嵌入式物联网开源项目分享

很多初学者或者互联网转行从业者，在学习嵌入式技术的基本理论概念之后，可能会感觉到迷茫，感觉自己虽然学了不少，但却不知道怎么用到项目上。

我一直认为，对于嵌入式物联网技术的入门，项目实战是验证理论学习的最佳方式。

在前面的两篇文章里面，我们基于飞凌的 ElfBoard 嵌入式开发板，分别从开箱入门测评和嵌入式Linux开发套路的角度，分析了这块开发板的各种特点，让开发者对这块开发板的硬件和资料有一个基本的认识。

本篇文章，我们将会基于 ElfBoard 开发板，开源一个面向初学者的，软硬件结合的嵌入式物联网项目，希望可以通过这个开源项目，让初学者对嵌入式物联网技术领域的 “ 云-网-边-端 ” 架构，有一个更加直观的认识。

关于这个项目的思维导图，如下图所示。

接下来，我们将会从云-网-边-端的物联网体系架构出发，描述整个开源项目的开发过程，整个开源项目的系统框架，如下图所示。

1– 云（涂鸦云服务器）

开源项目是采用涂鸦云作为云服务器的，之所以采用涂鸦云，主要是涂鸦的IoT生态体系很友好，并且对于个人开发者（初学者），涂鸦云的学习门槛和接入门槛是比较低的，无需企业账号，无需太高的设备购买费用，即可接入涂鸦云。

关于涂鸦云的具体用法，可以在公众号搜索我以前发布过的文章：

【嵌入式实战项目】环境监测设备接入涂鸦IoT开发平台

ElfBoard边缘中控是通过Tuya LinkSDK接入云服务器的，这个SDK采用标准的C语言进行编写，移植的时候非常方便，具体可以参考官方提供的移植文档，（此处不做详细描述）

在涂鸦云服务器上建立好产品，完成功能定义，完成设备交互面板设计，移植完Tuya Link SDK，等一系列操作后，就可以让ElfBoard具备接入云服务器的能力。

产品建成后，具体的功能定义如下图所示。

2– 网（Wi-Fi无线连接）

要让ElfBoard接入云服务器，就要先让ElfBoard的硬件具备连接互联网的能力，接入互联网的方式有：4G网络，Wi-Fi无线连接，RJ45有线网络连接，这几种方式都可以选用，由于ElfBoard开发板默认板载了一个RTL8723 无线Wi-Fi模块，因此，本项目选用Wi-Fi无线连接方式，让开发板接入互联网。

十分方便的是，飞凌官方已经提供了一个联网脚本，elf1_cmd_wifi.sh，应用程序开发工程师，可以很方便地调用这个脚本进行互联网链接，对于使用嵌入式Linux+Qt开发的应用程序，飞凌官方也提供了参考例程，我们在程序开发的时候直接参考使用即可。

本项目关于Wi-Fi联网的部分参考代码，如下图所示。（具体请参考完整源码）

3– 边（ElfBoard边缘中控）

边缘计算设备（边缘中控）采用飞凌ElfBoard开发板进行设计，运行嵌入式Linux操作系统，采用Qt进行UI界面开发，应用程序采用C/C++语言进行编写。

边缘计算设备（边缘中控）通过一个USB无线扩展模块，与端侧设备进行无线通信，这个USB无线扩展模块的具体设计，可以参考项目里面开源的教程文档。

USB无线扩展模块支持AT指令集，支持从机设备管理，支持控制命令透传，等等。感兴趣的初学者还可以修改这个扩展模块的固件（代码已开源），让其扩展更多创意的功能。

整个边缘计算设备的Qt应用程序，共提供了5个应用界面，初学者可以在这5个应用程序界面，自由扩展自己的创意想法，以下是这5个应用界面的功能介绍。

界面 1

界面 1是一个电器控制界面，通过这个界面，可以对端侧的电器设备进行无线控制，比如RGB三色灯的开关和亮度调节，灯光总开关的控制，远程继电器开关的控制，等等。当端侧无线设备有按键事件触发的时候，可以即时把按键值通过无线方式上报到边缘中控设备，并把按键事件在信息窗口进行显示。

界面 2

界面 2是一个环境监测界面，在这个界面，可以把开发板上面的温湿度传感器数据（客厅是实际值，卧室是模拟值）和环境亮度数据在界面上面实时显示出来，这个界面还可以扩展到土壤数据监测，空气颗粒物监测，环境噪声监测，等等。

界面 3

界面 3是一个云服务器连接界面，通过【连接涂鸦云】按钮，把边缘中控ElfBoard接入涂鸦云服务器，然后通过手机端【智能生活APP】扫描二维码，即可完成手机APP与设备的绑定操作，并且在信息窗口显示连接状态，手机APP通过云端转发的控制指令，也可以实时在信息窗口进行显示。

ElfBoard边缘中控还可以把手机APP的控制指令转发到无线端侧设备执行，也可以把环境监测里面的传感器数据，上报到云服务器，然后在手机APP界面进行实时显示。

界面 4

界面 4是一个有线网络界面，这个界面实现了一个远程抄写电表数据的功能，通过RS485总线和Modbus-RTU软件协议，让ElfBoard边缘中控连接一个虚拟电表，虚拟电表的用电数据不断更新（模拟用电过程），然后实现电表数据的实时读取，并在信息窗口进行显示。

界面 5

界面 5是ElfBoard边缘中控的参数设置界面，在这个界面里面，可以对ElfBoard边缘中控本身进行程序升级（未完成），同步网络时间，设置USB无线模块，端侧从机扫描，以及重置USB无线模块，开发者还可以在这个界面扩展更多有趣好玩的参数配置功能。

4– 端（采集与执行设备）

端侧设备主要是以下三种类型的设备：支持Modbus-RTU协议的有线从机设备，具备2.4GHz/433MHz无线通信功能的网络模块，以及手机APP应用程序。

关于Modbus-RTU的有线从机设备，我们可以使用电脑端的Modbus-Slave软件进行虚拟，Modbus-Slave软件是一款精美小巧的Modbus-RTU从机调试软件，使用它可以虚拟出任何支持Modbus协议的从机设备，具体软件界面如下图所示。

关于无线网络模块，它支持继电器开关、RGB三色灯、按键事件等功能。

除了以上两种端侧设备之外，手机APP应用程序，也是属于端侧显示设备。手机APP应用是通过涂鸦云的间接转发方式，与ElfBoard边缘中控进行端对端通信的，ElfBoard边缘中控可以转发手机APP的控制指令到无线网络模块，以及接收边缘中控上报的环境监测数据。

整个项目已经开源到Gitee，欢迎各位嵌入式初学者或爱好者进行 Fork 和 Star。

--补充说明一下，文章里面提到的“ElfBoard开发板”，是指飞凌嵌入式旗下 ElfBoard 品牌推出的 ELF 1S 开发板，在验证这个开源项目的时候，需要使用ELF 1S进阶版。

审核编辑：汤梓红