基于华为LiteOS的远程数据采集系统设计

唐 军，杜秀君

（1.宜宾职业技术学院 电子信息与人工智能学院，四川 宜宾 644003；2.宜宾职业技术学院 科技处，四川 宜宾 644003）

0 引言

Huawei LiteOS发布于2015年5月的华为网络大会上，是面向IoT领域构建的轻量级物联网操作系统［1］。本设计利用LiteOS系统，通过NB-IOT技术完成与华为IOTDA物联网平台的对接，可以将数据发送到该平台，也可以从该平台下发指令，控制设备侧。本设计来源于横向课题，要求基于NB-IOT技术，将温度、光照度、数字量、开关量输入数据传入IOTDA平台，并能依据IOTDA平台指令，控制继电器输出。

1 系统架构

按项目需求，本设计需要在采集完外界的温度、光照度数据与数字开关量数据后，对数据进行上传处理，并能对外部的一些数字IO量进行开关的控制。为方便现场的数据调试，设计采用串口触摸屏进行显示。数据采集完成后，通过NB-IOT模块，系统将数据传送到华为的IDOA平台，进行远程处理。

图1 系统架构设计

2 硬件设计

系统由STM32小系统、高速数字量输入电平转换、光照度数据采集、PT100温度采集模块、开关量输出、触摸屏通信接口、NB-IOT模块通信接口设计构成。

2.1 高速数字量输入电平转换模块设计

外部数据的开关量，其电平标准为5 V，而STM32的端口为3.3 V，故需要设计一个高速数字量输入电平转换模块完成电平转换功能，实现电平转换与端口保护。本设计采用光耦6N137实现此功能。

2.2 光照度数据采集模块

系统的整体设计参考了小熊派开发板的设计。该开发板包含采集光照度的E53智慧路灯模块。本设计直接采用该模块，连接与光照度模块的接口。光照度模块采用IIC接口进行通信。

2.3 PT00温度采集模块设计

PT100采集外部的温度信号，经过电桥电路后，得到与温度相关的信号，然后将电压值送入仪表放大，放大后的电压信号送入STM32，利用STM32内部自带的ADC模块进行模数转换，并利用查表法完成温度信号的换算，从而得到具体的温度信号［2］。设计出的具体电路，如图2所示。

图2 PT100温度采集模块设计

2.4 开关量输出

按设计要求，系统需要能够对华为物联网平台IOTDA下发的指令进行解析，用以控制继电器。

3 软件设计

本设计在STM32上实现了华为的LiteOS系统运行。该系统可以很方便地与华为IOTDA平台实现连接。本设计，一是在MDK平台上，完成了LiteOS的迁移；二是单独为每一个电路模块标志了驱动程序，通过触摸屏完成了数据的显示；三是利用NB-IOT将所采集到的数据上报到华为IOTDA平台。在云端，本设计也对应开发了相应的程序用以响应和控制设备侧。

3.1 华为LiteOS简介

Huawei LiteOS是华为面向IoT领域构建的轻量级物联网操作系统［3］，系统可广泛应用于智能家居、个人穿戴、车联网、城市公共服务、制造业等领域［4］。

3.2 LiteOS系统迁移

LiteOS系统迁移之前，需要在STM32裸机上完成对应外设的驱动开发后开始进行迁移。系统迁移的步骤主要包括增加新移植开发板的目录、适配新开发板的外设驱动和HAL库配置文件、配置系统时钟、适配串口初始化文件、修改链接脚本和适配编译配置等步骤。

3.3 设备侧开发

在实现LiteOS成功移植后，通过加入在STM32裸机上已经调试运行成功的外设程序，就可以通过NB-IOT模块与云端IOTDA平台进行通信。系统的整体功能架构如图3所示。

图3 系统的整体功能架构

系统上电后，首先初始化LiteOS内核，然后在LiteOS中创建STM32硬件初始化任务，对STM32时钟、串口、ADC、IIC的进行配置，再创建数据采集和数据上报任务，将采集到的各种数据，利用NB-IOT上传到IOTDA平台。

3.4 云侧平台开发

IOTDA云测平台中对系统模型进行了定义，在模型中一共定义了4个服务，即Sensor，LED，Temperature和In_put，分别对应这个设备侧上传到云侧的光强度数据、LED的开关指令、PT100采集到的温度数据和开关量的状态，通过这4个服务，就可以实时把测量到的数据上传到IOTDA平台，并可以由LED指令控制设备侧的LED亮灭。

4 系统调试

本文利用华为的LiteOS技术设计了远程设备的管理平台，可以实现光照度、温度、数字量IO的数据上报，也可以在云侧通过SET_LED指令实现对设备侧的控制。NB-IOT在LiteOS的控制下，实时向IOTDA平台传递数据，在IOTDA平台，通过设置Set_LED的状态为ON，可以点亮LED，完成对开关量的控制。