《物联网组网技术》课件-任务6.2 生产线环境监测系统

CAN系统搭建1part生产线环境监测系统项目分析&终端节点设计学习目标1、能画出基于CAN总线通信技术的生产线环境监测系统框图；（重、难点）2、会分析CAN通信帧；（重、难点）3、能编码实现终端节点传感器数据采集；（重、难点）项目分析本项目要求搭建一个基于CAN总线的生产线环境监测系统，系统构成如下。PC机一台（作为上位机）；物联网网关一个；CAN节点三个（一个CAN网关节点、两个CAN终端节点）；温湿度传感器两个；火焰传感器一个；USBCAN调试器一个。项目分析整个系统由一个CAN网络和一个RS-485网络构成，CAN网络用于终端节点向CAN网关节点上报传感器数据；RS-485网络用于网关节点与网关之间的连接，网关通过以太网连接到云平台。系统工作流程（1）CAN网络终端节点每隔1.5s上传一次数据至CAN网关节点；（2）CAN网络网关节点收到数据后，通过485网络上报网关；同时每隔1.5s将自身采集的温湿度数据上传给网关。（3）网关通过TCP/IP协议将传感器数据上传至云平台。系统数据通信协议分析（1）CAN网络的数据帧本案例的CAN通信采用标准格式的数据帧段类型帧ID帧类型RTR标识符ID类型IDE保留位数据长度DLC数据段Data[8]长度11bit（标准帧）1bit1bit1bit4bit8Byte内容标准帧ID0：数据帧1：远程帧0：标准帧1：扩展帧r0DLCData举例0x120000x08Data[0]~Data[7]系统数据通信协议分析组成部分帧起始符（START）地址域（ADDR0）地址域（ADDR1）命令码域（CMD）数据长度域（LEN）传感器类型（TYPE）数据域（DATA）校验码域（CS）长度1Byte1Byte1Byte1Byte1Byte1Byte2Bytes1Byte内容固定为0xDDDstAddrDstAddr见本表格说明Length见本表格说明DataCheckSum举例0xDD0x120x120x010x090x010x18、0x400x51（2）上报网关的数据帧CAN网关节点上报网关的数据帧格式如下：CMD: CAN/485传感器类型：

1温湿度传感器，2人体红外传感器，3火焰传感器，4可燃气体， 5空气质量传感器，6光敏二极管，7声音传感模块，8红外传感模

块，9心率传感器，10其他；CAN终端节点软件设计1、用户CAN初始化子函数CAN终端节点的工作流程中，仅涉及CAN通信帧的发送，因此程序的初始化部分（while（1）之前），只需要开启CAN操作即可。CAN终端节点软件设计2、CAN终端节点主控制流程主控制流程中处理两件事情：（1）每1.5s，读取本机传感器数据，并通过CAN网络上报；需要完善。（2）接受上位机PC配置节点的数据（节点ID、传感器类型）。这部分代码已经完成，无需修改。CAN终端节点软件设计CAN终端节点软件设计发送CAN标准数据帧子函数如下：Can_STD_ID为上位机配置的终端节点的编号ID；Sensor_Type_t为上位机配置的终端节点的传感器类型对应的编号CAN终端节点软件设计3、“发送标准数据帧”子函数对照CAN标准数据帧格式，需要提供仲裁段、控制段和数据段信息。CAN终端节点软件设计(1)CAN标准数据帧格式，仲裁段、控制段信息，由CAN发送帧头定义结构体CAN_TxHeaderTypeDef提供。CAN终端节点软件设计(2)CAN标准数据帧格式，数据段信息，由data[len]数组提供。CAN终端节点软件设计CAN终端节点软件设计(3)发送CAN通信帧调用HAL库函数，将CAN通信帧加入到发送邮箱即可。（STM32F1xx系列提供3个发送邮箱，按照优先级调度，装满会溢出）CAN终端节点固件下载与配置将终端节点代码编译链接，并将固件下载至硬件。ISP方式ST-LINK方式1、固件下载CAN终端节点固件下载与配置2、终端节点配置借助智慧盒连接串口CAN终端节点固件下载与配置借助设备平台连接串口注意：平台上仅能放一个节点CAN终端节点固件下载与配置（PC端）节点配置工具CAN终端节点固件下载与配置eg配置本节点：节点ID=02;传感器类型=01。CAN终端节点调试与数据抓包1、硬件连接CAN_L连接CAN收发器CANLCAN_H连接CAN收发器CANHCAN终端节点调试与数据抓包2、USB-CAN调试助手配置模式选择：正常模式（正常收发）波特率：100kCAN终端节点调试与数据抓包36MHz/40/（6+2+1）=100kCAN终端节点调试与数据抓包3、CAN报文查看对照查看抓包结果：传感器类型：01（温湿度传感器）节点ID：02（2号节点）传感器数据：1A（26度，data[1]温度数据）；36（54，data[2]相对湿度）手指靠近传感器，数据会发生变化。CAN终端节点调试与数据抓包按照如下路径，找到hex文件将HEX文件拷贝出来，并重新命名为”CAN终端节点.hex”，并保存。动手实训安装火焰传感器，并重复上述过程下载终端节点固件终端节点配置（节点ID不能重复）终端节点的抓包与调试分析。CAN系统搭建2part生产线环境监测系统网关节点设计学习目标1、会分析CAN通信帧；（重、难点）2、能编码实现网关节点功能；（重、难点）项目分析本项目要求搭建一个基于CAN总线的生产线环境监测系统，系统构成如下。PC机一台（作为上位机）；物联网网关一个；CAN节点三个（一个CAN网关节点、两个CAN终端节点）；温湿度传感器两个；火焰传感器一个；USBCAN调试器一个。项目分析整个系统由一个CAN网络和一个RS-485网络构成，CAN网络用于终端节点向CAN网关节点上报传感器数据；RS-485网络用于网关节点与网关之间的连接，网关通过以太网连接到云平台。系统工作流程1、系统的工作流程（1）CAN网络终端节点每隔1.5s上传一次数据至CAN网关节点；（2）CAN网络网关节点收到数据后，通过485网络上报网关；同时每隔1.5s将自身采集的温湿度数据上传给网关。（3）网关通过TCP/IP协议将传感器数据上传至云平台。系统数据通信协议分析（1）CAN网络的数据帧本案例的CAN通信采用标准格式的数据帧段类型帧ID帧类型RTR标识符ID类型IDE保留位数据长度DLC数据段Data[8]长度11bit（标准帧）1bit1bit1bit4bit8Byte内容标准帧ID0：数据帧1：远程帧0：标准帧1：扩展帧r0DLCData举例0x120000x08Data[0]~Data[7]系统数据通信协议分析组成部分帧起始符（START）地址域（ADDR0）地址域（ADDR1）命令码域（CMD）数据长度域（LEN）传感器类型（TYPE）数据域（DATA）校验码域（CS）长度1Byte1Byte1Byte1Byte1Byte1Byte2Bytes1Byte内容固定为0xDDDstAddrDstAddr见本表格说明Length见本表格说明DataCheckSum举例0xDD0x120x120x010x090x010x18、0x400x51（2）上报网关的数据帧CAN网关节点上报网关的数据帧格式如下：CMD: CAN/485传感器类型：

1温湿度传感器，2人体红外传感器，3火焰传感器，4可燃气体， 5空气质量传感器，6光敏二极管，7声音传感模块，8红外传感模

块，9心率传感器，10其他；CAN网关节点软件设计1、CAN网关节点主控制流程主控制流程中处理三个任务：（1）每1.5s，读取本机传感器数据，并通过485网络上报；需要完善。（2）接收终端节点的CAN帧，并解析数据，通过485网络上报；需要完善。（3）接受上位机PC配置节点的数据（节点ID、传感器类型）。这部分代码已经完成，无需修改。CAN网关节点软件设计根据传感器类型采集传感器数据终端数据上报网关（485网络）延时1.5SCAN帧接收完毕？本机数据上报网关（485网络）读取PC端配置数据（节点ID、传感器类型）串口1接收到数据？YNNY任务1：每1.5s读取本节点传感器数据，并上报网关。注意：通过485网络上报，使用485网络的通信协议任务2：接收终端节点CAN帧，并上报485网络。（解析CAN报文中的信息，并组建485通信帧）任务3：从串口接收PC配置的信息CAN网关节点软件设计2、任务1：本机数据采集并上报CAN网关节点软件设计上报网关的数据帧格式（485网络）组成部分（缩写）帧起始符（START）地址域（ADDR）命令码域（CMD）数据长度域（LEN）传感器类型（TYPE）数据域（DATA）校验码域（CS）长度1Byte2Byte1Byte1Byte1Byte2Bytes1Byte内容固定为0xDD从机地址CAN/485Length见本表格说明DataCheckSum举例0xDD0x00020x020x090x030x180x400x51Master_To_Gateway（）函数任务：根据上报网关的485网络协议，组建上报数据帧。CAN网关节点软件设计CAN网关节点软件设计3、任务2：接收终端节点的CAN数据帧，并上报485网络处理两个内容：（1）接收CAN数据帧。初始化并启动CAN，采用中断方式接收中断回调函数中，读取CAN帧数据段内容（2）解析CAN数据帧，提取信息，并通过485网络上报。解析数据段中的关键信息（ID、传感器类型、传感器数据）组建485通信帧，上报数据CAN网关节点软件设计（1）用户CAN初始化子函数网关节点要接收终端节点的CAN标准帧数据，因此需要进行CAN接收相关的配置。在用户CAN初始化子函数中，需要包含CAN过滤器的配置、开启CAN、并开启CAN接收中断的操作。STM32CUBEMX生成的CAN配置代码是没有过滤器设置的，需要手动添加。CAN网关节点软件设计CAN网关节点软件设计（2）FIFO0接收中断回调函数提取CAN帧中的数据，保存至Can_data[]中设置接收完毕标志位flag_send_dataCAN网关节点软件设计发送CAN标准数据帧子函数如下：Can_STD_ID为上位机配置的终端节点的编号ID；Sensor_Type_t为上位机配置的终端节点的传感器类型对应的编号CAN网关节点软件设计（3）主控制流程CAN网关节点软件设计上报网关的数据帧格式（485网络）组成部分（缩写）帧起始符（START）地址域（ADDR）命令码域（CMD）数据长度域（LEN）传感器类型（TYPE）数据域（DATA）校验码域（CS）长度1Byte2Byte1Byte1Byte1Byte2Bytes1Byte内容固定为0xDD从机地址CAN/485Length见本表格说明DataCheckSum举例0xDD0x00020x020x090x030x180x400x51CAN_Master_To_Gateway（）函数任务：转发CAN帧数据，至485网络上报根据上报网关的485网络协议，组建上报数据帧。CAN网关节点软件设计CAN网关节点固件下载与配置将终端节点代码编译链接，并将固件下载至硬件。ISP方式ST-LINK方式1、固件下载CAN网关节点固件下载与配置2、网关节点配置借助智慧盒连接串口CAN网关节点固件下载与配置借助设备平台连接串口注意：平台上仅能放一个节点CAN网关节点固件下载与配置（PC端）节点配置工具CAN网关节点固件下载与配置eg配置本节点：节点ID=03;传感器类型=01。CAN网关节点调试与数据抓包1、本机传感器数据采集并转发的数据抓包1）485调试器硬件连接R+连接485收发器A485+R-连接485收发器B485-CAN网关节点固件下载与配置2）打开串口助手查看485网络数据帧（上报本机传感数据）3）对照485数据帧格式，判断数据是否正确CAN网关节点固件下载与配置需要注意的是，串口号不能选错，本节点的调试中涉及到的串口有3个，可通过设备管理器查看CAN网关节点调试与数据抓包1、本机传感器数据采集并转发的数据抓包1）485调试器硬件连接R+连接485收发器A485+R-连接485收发器B485-CAN网关节点固件下载与配置2）打开串口助手查看485网络数据帧（上报本机传感数据）3）对照485数据帧格式，判断数据是否正确CAN网关节点固件下载与配置需要注意的是，串口号不能选错，本节点的调试中涉及到的串口有3个，可通过设备管理器查看

CAN网关节点固件下载与配置2、接收CAN数据帧并转发的数据抓包1）CAN调试器硬件连接CAN_L连接CAN收发器CANLCAN_H连接CAN收发器CANHCAN网关节点固件下载与配置2）CAN-USB调试助手配置模式选择：正常模式（正常收发）波特率：100k打开CAN帧发送窗口CAN网关节点固件下载与配置3）模拟2号终端节点，发送一个合法的CAN标准数据帧，设置好①~⑤如下图所示，最后点击⑥发送。CAN网关节点固件下载与配置2号终端节点的合法CAN标准数据帧从何而来？2号终端节点的抓包调试CAN网关节点固件下载与配置4）485网络报文查看在485调试器对应的串口助手窗口中，可查看到如图数据对照485网络数据帧格式，判断数据无误动手实训模拟火焰传感器节点CAN数据帧，并重复上述抓包调试过程发送CAN数据帧（设终端为04号，传感器类型03）网关节点的485网络抓包与调试分析CAN系统搭建3part智能安防系统系统搭建&数据上云学习目标1、能正确搭建生产线环境监测系统；（重、难点）2、能实现云平台实时生产线环境监测系统传感器数据；（重、难点）系统硬件连线图系统硬件连线图网关接线图云平台创建项目1、新建项目登录云平台后，先点击“开发者中心”，然后点击“新增项目”在弹出的“添加项目”对话框中，可对“项目名称”、“行业类别”以及“联网方案”等信息进行填充在本案例中，我们设置“项目名称”为“生产线监测系统”，“行业类别”选择“工业物联”（可以随便选），“联网方案”选择“以太网”。云平台创建项目填入如下信息：设备名称①（用户自己命名）通信协议②（TCP协议）设备标识③（用户自己命名，注意命名规则，数字/字母/组合）2、添加设备云平台创建项目添加成功后，能看到项目情况（左图），点击图中红框部分，可查看本设备的详细信息（右图），包括设备ID①、设备标识②、传输密钥③。这三个信息，后面配置网关时需要用到。云平台创建项目打开浏览器，并从地址栏输入地址进入配置界面推荐使用谷歌浏览器3、配置网关接入云平台云平台创建项目相关参数的设置：②③：开发者自己的账号密码④⑤⑥：填入上一步创建项目时分配的“设备ID、设备标识、传输密钥”信息。云平台创建项目4、系统运行情况查看及分析云平台创建项目实时数据查看云平台创建项目历史数据查看CAN系统搭建2part生产线环境监测系统网关节点设计学习目标1、会分析CAN通信帧；（重、难点）2、能编码实现网关节点功能；（重、难点）项目分析本项目要求搭建一个基于CAN总线的生产线环境监测系统，系统构成如下。PC机一台（作为上位机）；物联网网关一个；CAN节点三个（一个CAN网关节点、两个CAN终端节点）；温湿度传感器两个；火焰传感器一个；USBCAN调试器一个。项目分析整个系统由一个CAN网络和一个RS-485网络构成，CAN网络用于终端节点向CAN网关节点上报传感器数据；RS-485网络用于网关节点与网关之间的连接，网关通过以太网连接到云平台。系统工作流程1、系统的工作流程（1）CAN网络终端节点每隔1.5s上传一次数据至CAN网关节点；（2）CAN网络网关节点收到数据后，通过485网络上报网关；同时每隔1.5s将自身采集的温湿度数据上传给网关。（3）网关通过TCP/IP协议将传感器数据上传至云平台。系统数据通信协议分析（1）CAN网络的数据帧本案例的CAN通信采用标准格式的数据帧段类型帧ID帧类型RTR标识符ID类型IDE保留位数据长度DLC数据段Data[8]长度11bit（标准帧）1bit1bit1bit4bit8Byte内容标准帧ID0：数据帧1：远程帧0：标准帧1：扩展帧r0DLCData举例0x120000x08Data[0]~Data[7]系统数据通信协议分析组成部分帧起始符（START）地址域（ADDR0）地址域（ADDR1）命令码域（CMD）数据长度域（LEN）传感器类型（TYPE）数据域（DATA）校验码域（CS）长度1Byte1Byte1Byte1Byte1Byte1Byte2Bytes1Byte内容固定为0xDDDstAddrDstAddr见本表格说明Length见本表格说明DataCheckSum举例0xDD0x120x120x010x090x010x18、0x400x51（2）上报网关的数据帧CAN网关节点上报网关的数据帧格式如下：CMD: CAN/485传感器类型：

1温湿度传感器，2人体红外传感器，3火焰传感器，4可燃气体， 5空气质量传感器，6光敏二极管，7声音传感模块，8红外传感模

块，9心率传感器，10其他；CAN网关节点软件设计1、CAN网关节点主控制流程主控制流程中处理三个任务：（1）每1.5s，读取本机传感器数据，并通过485网络上报；需要完善。（2）接收终端节点的CAN帧，并解析数据，通过485网络上报；需要完善。（3）接受上位机PC配置节点的数据（节点ID、传感器类型）。这部分代码已经完成，无需修改。CAN网关节点软件设计根据传感器类型采集传感器数据终端数据上报网关（485网络）延时1.5SCAN帧接收完毕？本机数据上报网关（485网络）读取PC端配置数据（节点ID、传感器类型）串口1接收到数据？YNNY任务1：每1.5s读取本节点传感器数据，并上报网关。注意：通过485网络上报，使用485网络的通信协议任务2：接收终端节点CAN帧，并上报485网络。（解析CAN报文中的信息，并组建485通信帧）任务3：从串口接收PC配置的信息CAN网关节点软件设计2、任务1：本机数据采集并上报CAN网关节点软件设计上报网关的数据帧格式（485网络）组成部分（缩写）帧起始符（START）地址域（ADDR）命令码域（CMD）数据长度域（LEN）传感器类型（TYPE）数据域（DATA）校验码域（CS）长度1Byte2Byte1Byte1Byte1Byte2Bytes1Byte内容固定为0xDD从机地址CAN/485Length见本表格说明DataCheckSum举例0xDD0x00020x020x090x030x180x400x51Master_To_Gateway（）函数任务：根据上报网关的485网络协议，组建上报数据帧。CAN网关节点软件设计CAN网关节点软件设计3、任务2：接收终端节点的CAN数据帧，并上报485网络处理两个内容：（1）接收CAN数据帧。初始化并启动CAN，采用中断方式接收中断回调函数中，读取CAN帧数据段内容（2）解析CAN数据帧，提取信息，并通过485网络上报。解析数据段中的关键信息（ID、传感器类型、传感器数据）组建485通信帧，上报数据CAN网关节点软件设计（1）用户CAN初始化子函数网关节点要接收终端节点的CAN标准帧数据，因此需要进行CAN接收相关的配置。在用户CAN初始化子函数中，需要包含CAN过滤器的配置、开启CAN、并开启CAN接收中断的操作。STM32CUBEMX生成的CAN配置代码是没有过滤器设置的，需要手动添加。CAN网关节点软件设计CAN网关节点软件设计（2）FIFO0接收中断回调函数提取CAN帧中的数据，保存至Can_data[]中设置接收完毕标志位flag_send_dataCAN网关节点软件设计发送CAN标准数据帧子函数如下：Can_STD_ID为上位机配置的终端节点的编号ID；Sensor_Type_t为上位机配置的终端节点的传感器类型对应的编号CAN网关节点软件设计（3）主控制流程CAN网关节点软件设计上报网关的数据帧格式（485网络）组成部分（缩写）帧起始符（START）地址域（ADDR）命令码域（CMD）数据长度域（LEN）传感器类型（TYPE）数据域（DATA）校验码域（CS）长度1Byte2Byte1Byte1Byte1Byte2Bytes1Byte内容固定为0xDD从机地址CAN/485Length见本表格说明DataCheckSum举例0xDD0x00020x020x090x030x180x400x51CAN_Master_To_Gateway（）函数任务：转发CAN帧数据，至485网络上报根据上报网关的485网络协议，组建上报数据帧。CAN网关节点软件设计CAN网关节点固件下载与配置将终端节点代码编译链接，并将固件下载至硬件。ISP方式ST-LINK方式1、固件下载CAN网关节点固件下载与配置2、网关节点配置借助智慧盒连接串口CAN网关节点固件下载与配置借助设备平台连接串口注意：平台上仅能放一个节点CAN网关节点固件下载与配置（PC端）节点配置工具CAN网关节点固件下载与配置eg配置本节点：节点ID=03;传感器类型=01。CAN网关节点调试与数据抓包1、本机传感器数据采集并转发的数据抓包1）485调试器硬件连接R+连接485收发器A485+R-连接485收发器B485-CAN网关节点固件下载与配置2）打开串口助手查看485网络数据帧（上报本机传感数据）3）对照485数据帧格式，判断数据是否正确CAN网关节点固件下载与配置需要注意的是，串口号不能选错，本节点的调试中涉及到的串口有3个，可通过设备管理器查看CAN网关节点调试与数据抓包1、本机传感器数据采集并转发的数据抓包1）485调试器硬件连接R+连接485收发器A485+R-连接485收发器B485-CAN网关节点固件下载与配置2）打开串口助手查看485网络数据帧（上报本机传感数据）3）对照485数据帧格式，判断数据是否正确CAN网关节点固件下载与配置需要注意的是，串口号不能选错，本节点的调试中涉及到的串口有3个，可通过设备管理器查看

CAN网关节点固件下载与配置2、接收CAN数据帧并转发的数据抓包1）CAN调试器硬件连接CAN_L连接CAN收发器CANLCAN_H连接CAN收发器CANHCAN网关节点固件下载与配置2）CAN-USB调试助手配置模式选择：正常模式（正常收发）波特率：100k打开CAN帧发送窗口CAN网关节点固件下载与配置3）模拟2号终端节点，发送一个合法的CAN标准数据帧，设置好①~⑤如下图所示，最后点击⑥发送。CAN网关节点固件下载与配置2号终端节点的合法CAN标准数据帧从何而来？2号终端节点的抓包调试CAN网关节点固件下载与配置4）485网络报文查看在485调试器对应的串口助手窗口中，可查看到如图数据对照485网络数据帧格式，判断数据无误动手实训模拟火焰传感器节点CAN数据帧，并重复上述抓包调试过程发送CAN数据帧（设终端为04号，传感器类型03）网关节点的485网络抓包与调试分析LoRa系统搭建2part温湿度传感器节点应用程序开发学习目标1、会分析LoRa模块通信协议；（重、难点）2、能编码实现LoRa网络节点温湿度数据采集，并在OLED屏上显示；（重、难点）任务要求基于工程源码模板LoRaModemProject，开发LoRa温湿度传感器节点应用程序，要求采集温湿度数据，并在OLED屏上显示。当收到网关读取传感数据的指令后，将传感数据响应给网关。代码编写调试完成后烧写到LoRa模块上，重新通电运行。任务实施01硬件连接02代码操作及解析03应用程序编程04程序烧写任务实施蓝牙4.0BLE主从机建立连接剖析01硬件连接LORA模块任务实施蓝牙4.0BLE主从机建立连接剖析01硬件连接LORA模块上安装温湿度传感器任务实施蓝牙4.0BLE主从机建立连接剖析01硬件连接温湿度传感器接口任务实施项目实施main重点实现接收网关命令的解析响应、温湿度传感器数据的采集，因此，包括两个进程函数，LoRa模块接收到数据后的解析响应函数MyRadioRxDoneProcess()和传感数据读取函数LoRa_GetSensorDataProcess()；02代码解析及操作Step02Step04整理代码工程LoRa_Send()函数说明MyRadioRxDoneProcess()函数说明OLED_InitView()函数说明Step6main()函数说明PlatformInit()函数说明Step01Step03Step05任务实施任务实施任务实施任务实施任务实施该函数用于设置OLED初始显示内容，只支持英文，要显示中文，需要用软件工具取字模，再在OLED上显示字模数据任务实施初始化硬件平台，包括时钟、OLED屏、SX1278等，系统其它部件初始化在此处添加、完善代码，例如直接调用初始化函数对定时器、SPI、GPIO等进行，也可以用STM32CubeMX自动生成后，再将代码添加到此处03应用程序编程Step02代码添加代码编译Step01任务实施任务实施2、LoRa响应程序代码补充传感节点收到网关读取传感数据的命令后，节点需要将传感数据按照通信协议规定的格式上报给网关。需要编写一个函数LoRa_DataParse()，用于解析接收到的请求命令，以及完成响应数据上报。解析请求代码部分已经编写完毕，需要补充响应命令的处理代码。任务实施知识链接：LoRa通信协议请求命令结构HEAD+CMD+NET_ID+LORA_ADDR+LEN+DATA+CHKLORA通