--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，博主做不出来什么庞大的工程，因此以家庭生活中常用的物联网入手，设计了一个可以用于家庭或者工厂控制端物联网控制系统，亦可改进一下拿去参加相关的校赛。

 

    完整项目介绍：

      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。

 

----文章目录---- 一、常用宝贵链接和说明： 项目的硬件组成 嘉立创软件使用 其他会用到的软件 BILIBILI的一些教程   二、项目设计讲解 1.项目设计思路架构图 2.原理图关键电路介绍 3.PCB设计相关内容 4.PCB设计注意事项讲解 三、附件和论文： 1.电器性能参数 2.附件结构 3.星火计划论文相关内容

 

一、常用宝贵链接和说明：

项目的硬件组成： 无线模块NRF24L01 显示屏SPI-OLED 联网模块ESP-01S 主控芯片STC8A8K64SA12 字库存储芯片FLASH 充电芯片TP4056 电池          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)
嘉立创软件使用： 入门：立创商城&立创EDA使用的新手教程 立创EDA原理图及PCB及面板绘制：立创EDA专业版 设计后的电路板小批量生产下单：嘉立创下单小助手 高清的立创亚克力面板打印生产：立创面板打印 参考学习分享电路设计，参加活动：立创开源平台 正品带有数据手册的元器件购买商城：立创商城 嘉立创的FA五金机械零部件商城：嘉立创FA 嘉立创相关软件快速链只因：嘉立创常用链接入口
其他开发本项目会用到的软件： ESP_01代码开发软件：VScode编译器 素材图片处理软件：Photoshop 主机从机程序编写：KEIL_V5 智能插排程序编写：Arduino（目前正在开发） 摄像头开发文档教程：相关文档 萤石云海康威视个人中心：个人中心 物联网项目开发配置：物联网平台 (aliyun.com) 云端可视化界面开发：应用开发 (aliyun.com) 云服务器控制台：云服务器管理控制台 (aliyun.com) 网页上线备案：阿里云-备案频道页 开发流程图设计：万兴亿图 烧录和调试：正点原子 嘉立创相关软件：嘉立创常用链接入口
BILIBILI的一些教程: 右侧的网页控制入口：智慧工厂管理界面  网页的控制界面：[星火计划分布式设备网页控制端] 全机控制展示：[旧版本的控制展示] 网页控件设计教程：[阿里云云端配置教程] [阿里云网页上线旧版教程（不推荐）] [首批彩色电路板（arduino）效果&思考]
【疫情，让我们更关注健康！守护生命，是永恒的主题】 向X-Life出发!探索科技与健康生活的无限可能 ! XbotPark2023冬令营，报名开启！XbotPark机器人基地由港科大李泽湘教授创立，旨在从源头开始系统性培养创新人才，已成功孵化出大疆、云鲸智能、卧安科技、逸动科技、海柔创新等60多家明星硬科技企业，头部企业估值已超过800亿元。 （报销来返机票交通费、酒店食宿费、营中制造样机费、餐补等等，还有很多活动，还有参观产业基地供应链基地的机会）         松山湖基地介绍&报名点击这里。         我参加的这届的毕业留念宣传视频点这里

 

个人简介：

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）。

个人详细介绍点击这里

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。。

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二、项目设计讲解：

1.项目设计思路架构图

       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。亿图软件使用下载入口（此链接有7天体验会员）

        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。本项目设计流程图如下：

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，下面是重要的模块分析。

本工程描述的内容为右上角的主机的制作。串口屏幕和从机还在继续更新中。

主要的通信方式功能框图，方便了解设备之间的交互方式。

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       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。

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上图是小信号控制大功率电器的控制思想。 右侧是云端监控的配置流程，可以将监控画面显示在网页上的控制端。

 

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ESP-01网络模块的工作流程图详解。该模块实现了接收单片机数据并且将数据上报到云端的功能。

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屏幕切换的流程，预先设计屏幕切换流程图有助于在设计切换的函数，不让你一头雾水。

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2.原理图关键电路介绍

  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

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。

        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。

 

1. 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。
2. 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。
3. 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。

 

1. 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。
2. 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。
3. 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。

 

1. 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。
2. 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。

 

 

1. 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。
2. 使用SPI协议和主控芯片通讯

 

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 电源设计要考虑电容滤波。

 

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3.PCB设计相关内容

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！

        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。

        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 打了一个小小的孔，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

使用立创EDA专业版设计外壳	使用面板功能设计面板
项目的外壳和面板： 外壳使用嘉立创专业版绘制，并在小助手中的三维猴打印，面板在嘉立创打印完成，使用的是磨砂亚克力印制。 外壳面板打印广受好评，没用过的小伙伴快冲一冲！ 现在有鼓包按键公艺，有需要的小伙伴可以看一看。效果超级好！！！

 

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4.PCB设计注意事项讲解

 

 

务必查看附件！对项目有问题请留言或者私信均可！

执立创之手，让我们一同进步！