# RA4M2_Gateway

**Repository Path**: hehung/ra4-m2_-gateway

## Basic Information

- **Project Name**: RA4M2_Gateway
- **Description**: 本项目是基于RA4M2完成了环境监控网关设备，传感器HS3003采集温湿度，ISL29035采集环境光照强度，温湿度以及光照强度通过wifi模块周期性上传到Onenet物联网平台；OLED提供显示功能，能够显示时间，温湿度以及wifi，蓝牙，云平台的连接状态；触摸按钮可以用来切换显示界面；蓝牙模块与手机蓝牙通信，可以通过手机发送指令控制LED亮灭。
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 1
- **Created**: 2023-02-26
- **Last Updated**: 2023-08-31

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 目录说明
- Onenet TCP透传Lua解析脚本： ONENET平台TCP透传的数据解析脚本，结合工程使用   
- bootloader上位机以及工程：bootloader的代码以及上位机（存在bug，bootloader跳转application存在问题）
- images：readme.md文件中所需图片
- ra4m2_gateway_prj：RA4M2环境检测网关工程



# 项目简介
本项目是基于RA4M2完成了环境监控网关设备，传感器HS3003采集温湿度，ISL29035采集环境光照强度，MQ5采集环境可燃气体浓度；温湿度，光照强度，可燃气体浓度通过wifi模块周期性上传到Onenet物联网平台；OLED提供显示功能，能够显示时间，温湿度以及wifi，蓝牙，云平台的连接状态；触摸按钮可以用来切换显示界面；该作品提供了台灯控制功能，可以通过蓝牙以及wifi控制台灯亮度以及开关。


# 项目说明
## 使用模块以及设备

### 调试环境

开发环境：windows10；
IDE：MDK5.34；
RASC：V4.0.0；
调试器：ST-LINK V2；   

### 外扩模块

- OLED: 显示信息   
- HS3003：温湿度信息获取   
- ISL29035：光照度模块   
- DA14531：蓝牙模块 - 蓝牙控制台灯亮度   
- DS16200：WIFI模块 - 同步本地时间以及连接onenet物联网平台，上传环境数据以及控制台灯亮灭   
- MQ5：可燃气体浓度传感器   
- L298电机驱动模块：用来控制台灯，让台灯和设备的供电电源隔开  


### 板载资料使用
 - LED3: GPIO驱动，周期性闪烁    
 - LED2：PWM3驱动，项目中未使用，用于调试   
 - LED1（P405）: PWM1驱动，连接台灯引脚，可以通过触摸按钮TS2以及实体按钮SW1和SW2控制亮度，同时可以通过物联网以及蓝牙控控制     
 - TS1：触摸按钮，控制OLED切换显示界面    
 - TS2：触摸按钮，用于控制台灯的亮度
 - SW1：实体按钮，用于确定台灯亮度减小，按下TS2之后台灯光亮度减弱，直到0
 - SW2：实体按钮，用于确定台灯亮度增大，按下TS2之后台灯亮度增大，直到100% 
 - RTC：实时时钟，WIFI模块获取的网络时间会同步到RTC   
 - 定时器：用来监控WIFI模块AT命令超时以及控制LED1周期性闪烁  
 - 串口9：与电脑通信串口，打印调试信息  
 - 串口0：串口用于wifi AT命令使用   
 - 串口4：串口蓝牙透传通信   
 - 外部中断（P008）:用来监控蓝牙模块连接状态 
 - ADC0 CH0（P000）: 采集MQ5可燃气体传感器的浓度 

## 软件资料使用
软件使用了FreeRTOS作为实时嵌入式系统，多个线程结合使用。  
- os_init_thread:初始化线程，初始化板载资源以及公共资源，初始化完成之后关闭该线程
- key_thread：实体按钮以及触摸按钮周期性采样任务    
- display_thread：显示控制任务，用来控制OLED屏显示  
- bt_thread：蓝牙控制线程，未使用
- wifi_thread：wifi控制线程，用来控制单片机与wifi模块的AT命令通信，以及发送数据到OneNet，同时从OneNet接收命令
- sensor_thread：传感器线程，用来周期性采集HS3003，ISL29035以及MQ5采样数据  
- mutex_sci3_i2c_Mutex: 互斥量，用来解决同一个IIC总线上两个设备同时访问IIC总线时的冲突问题  
- wifi_mutex_Mutex：互斥量，用来解决wifi模块通信期间的冲突  
- event_group_0_Event_Group：事件组，用来处理任务键的同步，即所有任务都要等待初始化任务完成初始化才会开始运行   

资源使用情况如下：  
![](./images/04.jpg)

## 硬件架构图
硬件架构图实现如下：  
![](./images/03.jpg)

## 软件实现逻辑
1. 上电之后，做系统初始化，在初始化线程中作外设模块以及内部设备的初始化，初始化完成之后各个线程开始运行，初始化线程终止；   
2. 按键线程启动，周期性检测按键以及触摸按钮按下状态；
3. 蓝牙线程启动，检测蓝牙命令并做出响应，主要是检测台灯控制命令；   
4. wifi控制线程启动，初始化wifi模块 -> 发送控制命令 -> 连接路由器 -> 获取网络时间并更新到RTC -> 获取传感器数据并传递给Onenet物联网平台 -> 接收物联网平台发送的数据，并解析控制台灯亮度；
5. 显示线程启动：显示启动界面 -> 1s后进入主界面，OLED显示wifi连接状态，蓝牙连接状态，IOT云平台连接状态，温湿度信息，时间，日期，星期等信息 -> 此时按下TS1进入传感器数据显示界面 -> 显示温湿度，可燃气体浓度，环境光强度等信息 -> 再次按下TS1退回主界面；   
6. 传感器线程启动，周期性采集各个传感器的数据；
7. 上述步骤2~6同步进行； 

下面是控制逻辑：   
8. 按下SW2之后，之后一直按着触摸按钮TS21，LED1以及台灯会由暗到明增加亮度,直到最亮100%；
9.  按下SW1之后，之后一直按着触摸按钮TS1，LED1以及台灯会由明到暗减小亮度，直到不亮；
10. 蓝牙连接之后，OLED主界面的蓝牙图标不会再闪烁，连接断开或者未连接，主界面的蓝牙图标闪烁；
11. wifi连接到路由器之后，主界面的WIFI图标不会再闪烁，连接断开或者未连接，主界面wifi图标闪烁；
12. 成功连接到onenet云平台之后，主界面的IoT图标不会再闪烁，连接断开或者未连接，主界面IoT图标闪烁；
13. 当连接了OneNet之后，oneNet下发台灯亮度命令，台灯亮度会变化；  
14. 蓝牙连接之后，蓝牙发送台灯亮度控制命令，台灯亮度会变化。    
   
下面介绍一些重点内容：  
### 启动界面
上电之后的显示界面，会在此界面停留一秒钟。   
![](./images/06.jpg)
  
### 主显示界面
- 左上角显示wifi，蓝牙，云平台的连接状态，未连接时，闪烁；连接成功，常亮；     
- 右上角显示温度，湿度信息，周期性切换显示；   
- 正中间显示时间；   
- 左下角显示日期，年和月日，周期性切换显示；  
- 右下角显示星期。  
![](./images/07.jpg)
  
### 温湿度显示界面
主界面按下TS1切换到该界面；再次按下TS1退回主界面。   
 - 显示温度（摄氏度）；  
 - 显示湿度（百分比）；  
 - 显示环境光亮度（Lux）；  
 - 显示可燃气体浓度（ppm）  
![](./images/05.jpg)

### 蓝牙控制界面
- 蓝牙发送【Lamp:台灯亮度】就可以控制台灯了，例如发送【Lamp:80】,台灯就会按照80%的占空比的PWM驱动。
- 蓝牙发送命令给网关，网关识别成功并执行命令之后返回【Success】，识别失败返回【Fail】
![](./images/09.jpg)

## 云平台介绍
### 平台选择
阿里云物联网平台：   
本来打算使用阿里云物联网平台的，但是在实际操作过程中，阿里云的Client ID很长，而且有','在ClientID中，DA16200会将逗号识别为一个参数，会一直反馈ERROR -3，表示参数过多，加了转义字符以及双引号都一直解决不了这个问题，遂放弃。       
     
腾讯云物联网平台：  
与阿里云有一样的问题，但是不是clientId，而是其他参数，会导致返回ERROR -4的故障，表示参数错误，一直解决不了，遂放弃。     
     
onenet中移物联网平台：  
onenet提供了多种协议连接方式，本来想使用MQTT协议的，onenet的MQTT参数比较简单，DA16200配置MQTT的相关参数是没有问题的，但是设置完成之后还是不能正常通信，一直打不开客户端，折腾了很长时按都打不开客户端，解决不了，遂放弃。   
  
最后本来都打算放弃云平台的连接了，使用本地连接，但是看到了onenet还有一个tcp透传，想着试一下，结果还成功了，所以本项目使用了TCP透传与onenet平台连接。   

### 云平台连接
云平台的连接过程还是一波三折，TCP透传需要使用lua脚本来解析单片机发送给云平台的数据，但是本人从来没有使用过lua脚本，所以这个解析脚本尝试了很久才成功，主要是将接收到设备的数据解析为想要的数据由云平台显示。     

我设计了一个数据显示的格式：   
```C
T+$温度+H+$湿度+L+$光照强度+M+$可燃气体浓度+P+$台灯亮度
```

举例，如果上传的温度为35.2度，湿度为56.2%，光照强度为123Lux，可燃气体浓度3000ppm，台灯亮度为65%，为则数据格式应该为：
```
T35.2H56.2L123M3000P65
```
OneNet收到上述数据之后会进行解析之后，分别显示在不同的数据流中。  

网关没5s发送一次数据给OneNet平台。  


**云平台收到了数据之后会反馈一个字符串"received"，设备（RA4M2）可以由此知道数据有没有发送成功。**   
Lua脚本就会解析这个格式的数据，然后分析显示到Temp，Humi，Lux的数据流中。   

 - Lua代码在本文附件中提供，以及gitee也可以获取。 

下面是设备加载的Lua脚本：     
![](./images/01.jpg)  

下面是云平台接收的数据：  
![](./images/00.jpg)    
   
下面是调试信息，通过串口打印，可以看到发送给oneNet的数据以及OneNet反馈的数据：    
![](./images/02.jpg)

下面是云平台下发的控制命令：   
命令格式是【Lamp:台灯亮度】，比如【Lamp:80】表示设置台灯亮度为80%  
![](./images/10.jpg)


# Bootloader制作
> Bootloader使用串口实现，目的是通过板载USB串口UART9来实现软件的在线更新，扩展目标是实现WIFI更新固件（时间关系，未实现），目前实现了上位机软件，支持hex数据的下发，网关RA4M2 bootloader实现了对收到的hex数据接收并解析，并将收到的数据写到对应的flash地址，但是从bootloader跳转到用户app没有实验成功，还没找到问题原因。

用户应用程序的地址应该从0x20000开始，bootloader使用的地址区域为0x0~0x1FFFF。    

目前实现功能如下：
1. 上位机下载软件，支持选择hex文件，以及使用串口下载，支持串口波特率可配；
2. 实现下位机bootloader软件串口数据接收，，并解析hex文件，将hex文件信息写到对应的地址区域；
3. 完成flash代码的写入，但是跳转部分存在问题，跳转之后软件启动不了，没找到问题原因，还需后期再查。 

目前先记录完成的功能。   

## 上位机
上位机使用的是python开发，加载hex文件并通过串口下发。  

![](./images/11.jpg)

下位机功能：
下位机上电之后LED会闪烁一秒钟，表示进入了bootloader，如果检测到application是有效的就跳转到app，无效就等待上位机发送hex文件，hex文件接收到了之后就跳转到app。

如下图，我已经将下载到flash中的代码反读取过了，与下载的代码一致。

![](./images/12.jpg)

在已经存在app的情况下，如果想进入bootloader，则在上电的时候按下并保持SW1或者SW2直到LED1闪烁完成，则不会进入用户程序，停留在bootloader，可以再次下载了。  


## 总结
本次比赛学习到了很多东西，对云平台的连接有了更深入的了解，同时对RA4M2单片机的内核以及控制有了充足的认知，RA4M2上手快速，对新手很友好，可以用来开发强大功能的设计作品。瑞萨官方提供的传感器使用起来也很方便，能够快速上手，但是DA16200使用起来有些问题，对于同一个命令，有时候执行正常，有时候却返回ERROR信息，CAN模块没有使用成功，可能是打开方式不对，时间关系没在深究了，后期在验证原因。  

感谢电子发烧友以及瑞萨提供的机会。    
   
# 项目演示
全家福   
![](./images/08.jpg)

演示视频放到了bilibili：[https://www.bilibili.com/video/BV1LT411e71K/](https://www.bilibili.com/video/BV1LT411e71K/)