物联网硬件设计与嵌入式开发｜原理图、PCB、单片机

一、【项目名称】

物联网设备硬件设计与嵌入式开发——LoRa无线预警及双雷达监测案例

二、【开发团队简介】

上海创见云集信息技术有限公司，提供电子产品硬件设计、PCB设计、嵌入式程序及设备配套软件定制开发服务，面向传感器采集、设备控制、无线通信和工业物联网等应用场景开展项目合作。

主要服务内容包括：

1. 硬件方案设计：根据功能、接口、供电、安装尺寸及使用环境，开展方案分析、器件选型和电路设计。

2. 原理图与PCB设计：开展原理图设计、元器件封装及PCB布局布线，整理BOM和生产资料。

3. 嵌入式程序开发：完成单片机驱动、数据采集、控制逻辑、通信协议及设备参数管理。

4. Linux网关开发：完成设备接入、串口通信、网络通信、消息处理及业务程序部署。

5. 样机调试与系统联调：结合实板验证设备功能，配合完成节点、网关、显示终端及业务平台之间的通信。

6. 配套软件开发：根据设备需求，提供PC上位机、管理后台、APP或微信小程序等配套开发。

以下两个案例重点展示已完成的设备固件、硬件接口适配、Linux网关业务及实板联调工作。

三、【项目亮点】

1. 覆盖节点、网关和平台的设备通信开发

在LoRa无线预警项目中，完成节点固件、Linux网关业务程序及平台通信对接，跑通现场触发、无线传输、网关接收和平台报警入库的完整路径。

2. 结合实板开展功能验证

开发过程结合实际开发板、产品主板、雷达模块及显示组件进行联调，使程序逻辑与设备接口、通信协议和现场工作流程相匹配。

3. 处理多设备接入与运行状态恢复

Linux网关程序包含节点会话管理、消息转发、断线重连及状态恢复等功能，并在ARM Linux环境完成128路TCP并发连接的软件验证。

4. 实现双雷达、LED与语音的场景联动

针对无信号灯路口，实现左右雷达独立触发、单侧来车提示、两侧来车警示以及显示和语音之间的协同切换。

5. 配套远程配置与升级能力

根据项目协议实现参数配置、固件下载校验、版本回传及升级后的配置保留，方便后续部署和维护。

四、【作品简介】

案例一：Linux与LoRa无线预警系统

本项目面向林区等分散布点场景。现场节点采集信息并触发报警，通过LoRa将消息发送至Linux网关，再由网关接入业务平台，实现现场信息集中接收和报警处理。

项目采用节点、网关与平台配合的方式，适用于设备分散、需要无线传输和集中管理的监测场景。

我们负责的主要内容包括：

1. 节点固件开发，实现数据采集、报警触发、低功耗运行、无线唤醒和参数交互。

2. Linux网关业务程序开发，实现串口接入、网络通信、节点会话管理及消息处理。

3. 平台协议对接，实现设备消息上传、平台指令转发和报警信息入库。

4. 异常处理与恢复，实现断线重连、重复上报间隔处理以及正常断电重启后的业务恢复。

5. 固件升级功能，实现固件下载、校验、安装及版本回传。

项目已跑通节点触发、LoRa传输、网关接收和平台报警入库的完整通信链路，并完成相关实板联调。

交付内容包括节点与网关源代码、配套固件、编译环境说明、升级工具及部署文档。

案例二：智慧交通双雷达监测与路口预警

本项目用于无信号灯路口的车辆监测与通行提醒。设备通过24GHz雷达获取来车信息，结合LED显示和语音播报，为现场车辆提供方向、车速及两侧来车提示，并通过云平台管理设备参数和显示内容。

我们在现有产品硬件及平台协议基础上，完成STM32F407固件定制，重点开发双雷达触发规则、车速显示、文字显示、语音切换、参数配置及远程升级等功能。

主要功能包括：

1. 左右雷达独立触发，单侧来车时显示对应车速和方向提示，并播放相应语音。

2. 当另一侧也检测到来车时，切换为两侧警示，上屏显示“停”，下屏提示“两侧来车，注意避让”。

3. 进入两侧警示后，本轮保持两侧提示状态，待LED内容和语音均结束后重新等待触发。

4. 连续同侧来车时更新车速，避免重复启动语音。

5. 根据当前车速与阈值切换速度数字颜色，两侧警示统一使用红色。

6. LED支持文字分页和上下屏配合，显示与语音采用一致的场景判断。

7. 支持通过云平台及串口配置提示文字、语音、超速阈值和显示间隔。

8. 支持参数查询、升级保留配置、升级文件校验和版本回传。

项目完成工程编译、功能回归及升级文件一致性检查，并配合客户进行远程升级和功能复测，客户反馈测试无问题。

交付内容包括完整源代码、Application与Bootloader工程、正式升级镜像及修改说明。

五、【系统构架图】

1. LoRa无线预警系统架构说明

系统由现场节点、LoRa通信链路、Linux网关和业务平台组成。

现场节点负责信息采集、报警判断及无线消息发送；LoRa链路负责节点与网关之间的数据交互；Linux网关负责节点接入、消息解析、状态管理和平台通信；业务平台负责接收报警、保存业务数据及下发控制指令。

平台下发的配置或业务指令，由网关根据协议转发至对应节点，形成设备上报与平台下发的双向通信流程。

2. 双雷达路口预警系统架构说明

系统由左右雷达、STM32F407主控、LED显示组件、语音组件及云平台组成。

左右雷达分别提供来车信息，主控根据触发方向、车速、阈值和当前提示状态进行判断，再协调LED显示和语音播报。

云平台及串口配置功能用于调整提示文字、语音、超速阈值和显示间隔，同时配合完成参数查询及远程维护。

六、【硬件部分的描述】

1. 硬件设计服务内容

围绕控制板和物联网设备，可根据项目需求开展以下工作：

• 根据采集信号、控制对象和通信方式选择主控及外围器件。

• 设计供电、主控、采集、通信和控制等电路模块。

• 根据板卡尺寸、接口位置和装配要求完成PCB布局布线。

• 整理BOM、Gerber及贴片所需的生产资料。

• 配合样机上电检查、接口测试和软硬件联调。

具体硬件功能、器件型号、板卡层数和交付资料，根据项目需求清单确认。

2. LoRa无线预警系统硬件组成及工作原理

本案例涉及STM32节点、LoRa无线通信模块、T113 Linux网关及4G通信等组成部分，Linux开发采用ATK-DLT113IS开发板。

现场节点完成信息采集和报警触发后，将消息通过LoRa发送至网关。网关程序接收并解析消息，维护节点状态，再按照平台协议完成数据上传及指令交互。

节点程序与网关程序配合处理参数交互、无线唤醒和消息收发，并结合实板验证通信路径及业务恢复流程。

3. 双雷达路口预警系统硬件组成及工作原理

本案例基于现有STM32F407产品主板，连接左右两侧24GHz雷达、LED显示组件及语音组件。

雷达提供车辆检测信息，主控程序根据左右触发状态和车速进行场景判断，再控制显示内容及语音播放。

开发重点是使雷达输入、主控判断、显示输出和语音播报相互配合，并通过实板验证参数配置、状态切换及升级功能。

4. 硬件资料与EDA信息

案例配图包括Linux开发板资料图、路口预警主板、测速雷达模块、显示形式及产品演示画面。开发板资料图应保留“资料图”标注。

EDA工具名称：【填写实际使用的EDA软件名称】。

设计链接：【填写有权公开的原理图或PCB设计链接】。

原理图、PCB图片或工程文件，应选择本人或团队实际完成、拥有相应展示权限的资料上传。

七、【主要器件】

具体器件型号和外围配置以对应项目实际硬件资料为准。

八、【软件部分的描述】

1. 节点固件

节点上电后完成初始化，进入采集与业务处理流程。检测到报警条件后，组织消息并通过LoRa上报，同时接收和处理配置指令。

程序涉及采集处理、报警触发、低功耗运行、无线唤醒、参数交互及通信状态管理。

2. Linux网关程序

网关启动后加载配置，初始化串口和网络通信，建立平台连接并进入消息处理流程。

接收到节点消息后，程序解析内容、维护节点状态并向平台上传；接收到平台指令后，按协议转发至对应设备。连接异常时执行重连处理，并在正常重启后恢复业务运行。

主要技术涉及ARM Linux、C语言、串口通信、TCP及HTTP通信。

3. 双雷达控制程序

程序统一管理雷达触发、车速显示、文字提示及语音播放。

单侧触发时进入对应方向的提示流程；另一侧来车时切换至两侧警示。连续同侧来车更新车速，当前提示流程结束后恢复等待状态。

显示处理保留约150毫秒的速度更新节奏，并根据阈值和提示状态调整颜色。参数管理支持配置保存、开机回显、查询及升级后保留已有配置。

4. 升级与工程交付

按照设备协议提供固件下载校验、版本回传及远程升级配套功能。双雷达项目交付Application与Bootloader工程、正式升级镜像及修改说明，便于客户部署和后续维护。

源代码及工程文件按项目约定交付，公开展示范围根据项目授权确定。

九、【作品演示】

案例可结合实板照片、显示画面和功能演示，展示以下内容：

LoRa无线预警系统：

1. 现场节点触发及LoRa消息上报。

2. Linux网关接收、解析并转发消息。

3. 平台接收报警及保存业务记录。

4. 平台指令下发与节点参数交互。

5. 固件升级、版本回传及正常重启后的业务恢复。

双雷达路口预警系统：

1. 左侧、右侧单独来车时的车速与方向提示。

2. 两侧先后来车时的警示切换。

3. 连续同侧来车时的速度更新与语音处理。

4. 超速颜色变化、文字分页及上下屏配合。

5. 参数配置、查询及远程升级。