第 1 篇 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)基礎(chǔ)
第 1 章 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)簡介 2
1.1 物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng) 2
1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)的組成 2
1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點 3
1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 5
1.1.4 物聯(lián)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò) 5
1.1.5 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)中心 7
1.1.6 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)接入網(wǎng)絡(luò) 10
1.1.7 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)客戶端 10
1.2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的概念 10
1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的功能 10
1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計內(nèi)容 11
1.3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收集技術(shù) 11
1.4 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的類型 12
1.4.1 單片機網(wǎng)關(guān) 12
1.4.2 智能手機網(wǎng)關(guān) 13
1.4.3 X86 工控機網(wǎng)關(guān) 13
1.4.4 復(fù)合型網(wǎng)關(guān) 15
1.5 小結(jié) 16
思考題 16
案例 17
第 2 章 單片機網(wǎng)關(guān)簡介 18
2.1 單片機概述 18
2.1.1 單片機簡介 18
2.1.2 單片機的組成結(jié)構(gòu) 18
2.1.3 單片機的發(fā)展階段 20
2.1.4 單片機的特點 21
2.1.5 8 位單片機 22
2.1.6 16 位單片機 22
2.1.7 32 位單片機 22
2.1.8 64 位單片機 22
2.2 嵌入式操作系統(tǒng) 23
2.3 主要嵌入式操作系統(tǒng)簡介 23
2.3.1 PSoS 24
2.3.2 VRTX 24
2.3.3 QNX 24
2.3.4 VxWorks . 24
2.3.5 C/OS 24
2.3.6 RTLinux 25
2.3.7 Windows CE 25
2.3.8 Android 25
2.3.9 iOS 26
2.3.10 Windows 10 IoT 26
2.3.11 Google Brillo 27
2.3.12 華為 LiteOS 27
2.3.13 Harmony OS 27
2.3.14 Raspbian 27
2.4 小結(jié) 28
思考題 28
案例 28
第 2 篇 無操作系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)
第 3 章 C51 單片機網(wǎng)關(guān) 30
3.1 C51 簡介 30
3.2 C51 網(wǎng)關(guān)硬件介紹 31
3.3 C51 軟件開發(fā)環(huán)境 31
3.4 C51 數(shù)據(jù)收集 32
3.5 C51 設(shè)備控制 36
3.6 C51 數(shù)據(jù)上傳 37
3.7 小結(jié) 37
思考題 38
案例 38
第 4 章 C51 健康監(jiān)控網(wǎng)關(guān) 39
4.1 C51 健康監(jiān)控網(wǎng)關(guān)簡介 39
4.2 智能設(shè)備設(shè)計 39
4.2.1 簡介 39
4.2.2 設(shè)備組成 40
4.3 硬件設(shè)計與制作 41
4.3.1 原理設(shè)計圖 41
4.3.2 PCB 制作 44
4.4 系統(tǒng)程序設(shè)計 44
4.4.1 血壓值代碼 44
4.4.2 體重數(shù)據(jù)的部分代碼 45
4.4.3 身高測量代碼 45
4.4.4 網(wǎng)關(guān)連接藍牙主要代碼 45
4.5 健康網(wǎng)關(guān) App 客戶端 45
4.6 健康網(wǎng)關(guān) Web 服務(wù)端 46
4.7 小結(jié) 46
思考題 46
案例 47
第 5 章 STM32 單片機網(wǎng)關(guān) 48
5.1 STM32 簡介 48
5.2 STM32 芯片介紹 48
5.3 STM32 軟件開發(fā)環(huán)境 49
5.4 STM32 數(shù)據(jù)收集 50
5.5 STM32 設(shè)備控制 51
5.6 STM32 數(shù)據(jù)上傳 51
5.7 小結(jié) 52
思考題 52
案例 52
第 6 章 STM32 網(wǎng)關(guān)實驗 54
6.1 STM32-Wi-Fi 網(wǎng)關(guān)概述 54
6.1.1 核心板資源 54
6.1.2 STM32-Wi-Fi 底板資源 55
6.2 無線通信實驗 55
6.2.1 STM32 串口簡介 56
6.2.2 硬件設(shè)計 56
6.2.3 程序設(shè)計 56
6.2.4 硬件資源介紹 57
6.3 485 通信實驗 58
6.3.1 485 簡介 59
6.3.2 RSM3485 硬件設(shè)計 60
6.3.3 RSM3485 軟件設(shè)計 60
6.3.4 下載驗證 61
6.4 CAN 通信實驗 61
6.4.1 CAN 簡介 62
6.4.2 CAN 協(xié)議 62
6.4.3 CAN 的位時序 65
6.4.4 STM32 相關(guān) bxCAN 66
6.4.5 STM32 的 CAN 發(fā)送和接收的流程 67
6.4.6 CAN 配置過程及相關(guān)固件庫函數(shù) 68
6.4.7 CAN 硬件設(shè)計 69
6.4.8 CAN 軟件設(shè)計 69
6.4.9 CAN 通信測試 70
6.5 STM32-Wi-Fi 網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集與控制 71
6.5.1 硬件環(huán)境搭建 71
6.5.2 STM32-Wi-Fi 軟件設(shè)計 71
6.5.3 STM32-Wi-Fi 運行測試 73
6.6 小結(jié) 74
思考題 74
案例 74
第 7 章 STM32 車輛安全監(jiān)測網(wǎng)關(guān) 75
7.1 STM32 車輛安全監(jiān)測網(wǎng)關(guān)簡介 75
7.2 開發(fā)環(huán)境及硬件介紹 76
7.3 系統(tǒng)需求分析 77
7.4 系統(tǒng)設(shè)計 78
7.5 設(shè)備設(shè)計與制作 80
7.6 功能實現(xiàn) 85
7.7 小結(jié) 88
思考題 89
案例 89
第 8 章 Arduino 單片機網(wǎng)關(guān) 90
8.1 Arduino 簡介 90
8.2 Arduino 網(wǎng)關(guān)硬件介紹 91
8.3 Arduino 軟件開發(fā)環(huán)境 94
8.4 Arduino 數(shù)據(jù)收集 99
8.5 Arduino 設(shè)備控制 99
8.6 Arduino 數(shù)據(jù)上傳 100
8.7 小結(jié) 100
思考題 101
案例 101
9 章 Arduino 氣象服務(wù)網(wǎng)關(guān) 102
9.1 Arduino 氣象服務(wù)網(wǎng)關(guān)簡介 102
9.2 系統(tǒng)需求分析 102
9.3 Arduino 氣象服務(wù)網(wǎng)關(guān)設(shè)計與制作 103
9.4 氣象服務(wù)網(wǎng)關(guān) Web 服務(wù)器設(shè)計 107
9.5 氣象服務(wù)網(wǎng)關(guān)客戶端 App 開發(fā) 109
9.6 小結(jié) 110
思考題 110
案例 110
第 10 章 MSP430 單片機網(wǎng)關(guān) 111
10.1 MSP430 簡介 111
10.2 MSP430 網(wǎng)關(guān)硬件介紹 112
10.3 MSP430 軟件開發(fā)環(huán)境 112
10.4 MSP430 數(shù)據(jù)收集 115
10.5 MSP430 設(shè)備控制 116
10.6 MSP430 數(shù)據(jù)上傳 116
10.7 MSP430 網(wǎng)關(guān)應(yīng)用實例 117
10.8 小結(jié) 117
思考題 117
案例 118
第 3 篇 嵌入式操作系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)
第 11 章 樹莓派單片機網(wǎng)關(guān) 120
11.1 樹莓派簡介 120
11.2 樹莓派網(wǎng)關(guān)硬件介紹 120
11.3 樹莓派軟件開發(fā)環(huán)境 121
11.4 樹莓派數(shù)據(jù)收集 124
11.5 樹莓派設(shè)備控制 124
11.6 樹莓派數(shù)據(jù)上傳 125
11.7 小結(jié) 126
思考題 126
案例 126
第 12 章 樹莓派網(wǎng)關(guān)實驗 127
12.1 樹莓派 Wi-Fi 網(wǎng)關(guān)概述 127
12.2 樹莓派 Wi-Fi 網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)架構(gòu)搭建 128
12.2.1 網(wǎng)關(guān)操作系統(tǒng)安裝 128
12.2.2 QT 工程建立 130
12.3 樹莓派 Wi-Fi 網(wǎng)關(guān)串口數(shù)據(jù)收發(fā) 134
12.3.1 串口簡介 134
12.3.2 程序設(shè)計 135
12.3.3 運行驗證 137
12.4 樹莓派 Wi-Fi 網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集傳輸與控制 139
12.4.1 硬件環(huán)境搭建 139
12.4.2 網(wǎng)絡(luò)通信程序設(shè)計 140
12.4.3 運行驗證 141
12.5 小結(jié) 143
思考題 143
案例 143
第 13 章 樹莓派實驗室安全監(jiān)控網(wǎng)關(guān) 144
13.1 樹莓派實驗室安全監(jiān)控網(wǎng)關(guān)簡介 144
13.2 相 關(guān) 技 術(shù) 145
13.2.1 Arduino Uno 單片機 145
13.2.2 傳感器 145
13.2.3 ZigBee 通信 146
13.3 需求分析及總體設(shè)計 147
13.3.1 需求分析概述 147
13.3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計 147
13.3.3 實驗室管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計 148
13.4 網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收集實現(xiàn) 150
13.4.1 節(jié)點數(shù)據(jù)收集功能實現(xiàn) 150
13.4.2 ZigBee 通信模塊的實現(xiàn) 152
13.4.3 網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)的處理與存儲模塊的實現(xiàn) 153
13.5 Web 服務(wù)實現(xiàn) 153
13.6 小結(jié) 154
思考題 155
案例 155
第 14 章 ARM 單片機網(wǎng)關(guān) 156
14.1 ARM 簡介 156
14.2 ARM 網(wǎng)關(guān)硬件介紹 157
14.3 ARM 軟件開發(fā)環(huán)境 159
14.4 ARM 數(shù)據(jù)收集 160
14.5 ARM 設(shè)備控制 161
14.6 ARM 數(shù)據(jù)上傳 162
14.7 小結(jié) 163
思考題 163
案例 163
第 15 章 ARM 工控網(wǎng)關(guān)實驗 164
15.1 ARM 工控網(wǎng)關(guān)概述 164
15.2 ARM 網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序環(huán)境構(gòu)建 165
15.2.1 ARM 網(wǎng)關(guān)開發(fā)簡介 165
15.2.2 主機 Linux 操作系統(tǒng)安裝步驟 165
15.2.3 構(gòu)建 ARM 交叉開發(fā)環(huán)境 166
15.2.4 QT 應(yīng)用開發(fā)環(huán)境搭建 167
15.2.5 建立 QT 項目工程 168
15.2.6 QT 項目開發(fā)平臺交叉編譯環(huán)境的設(shè)置 172
15.3 ARM 網(wǎng)關(guān)串口實驗 174
15.3.1 ARM 網(wǎng)關(guān)接口編程實驗軟件設(shè)計 174
15.3.2 ARM 網(wǎng)關(guān)接口編程下載驗證 176
15.4 ARM 網(wǎng)關(guān) Linux 驅(qū)動及內(nèi)核實驗部分 178
15.4.1 ARM 網(wǎng)關(guān)硬件介紹 178
15.4.2 ARM 網(wǎng)關(guān)硬件驅(qū)動軟件設(shè)計 179
15.4.3 ARM 網(wǎng)關(guān) RS485 硬件驅(qū)動下載驗證 180
15.5 ARM 網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收集 Wi-Fi 傳輸與控制 182
15.5.1 程序設(shè)計 182
15.5.2 ARM 網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收集與傳輸實驗 183
15.6 小結(jié) 185
思考題 185
案例 185
第 16 章 ARM 黃瓜大棚監(jiān)控網(wǎng)關(guān) 186
16.1 ARM 黃瓜大棚監(jiān)控網(wǎng)關(guān)在現(xiàn)代大棚種植技術(shù)中的應(yīng)用 186
16.2 運行環(huán)境的硬件選取及技術(shù)簡介 187
16.2.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 187
16.2.2 硬件選取 188
16.2.3 技術(shù)簡介 190
16.3 系統(tǒng)需求分析 190
16.3.1 功能需求分析 190
16.3.2 性能需求分析 191
16.3.3 開發(fā)語言分析 191
16.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計 192
16.5 系統(tǒng)總體設(shè)計 193
16.5.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖 193
16.5.2 系統(tǒng)功能模塊 193
16.5.3 系統(tǒng)功能流程設(shè)計 195
16.6 系統(tǒng)的實現(xiàn) 197
16.6.1 系統(tǒng)開發(fā)軟硬環(huán)境搭建 197
16.6.2 Web 管理系統(tǒng)功能實現(xiàn) 198
16.6.3 客戶端 App 功能實現(xiàn) 200
16.7 小結(jié) 201
思考題 201
案例 201
第 17 章 智能手機網(wǎng)關(guān) 202
17.1 智能手機簡介 202
17.2 智能手機網(wǎng)關(guān)硬件介紹 204
17.3 智能手機軟件開發(fā)環(huán)境 206
17.3.1 Android App 開發(fā)環(huán)境 206
17.3.2 微信小程序開發(fā)環(huán)境 210
17.3.3 微信小程序開發(fā)前期準(zhǔn)備 210
17.3.4 微信小程序開發(fā)過程 212
17.3.5 微信小程序發(fā)布過程 216
17.4 智能手機數(shù)據(jù)收集 218
17.5 智能手機設(shè)備控制 218
17.6 智能手機數(shù)據(jù)上傳 219
17.7 小結(jié) 220
思考題 220
案例 220
第 18 章 智能手機移動監(jiān)測網(wǎng)關(guān) 221
18.1 智能手機移動監(jiān)測網(wǎng)關(guān)的開發(fā)背景及簡介 221
18.2 移動監(jiān)測網(wǎng)關(guān)功能設(shè)計 222
18.3 移動監(jiān)測網(wǎng)關(guān)功能實現(xiàn) 222
18.4 移動監(jiān)測網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)傳輸 223
18.5 數(shù)據(jù)中心 Web 管理系統(tǒng) 224
18.6 小結(jié) 227
思考題 227
案例 227
第 19 章 工控機網(wǎng)關(guān) 228
19.1 工控機簡介 228
19.2 工控機網(wǎng)關(guān)硬件介紹 228
19.3 工控機網(wǎng)關(guān)軟件開發(fā)環(huán)境 230
19.4 工控機網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收集 231
19.5 工控機網(wǎng)關(guān)設(shè)備控制 232
19.6 工控機網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)上傳 233
19.7 小結(jié) 233
思考題 233
案例 234
第 20 章 X86 工控機網(wǎng)關(guān)實驗 235
20.1 X86 工控機 Wi-Fi 網(wǎng)關(guān)概述 235
20.1.1 X86 工控機介紹 235
20.1.2 硬件資源說明 236
20.2 X86 工控機 Wi-Fi 網(wǎng)關(guān)環(huán)境搭建 236
20.2.1 Debian 操作系統(tǒng)安裝及配置 237
20.2.2 QT 項目環(huán)境搭建 240
20.2.3 建立 X86 工控機 QT 項目 241
20.3 X86 工控機串口實驗 242
20.3.1 X86 工控機串口實驗簡介 242
20.3.2 X86 工控機-串口程序設(shè)計 243
20.3.3 X86 工控機串口實驗運行驗證 244
20.4 X86 工控機網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收集 Wi-Fi 傳輸與控制 245
20.4.1 數(shù)據(jù)收集 Wi-Fi 傳輸實驗簡介 245
20.4.2 數(shù)據(jù)收集 Wi-Fi 傳輸程序設(shè)計 245
20.4.3 數(shù)據(jù)收集 Wi-Fi 傳輸運行驗證 246
20.5 小結(jié) 249
思考題 249
案例 250
第 21 章 X86 工控機養(yǎng)豬場監(jiān)控網(wǎng)關(guān) 251
21.1 X86 工控機養(yǎng)豬場監(jiān)控網(wǎng)關(guān)簡介 251
21.2 養(yǎng)豬監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計 252
21.3 養(yǎng)豬監(jiān)控網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收集及控制 253
21.4 養(yǎng)豬監(jiān)控 Web 服務(wù)實現(xiàn) 256
21.5 養(yǎng)豬監(jiān)控 App 客戶端功能實現(xiàn) 269
21.6 小結(jié) 271
思考題 271
案例 271
第 4 篇 復(fù)合型物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)及設(shè)計趨勢
第 22 章 復(fù)合型網(wǎng)關(guān) 274
22.1 復(fù)合型網(wǎng)關(guān)簡介 274
22.2 復(fù)合型網(wǎng)關(guān)硬件介紹 278
22.3 復(fù)合型網(wǎng)關(guān)軟件開發(fā)環(huán)境 278
22.4 復(fù)合型網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收集 279
22.5 復(fù)合型網(wǎng)關(guān)設(shè)備控制 279
22.6 復(fù)合型網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)上傳 279
22.7 小結(jié) 280
思考題 280
案例 280
第 23 章 復(fù)合型智能家居網(wǎng)關(guān) 281
23.1 復(fù)合型智能家居網(wǎng)關(guān)的開發(fā)背景 281
23.2 網(wǎng)關(guān)設(shè)計技術(shù)方案 282
23.3 網(wǎng)關(guān)具體硬件實現(xiàn) 284
23.4 復(fù)合型智能家居網(wǎng)關(guān)服務(wù) 285
23.5 小結(jié) 287
思考題 287
案例 287
第 24 章 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計趨勢 288
24.1 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)面臨的挑戰(zhàn) 288
24.1.1 網(wǎng)關(guān)的廣域接入網(wǎng)多協(xié)議難題 288
24.1.2 網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收集標(biāo)準(zhǔn)接口難以統(tǒng)一 288
24.1.3 網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)有效性判斷難題 288
24.1.4 網(wǎng)關(guān)滯后數(shù)據(jù)傳輸問題 289
24.1.5 網(wǎng)關(guān)節(jié)點注冊問題 289
24.1.6 網(wǎng)關(guān)安全問題 289
24.2 網(wǎng)關(guān)面臨問題的解決方案 289
24.3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中間件 293
24.3.1 中間件簡介 293
24.3.2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中間件模塊 293
24.3.3 Web 服務(wù)模塊 294
24.3.4 數(shù)據(jù)收集模塊 296
24.3.5 數(shù)據(jù)檢驗?zāi)K 297
24.3.6 數(shù)據(jù)傳輸模塊 297
24.3.7 嵌入式數(shù)據(jù)庫模塊 297
24.3.8 網(wǎng)關(guān)/節(jié)點安全及管理模塊 298
24.3.9 自動發(fā)現(xiàn)節(jié)點模塊 300
24.4 小結(jié) 301
思考題 301
案例 301
第 25 章 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中間件開發(fā) 303
25.1 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中間件簡介 303
25.2 開發(fā)環(huán)境搭建 304
25.3 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點介紹 306
25.4 數(shù)據(jù)的采集與存儲 307
25.5 數(shù)據(jù)傳輸過程 313
25.6 數(shù)據(jù)顯示過程 314
25.7 小結(jié) 316
思考題 317
案例 317
附錄 英文簡稱 318
參考文獻 323
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