控制器相连，受其控制。用户只需要坐在触摸屏前，便可以直观的操作整个系统，包括系统开关、各设备开关、灯光明暗度调节、信 切换、信 源的播放和停止、各种组合模式的进入和切换、音量调节，以及对用于扩声的会议音响系统；用于讨论、表决、投票的数字会议及同声传译系统；用于远程会议的视频会议系统；用于视频、VGA信 显示的大屏幕投影系统；用于提供音视频信 的多媒体周边设备；用于全局环境设施、系统设备控制等系统的全自动综合控制等等。
自动化应用：
中控是工厂自动化中的一个重要组成部分。它负责全厂的数据采集汇总、处理、监控，以达到控制、优化、调度、安全、管理的目的。一般主要由集散控制系统（DCS）、电视墙、数据服务器、操作工作站等组成。
中控是工厂自动化的核心，将有利于工厂增加生产的安全性，降低能耗和原料消耗，提高设备利用率和劳动生产率，提升综合竞争力。
多媒体
中控是多媒体会议室和多媒体电教系统设备，它主要的作用就是通过RS232、RS485、红外、 络（含WIFI）等协议来控制周边设备，比如投影机、大屏幕电视、音响、摄像头、电动吊架、灯光、窗帘等。一般的控制端为无线触摸屏、有线触摸屏、控制面板、墙装面板、电脑端软件和遥控器。
2019年底，利用ESP8266+CC2530开发一套智能远程中控，主要应用于电力部门远程控制设备、适合工厂车间设备自动化管理、各种场馆智能化管理、包括智能大棚、智能养殖等方面稍加改造就能应用，详细见《智能中控制系统》

三、科技馆物联云总体概况和呈现形式
1、功能拓扑图：

（四）、空调/电视（模块+红外控制板）远程控制空调或电视原理
1、遥控原理
红外控制板先学习电视或空调开关或调温等数据存储到系统芯片中，记下每个频道存储电视或空调开关指令序 ，CC2530模块串口发送相对应的指令实现红外控制板远程开关空调和电视的功能。如果加上DHT11可以实现低于或高于设定温度自动开关空调功能。
2、红外控制板购买及预算
红外控制板：（60元）
模块+5V电源：68+15=83元
3、红外模块与CC2530模块接线图

//接收协器无线传来温度阀值数据，参数为接收到的数据
void SampleApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pkt )
{
…
else if(EndDeviceID == afRxData[2] && afRxData[3] == 0x0D)
{//发送：3A 00 01 0D 12 24 23 设置终端1 DHT11温度阀值为18
TempAlert = afRxData[4]; //温度阀值
break;
}

if (wendu != 0 )
{
if( wendu > TempAlert )
{ Relay_PIN=0; }
else
{ Relay_PIN=1; }
} if (wendu != 0 )
{
if( wendu > TempAlert )
{ Relay_PIN=0; }
else
{
Relay_PIN=1;
}
}

（六）、有害气体检测蜂鸣器 警和光敏控制开关灯
1、气体检测 警及光敏控制开关灯原理
CC2530模块通过MQ-2传感器检测是否存在有害气体控制蜂鸣器声响。CC2530通过光敏传感器感知光亮度，来决定是否自动打开继电器来控制灯的开关。
2、所需模拟和传感器要购买及预算
继电器：（15元），光敏传感器：（10元），蜂鸣器:(10元)
模块+5V电源：68+15=83元
3、有害气体检测实现拓扑图

（八）、RGB彩带模块控制7种颜色
1、RGB色彩控制原理
上位机（APP）发送RGB彩带颜色控制指令，通过MQTT云服务中转给CC2530协调器 关，协调器模块通过无线发送给彩带终端模块，模块根据RGB驱动程序接口，执行改变彩带色彩。彩带驱动程序有专门章节下载共享。
2、所需模拟和传感器要购买及预算
RGB彩带：（30元/米）
模块+5V电源+继电器：68+15+15=98元
3、RGB彩带模块控制拓扑图

4、CC2530源码实现详见U盘指定目录
关键代码如下：
#if defined WSN_Lightbelt //彩色灯带
#define LAMP_PIN P0_0 //定义P0.0口为继电器输入端
LAMP_PIN = 1; //高电平继电器断开;低电平继电器吸合
P0SEL &= ~0x01; //设置继电器P0.0口为普通IO,p0_5给灯带
P0DIR |= 0x01;
InitT1(255, 255, 0); //默认为红色 参数顺序为 R G B
#endif

终端接受到APP发送的（RGB）指令执行代码：
else if(afRxData[3] == 0x09) //灯带控色 功能码为09
{
//RGB光带 EndDeviceID为03
if(EndDeviceID == afRxData[2] || afRxData[2] == 0xFF)
{
SetT1(afRxData[4], afRxData[5], afRxData[6]);
}
break;
}
五、科技馆物联云各功能模块功能及分布明细

终端编 功能 传感器 位置
0x0001 顶灯 继电器 （通用终端程序） 物联室
0x0002 门控 继电器 （专用终端程序） 物联室
0x0003 灯带 彩带 （专用终端程序） 物联室
0x0004 大风扇 继电器（通用终端程序） 物联室
0x0005 小风扇 继电器、DHT11、PM2.5 （专用终端程序） 物联室
0x0006 窗帘 串口通讯（专用终端程序） 物联室
0x0007
0x0008 温湿度pM2.5 DHT11、PM2.5（通用终端程序） 一楼展厅
0x0009 进馆人数统计 红外对管（专用终端程序） 一楼展厅
0x000A 温湿度pM2.5 DHT11、PM2.5（通用终端程序） 科技馆室外
0x000B 8266开发板 物联室
0x000C 继电器+光敏+气体+蜂鸣器 继电器、光敏、mq-2、蜂鸣器（专用终端程序） 物联室
0x000D 继电器+开关蜂鸣器+温度控制风扇 继电器、DHT11、蜂鸣器（专用终端程序） 物联室
0x000E 水泵开关 继电器（通用终端程序） 物联室作品
0x000F 一 电磁阀 继电器（通用终端程序） 物联室作品
0x0010 二 电磁阀 继电器（通用终端程序） 物联室作品
0x0011 三 电磁阀 继电器（通用终端程序） 物联室作品
0x0012 电视投影 红外射频模块（专用终端程序） 物联室作品
路由器1 Zigbee通讯 （专用终端程序） 二楼门口
路由器2 Zigbee通讯 （专用终端程序） 一楼门口

六、科技馆物联云通讯协议
一、科技馆物联云开发背景和所用技术 2
（一）为什么要学物联 2
（二）、实现科技馆物联云所用到主流（芯片）技术 3
二、如果独立完成这个物联云创客平台，我们能做那些事情6
1、 各科研机构、院校物联 专业或各学校创客室建设实验平台。 6
2、 学校智能化管理兼创客室建设平台 6
3、 智能家居应用 6
4、 智能灌溉： 7
5、 智能中控： 7
三、科技馆物联云总体概况和呈现形式 9
1、功能拓扑图： 9
2、电脑上位机： 10
3、Android手机APP 11
四、科技馆物联云项目关键功能点实现过程 12
（一）、墙盒改造灯控制： 12
（二）、门控（电磁锁+模块）远程控制实现方方案 14
（三） 、智能窗帘（减速电机+模块）远程控制实现方案 16
（四）、空调/电视（模块+红外控制板）远程控制空调或电视原理 18
（五）、设定温度阀值智能控制风扇或空调开关保持恒温 20
（六）、有害气体检测蜂鸣器 警和光敏控制开关灯 22
（七）、温湿度和PM2.5数据采集 24
（八）、RGB彩带模块控制7种颜色 27
五、科技馆物联云各功能模块功能及分布明细 29
六、科技馆物联云通讯协议 30
1、概述
本协议适用于本公司所生产的所有无线通信模块，实现数据在模块之间的传递。
本协议对无线模块内的参数和硬件资源标准化，从而可以采用相同的方法来访问和控制模块内部的资源；串口控制协议为用户提供了对模块的控制访问通道，用户设备可以通过串口对无线通信进行控制，完成数据的传递，参数的访问等。
2、帖格式
2.1查询单个终端
文组成单元 开始 地址 功能码 校验码 结束
字节数 1字节 2字节 1字节 1字节 1字节
描述 3A(?? 23(#)
缩写 SD ADDR FC XOR ED

响应
文组成单元 开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
字节数 1字节 2字节 1字节 n字节 1字节 1字节
描述 3A(?? 23(#)
缩写 SD ADDR FC DA XOR ED

2.1控制单个终端
文组成单元 开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
字节数 1字节 2字节 1字节 n字节 1字节 1字节
描述 3A(?? 23(#)
缩写 SD ADDR FC DA XOR ED

响应
文组成单元 开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
字节数 1字节 2字节 1字节 n字节 1字节 1字节
描述 3A(?? 23(#)
缩写 SD ADDR FC DA XOR ED
响应 文中数据如果等于0表示：操作失败，1则操作成功。数据还可分高四位和低四位，高四位保存操作的标志，低四位保存原始数据。商业版可以这么做增加安全性。

功能码FC 描述 数据长度
01 查询所有终端传感器的数据
02 查询单个终端上所有传感器的数据
03 协调器配置在线Zigbee 络参数（切换新的信道
04 保留
05 协调器通过上位机在线配置在线Zigbee 络参数
06 协调器配置在线Zigbee 络参数后重新启动
07 关闭所有设备
08 保留
09 灯带控色 功能码为09
0A 控制继电器开关
0B 控制减速电机窗帘开关
0C 控制电视或投影机
0D 设置终端 DHT11温度阀值为
0E 音乐播放功能码用）0E
0F 按键控制蜂鸣器0：打开；1：关闭

例子:
2.2查询单个终端上的灯开关状态， 文组成如下 ：

开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
1字节 2字节 1字节 查询时为空 1字节 1字节
3A(?? 0001 03 空 38 23(#)
响应
开始 执行状态 数据 校验码 结束
1字节 1字节 1字节 1字节 1字节
3A(?? 01 00 3B 23(#)
发送： 3A 00 01 38 23
返回： 3A 01 00 3B 23 (执行成功)
返回数据：00表示状态为灭，01表示状态为亮
2.3、开关单个终端上的灯：
开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
1字节 2字节 1字节 1字节 1字节 1字节
3A 0001 0A 01 30 23

响应（原样返回）
开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
1字节 2字节 1字节 1字节 1字节 1字节
3A 0001 0A 01 30 23
点亮终端地址为0001的灯
发送：3A 00 01 0A 00 31 23 点亮终端地址为0001的灯
返回：3A 00 01 0A 00 31 23 （执行成功）
2.4、开关所有终端上的灯， 文组成如下：
开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
1字节 2字节 1字节 1字节 1字节 1字节
3A FFFF 04 01 3F 23

响应（原样返回）
开始 执行状态 数据 校验码 结束
1字节 1字节 1字节 1字节 1字节
3A FF 01 C4 23
点亮所有终端的灯
发送：3A FF FF 04 01 3F 23 点亮终端地址为0001的灯
返回：3A FF 01 C4 23 （执行成功）

关闭所有终端的灯
发送：3A FF FF 04 00 3E 23 点亮终端地址为0001的灯
返回：3A FF 00 C5 23 （执行成功）

2.5、由于采用打包机制，查询数据只需查询所有终端上所有传感器的数据即可，节省 络带宽。单个传感器
查询命令并没有实现，有兴趣的可以参考查询命令自己添加哦。
查询所有终端上所有传感器的数据：科技馆物联云采用自己开发的通用ZIGBEE系统设计：一个协调器+18个终端的模式，而且每个终端只能上传有效数据位6位：
NodeData[afRxData[2]-1][0] = afRxData[4]; //shortAddr_Hi
NodeData[afRxData[2]-1][1] = afRxData[5]; //shortAddr_Lo
NodeData[afRxData[2]-1][2] = afRxData[6]; //温度(DHT11)
NodeData[afRxData[2]-1][3] = afRxData[7]; //湿度(DHT11)
NodeData[afRxData[2]-1][4] = afRxData[8]; //继电器1
NodeData[afRxData[2]-1][5] = afRxData[9]; // 继电器2
发送： 3A 00 FF 01 C4 23
响应：3A 00 FF 01 +( shortAddr_Hi1 shortAddr_Lo1 温度1 湿度1 继电器1 其它1)
+( shortAddr_Hi2 shortAddr_Lo2 温度2 湿度2 继电器2 其它2)
+
…
+( shortAddr_Hi 18 shortAddr_Lo18 温度18 湿度18 继电器18 其它18)

• XOR 23
  目前按通用ZIGBEE设计方案，18个终端打包机制，共有18*6+6=114（6：3A 00 FF 01 xor 23）

3、开关继电器：
开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
1字节 2字节 1字节 1字节 1字节 1字节
3A 0001 0A 01 30 23

响应（原样返回）
开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
1字节 2字节 1字节 1字节 1字节 1字节
3A 0001 0A 01 30 23
开继电器设备
发送：3A 00 01 0A 00 31 23 点亮终端地址为0001的灯
返回：3A 00 01 0A 00 31 23 （执行成功）
4、打开关闭窗帘：
打开窗帘
开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
1字节 2字节 1字节 1字节 1字节 1字节
3A 0006 0B 02 35 23
发送：3A 00 06 0B 02 35 23 打开终端地址为0006的窗帘

关闭窗帘
开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
1字节 2字节 1字节 1字节 1字节 1字节
3A 0006 0B 01 36 23
发送：3A 00 06 0B 01 36 23 关闭终端地址为0006的窗帘

5、打开关闭蜂鸣器：
打开蜂鸣器
开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
1字节 2字节 1字节 1字节 1字节 1字节
3A 000D 0F 00 38 23
发送：3A 00 0D 0F 00 38 23 打开终端地址为000D的蜂鸣器
关闭蜂鸣器
开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
1字节 2字节 1字节 1字节 1字节 1字节
3A 000D 0F 01 39 23
发送：3A 00 0D 0B 01 39 23 关闭终端地址为000D的蜂鸣器
6、打开关闭电视或投影：
打开电视或投影
开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
1字节 2字节 1字节 1字节 1字节 1字节
3A 0012 0C 02 26 23
发送：3A 00 12 0C 02 26 23 打开终端地址为0012的电视或投影
关闭电视或投影
开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
1字节 2字节 1字节 1字节 1字节 1字节
3A 0012 0C 03 27 23
发送：3A 00 12 0C 03 27 23 关闭终端地址为0012的电视或投影
7、彩带颜色控制：
彩带绿色
开始 地址 功能码 数据 校验码 结束
1字节 2字节 1字节 R G B 1字节 1字节
3A 0003 09 00 FF 00 CF 23
发送：3A 00 03 09 00 FF 00 CF 23 终端地址为0003的彩带变绿色