--Kraps Project--
分布式设备的物联网控制系统设计
我一直思考,一个好的开源项目应该包含哪些东西,是一些难度超级大超级厉害的电脑主板电路设计?还是一个简单电路但是内容描述的十分详尽?
本项目选择的是后者(不仅是因为自己能力不足,更重要的是因为想给一些新手小白,提供一些我自己的见解,让大家少走一些弯路)
项目介绍:
本项目仅仅是以控制工厂的一些简单的电器为例子,当然你可以控制其他的设备,比如控制全屋的一些常用家电。特点如下:
1.用户登录网页后控制工厂内的设备包括灯光、电扇、电动机、窗帘。
2.获取工厂内的温湿度、烟雾浓度、光照强度、信号强度是否有人等数据。
3.可以使用摄像头远程查看工厂内的画面。
4.无WIFI时可以使用带屏幕显示的主机来控制工厂的设备。
5.设计主机与从机,从机距离主机5米也可以控制。
6.设计一个插排,可以在网页上读到此插排上用电器功率信息。
7.作为智慧工厂安全生产的附件,为此额外设计应急照明灯光,手电筒具有SOS,快慢闪,双色无极调光功能。
高速链接指引:
本文内容粗狂,方便新手上手使用
先把常用的链接放文字前面
这里我插一下链接,这个里面有一些有用的教程,分享了我与立创之间的故事,里面也有干货:三年嫖3K优惠券,我都哭了!与我多次想打入立创内部这件事。 - 嘉立创EDA开源硬件平台 (oshwhub.com) |
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男生,机械专业,现研一,业余电子,热心肠,带队拿过Robotac国一。
参加过2022届松山湖Xbotpark夏令营(李泽湘&甘洁教授带领)。
更新记录:
2022年4月23日:现在弄2.4G通讯方面的程序,本项目仅供个人研究使用,切勿商用
2022年9月16日:论文上传完毕
2022年11月16日:编辑工程描述
2022年11月24日:V12.0版本发布,改了格式,完善了一下整体,上传了论文,真的修改了12次至少,以至于,有好几次都显示服务故障了。。
一波大大的福利!!!:
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正文:如何使用立创EDA开发自己的一个项目。亦或是完成一个毕业论文?完成一次设计?
一、如何去做一个项目?杂谈
1.想法的来源:
一个好的项目,来源于生活,取决于你对他的热爱程度,不能为了做项目而做项目。以本文为例,我以榨油工厂为选题,来源于我的旧项目家庭物联网控制系统,低成本的去改造旧的普通电气设备实现云端控制,是我所热爱的。在立创这里实现了20块钱不到就可以让我家6个设备全部可以云端控制的效果。后来在相关工厂走访调查研究后,以榨油工厂为例,简化工厂流程模型,设计一个通用的控制系统。这就是我的想法来源。目的就是低成本的让很多的设备可以云端控制。智能控制。
有了想法之后要细化你的想法,以及你想实现的功能。设计流程图如下:
2.想法清晰-原理图绘制-PCB设计-下单
A.亿图绘制流程
根据你的想法,使用亿图软件设计相关的子模块框图,这里以本工程为例。 先设计整体的一个框图,再根据子模块进行设计。避免一头雾水没有条理。 |
B.原理图绘制阶段
将你的电路设计,放到原理图上,一些模块不会使用,可以在立创商城中查找相关的瞬数据手册或者是在立创开源平台看看别人的工程或者是看看CSDN或者是必应搜索一下。 |
C.电路板PCB绘制阶段
原理图转PCB,绘制PCB,导出GEBER文件可以下单,打样请选择绿色的板子!可以缩短交货时间可以快速的进行验证! |
D.3D外壳设计阶段
使用专业版绘制外壳,时间在30分钟左右就能绘制完毕。导出STL文件格式可以下单 |
E.面板设计阶段
在PCB导出边框DXF文件,再导入到面板中,进行绘制,然后在立创商城下单。 |
F.购买元器件后焊接电路
焊接要求快准hen和见好就收,具体如下: 就是先加热,后上锡,再移走焊锡,最后火速撤掉电烙铁。 焊接要见好就收,别一直焊。 |
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清理焊盘,调节温度 |
电烙铁先加热焊盘 |
显然温度有点低了 |
升高温度,边加热边推锡 |
移走焊锡,加热焊盘上的锡,1S |
迅速移开电烙铁,焊接完毕 |
G.使用恰当的软件开始肝代码
H.阿里云云端配置和萤石云配置(见论文)
I.软硬件联调(见论文)
J.记录所做工作,写成文章(或者写成论文)
二、本项目从想法到成型的详细流程:
1.亿图软件的使用
亿图软件没给我打钱,这里我就简要介绍这个软件,它支持绘制流程图、思维导图、架构图、网络图等210+图形图表,操作便捷易上手。写论文啥的挺方便的。
2.原理图基本知识
先完成软件的安装准备阶段:立创EDA软件安装教程 设计原理图首先要了解原理图都有哪些东西。
原理图设计知识点:
原理图基本知识点
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一个器件中,原理图和PCB和实物之间的对应关系,右列是实物的相关图,实物可以插在左侧下面的封装上,封装中的引脚是映射到原理图中的。
原理图你想咋画就咋画,但是PCB中的封装,你要按照实物来画!!!这我是给那些想自己画封装的新手说的!下面的是我想表达的图,好像没表达清楚。
画封装要会的基本知识点
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原理图常用操作:导线绘制、网络标签设置、线条框框、文字插入、DRC设计检查、图纸大小修改等等 专业版使用教程:立创EDA专业版快速入门培训!_bilibili 具体使用教程:立创EDA专业版-使用教程 (lceda.cn)
提示: 请认真检查你的原理图连线,交点有没有交上,网络标签有没有对应,引脚用不到的是不是叉掉了,该有的元器件是不是都有了(避免后期想加元器件,再重新临时删除部分导线重新画)比如都要打板子了,你想加个电源指示灯,那你就得从原理图改,改完改PCB然后布线。倒不如一次就完善你的原理图。
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原理图常用工具
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然后知道怎么放置元器件:
打开立创商城,搜你想要元器件,找到后,此界面需要注意的点如下,看中了这个元器件,将商品编号复制下来,去立创EDA,点击放置-器件(SHIFT+F)粘贴编号放置即可。
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3.原理图中关键电路及原理讲解
- 供电使用星坤连接器,镀金接口,供电稳定,电源输出给到USB_VBUS网络标签,该电源同时会引到H3的下载调试接口上。
- 该调试接口链接到了单片机的下载口,可用于程序的下载。注意的是RXTX要反接使用。
- 运行状态指示灯,所串接电阻为1k左右,实际上串多大,看你想要的效果,为了亮度大你就串小阻值的,亮度低,就串大电阻。
- EPS-01模块,用于和网页云端通信以及单片机通讯,他是数据中转站,使用串口和STC单片机通讯。
- 使能端和复位使用10K电阻上拉,通常上拉电阻都使用10K,主供电使用3.3V串联100nf电容用于滤波。
- 给它下载程序,请使用TTL下载器,这里不再赘述下载器的使用,有需要请移步开源平台。
- 主控芯片连接的主要是按键、蜂鸣器、指示灯、屏幕、串口、flash、ESP01模块。
- 供电电业和滤波电龙不要忘记,同时这里使用的是硬件SPI,不明白的要阅读技术手册。
- 无线通讯模块,用于和子设备之间进行通讯,供电电压3.3v,104电容滤波,47uf电容用于补充电荷。
- 使用SPI协议和主控芯片通讯
- TP4056充电芯片,这个可能大家不明白为什么这么接线其实很简单,就是看数据手册,抄一遍数据手册的推荐电路或者参考别人的电路即可。
- 电池首先和开关相连,随后和充电芯片相连,即,插上充电线,仅仅是电路工作,打开开关才给电池充电。
- 打开开关,电池通过U11芯片稳压3.3输出给单片机和屏幕等电子元器件供电。
- 电源设计要考虑电容滤波。
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4.PCB设计基础知识
顶层视图:
黑色 挖槽 就是直接打孔电钻打穿的东西
紫色 边框 就是你板子的实物边框
黄色 顶层丝印 就是,打印机墨喷上去的那种样子,白板子喷黑墨,黑板子喷白墨,都不满足?有彩墨!!!彩色丝印快上线啦!!!
焊盘 就是焊接元器件的地方,实物上面有层锡,可以焊接用
过孔 打了一个小小的控,可以把电线从顶层,穿过电路板到底层
好玩的地方:顶层+顶层阻焊=实物银色带反光
实物和pcb之间关系:对照看一下,加强对PCB中的层的理解。
原工程:芯片学习|焊接调试测试架 - 嘉立创EDA开源硬件平台 (oshwhub.com)
导线的粗细如何选定?要么进行计算,要么估算,而我采用的方法是,直接用电流表测。大概1mm能承受1A电流,大家可以估算一下。具体查询载流量对照表
5.PCB设计注意事项讲解
2.主要功能框图和工作流程图架构如下
本来是有文字介绍的,但是总体字数好像超了,发不出去。所以简化了内容,全面的内容要看附件和论文。
本工程描述的内容为右上角的一小块,其余的等日后再去完善,届时会再本工程贴上相关工程链接。
主要的功能框图,包括的主要电路。
主从机数据通讯结构,注意不是STC和ESP-01通讯格式。是主机与从机的通讯格式。状态读取从机A与状态控制从机B初定通讯格式如图 2.2所示,该图为主机下发数据的格式定义,此通讯格式定义图中,帧名称在程序中会反复用到。数据帧头用来判断数据是否正确,相当于头校验,发送设备之间的区分使用BF[1]进行区分,从机A的编号为0x01,从机B的编号为0x01,但在表中未标出,因从机B不需要向主机上报信息,此编号完全自定义,当需要添加多个从机设备时候。顺延BF[1]的编号即可。功能字用于区分是哪个功能,每个功能有特定的功能字。
小信号控制大功率电器的控制思想。
云端监控的配置流程
ESP-01网络模块的工作流程图详解。
按键判断的思想。
判断按键是否按下的具体流程图。
本工程所设计的界面切换流程思想。
启明云端开发思想(仅仅完成了界面的设计,串口的交互并未完成)
3.附件结构
1:一张照片(我也不知道是啥照片)
2:物联网模块程序
3:智慧插排的程序(工程用不到)
4:1号从机程序(本工程用不到,但是要是组成主从通讯网络,需要这个程序)
5:主机板的显示屏显示汉字需要字库,这个是教程
6:重要的展示效果
7:后面的长论文源文件
8:毕业论文 可以参考
9:面板和外壳(剪建议自己重新生成)
10:面板制作教程
11:下图
数据处理文件夹:包含原始数据的处理流程
亿图:项目中涉及到的所有高清流程图均在里面
4.星火计划论文相关内容
5.编辑开源工程文档的一些技巧杂谈
1 发现无法发布工程?
将工程复制一份到文章开源平台,看看能不能发布,很可能是因为有一些敏感词汇。
2 不知道如何在文章中插入超链接?
1是可以插入外部的超链接,2 是可以打标记点,然后在点击1来插入超链接,连接到2的标记点。
3 发现插入超链接 后面敲空格,超链接长度也变长了?
后面的空格想中断的话,按一下delete键即可。
4 文字字数上限怎么办?
转成图片插入,可以多选图片,旋转顺序和粘贴的插入循序是相反的。
5 想预览但是不想麻烦审核怎么办?
在文章最上面,标注一下,说明只是为了预览,审核的哥哥姐姐不要通过审核!
5 无敏感词还是不能过审核?
删一部分发一部分,看看到底哪段有问题。
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