什么是物联网网关 物联网智能网关的特点

一、什么是物联网网关？

网关就是为了不同协议之间转换难而诞生的一个产品，对内负责整个智能家居系统不同设备的协议转换，对外通过以太网或者WiFi进入互联网实现远程通信。

相比于互联网时代，物联网的通信协议更加多样，物的碎片化非常严重，网关的重要性也就由此凸显——物联网网关能够把不同的物收集到的信息整合起来，并且把它传输到下一层次，因而信息才能在各部分之间相互传输。物联网网关可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换;既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。

比如电视机、洗衣机、空调、冰箱等家电设备;门禁、烟雾探测器、摄像头等安防设备;台灯、吊灯、电动窗帘等采光照明设备等，通过集成特定的通信模块，分别构成各自的自组网子系统。而在家庭物联网网关设备内部，集成了几套常用自组网通信协议，能够同时与使用不同协议的设备或子系统进行通信。用户只需对网关进行 *** 作。便可以控制家里所有连接到网关的智能设备。

网关在系统里面起着很重要的核心作用，网关有哪几种形态呢

我们这里也简单说说：

无线转无线：WiFi转433MHz、红外、ZigBee(家庭常见)

GPRS(2G、3G、4G)转433MHz、红外、ZigBee(工业常见)

无线转有线：WiFi转RS485、RS232、CAN(工业居多)

有线转无线：以太网转433MHz、红外、ZigBee(家庭常见)

有线转有线：以太网转RS485、RS232、CAN(工业居多)

二、物联网网关的历史

设备数据的采集、传输、监测是整个流程的关键步骤，在市场需求不断更新以及技术提升中，物联网智能网关就此出现，要更好地了解它的价值和出现的契机，要从设备机器数据的采集、传输、监测过程发展历程说起。

在发展早期，数据采集的意识才刚刚出现的时候，由于传感器的匮乏加上传输技术的落后，大多都是依靠人工进行数据计量。人工计量的弊端不言而喻，耗时耗力并且能够检测的范围是非常狭窄的，所以人工计量的方式很快就被淘汰。

1、初期的本地监测，数据采集的首次尝试

真正意义上的数据监测应该从本地监测开始。通过有线网络将设备总控和 PLC 或者 HMI 连接起来，进行本地的人机交互和信息交换，设备上的数据直接显示在 PC 或者 HMI 上面。

而PC需要近距离地安装在设备旁，同时需要人员一天 24 小时的监控以及反馈。此时，人工的力量还是占了主导地位，本地监测的实际意义不大，只是停留在简单的数据统计工作上。

2、以太网出现，延伸物理传输距离

由于本地监测局限性太大，人们开始把以太网等有线宽带技术运用在数据采集、传输上，数据的传输在范围上有了一定的延伸。当设备节点接入传感器，通过一定的转换到达以太网，再到达终端显示。就传输范围而言，在原有范围基础上是有了一定的拓展。

但是中间存在的协议标准差异导致通信并不能畅通无阻，且有线网络的固有限制就是无法远程监测，这又一次给数据市场提供一个巨大的需求。

3、网关的出现，适配更多协议标准

伴随着 2G/3G/4G 网络、Wi-Fi、蓝牙等无线网络传输技术的出现，数据的远程传输问题出现转机，但多种通信协议的多重协议标准也阻碍了设备与设备之间的“对话”。此时为了能够适配更多协议标准，网关的出现非常及时，在通信协议和数据之间，网关是一个翻译器，与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应系统的需求。

网关的转换能力结合无线通信协议技术，大大提高了物联网延伸距离，但物联网技术也面临一些独特的挑战。其中一个挑战是，受限于系统内存、数据存储容量和计算能力，很多物联网节点无法直接连接基于 IP 的网络，这样就难以做到万物互联。而物联网网关可以填补这块空白，在基于IP的公共网络与本地物联网之间架起一座网络桥梁，使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间。

通俗来讲，有了网关，所谓的 M2M 不再是狭义上机器与机器的对话，而是设备、系统、人之间没有障碍的沟通。

4、现代物联网智能网关，推动设备预测性运维

现代物联网智能网关，在物联网时代扮演非常重要的角色，它不仅是连接感知网络与传统通信网络的纽带。作为网关设备，物联网智能网关可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。此外物联网智能网关还需要具备设备管理功能，运营商通过物联网智能网关可以管理底层的各感知节点，了解各节点的相关信息，并实现远程控制，特有的物联网边缘计算能力，让传统工厂在数字化转型的过程中实现了更为快速、精准的数据采集及传输。

三、物联网智能网关的特点

支持远程更新维护。例如 Ruff 的物联网智能网关可随时根据软件的升级，添加支持协议，对外提供基于 JS 语言的开发接口，只需下载相应的配置应用即完成对硬件产品功能的修改。在网关使用过程中出现了问题，也无需去现场进行维修只需利用 Ruff Explorer 远程管理工具在软件层面进行修改即可，从远端提前发现和解决隐患，使维护更智能，设备运行更稳定可靠。

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物联网云平台需具备以下功能。
(1)业务受理、开通、计费功能
要成为物联网业务的服务提供商，需要建立一套面向客户、传感器厂商、第三方行业应用提供商的运营服务体系，包括组织、流程、产品、支撑系统，其中支撑系统应具备业务受理、开通、计费等功能，能够提供物联网产品的快速开通服务。
(2)信息采集、存储、计算、展示功能
物联网云平台需要支持通过无线或有线网络采集传感网络节点上的物品感知信息，进行格式转换、保存和分析计算。相比互联网相对静态的数据，在物联网环境下，将更多地涉及基于时间和空间特征、动态的超大规模数据计算，并且不同行业的计算模型不同。这些应用所产生的海量数据对物联网运营平台的采集、存储、计算能力都提出了巨大的挑战。
(3)行业的灵活拓展应用模式
不同行业的业务规则和流程不同，其应用的功能和计算需求也有差别，例如在大气环保监控应用中，需要根据大气环境监测设备上采集到的降尘、一氧化碳、二氧化硫等数据，按一定的指标计算规则进行分析计算，得出分析结果，展现到监控中心计算机或监控人员手机上;而在电力抄表应用中，对于采集到的用户电表读数，将会用于计算当月用电量和电费，生成电费账单，进而支持收费销账。
因此物联网云平台不可能是一个封闭自运行的应用系统，需要具备第三方行业应用的集成能力即要能提供给第三方合作开发者灵活拓展的云端应用开发API接口，从而能够满足不同行业应用的差异化功能要求。

本实验采用W25Q64芯片

W25Q64是华邦公司推出的大容量SPI

FLASH产品，其容量为64Mb。该25Q系列的器件在灵活性和性能方面远远超过普通的串行闪存器件。W25Q64将8M字节的容量分为128个块，每个块大小为64K字节，每个块又分为16个扇区，每个扇区4K个字节。W25Q64的最小擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除4K个字节。所以，这需要给W25Q64开辟一个至少4K的缓存区，这样必须要求芯片有4K以上的SRAM才能有很好的 *** 作。

W25Q64的擦写周期多达10W次，可将数据保存达20年之久，支持27~36V的电压，支持标准的SPI，还支持双输出/四输出的SPI，最大SPI时钟可达80Mhz。

一。SPI接口原理

(一)概述
高速，全双工，同步的通信总线。

全双工：可以同时发送和接收，需要2条引脚

同步： 需要时钟引脚

片选引脚：方便一个SPI接口上可以挂多个设备。

总共四根引脚。

(二)SPI内部结构简明图
MISO： 做主机的时候输入，做从机的时候输出

MOSI：做主机的时候输出，做从机的时候输入

主机和从机都有一个移位寄存器，在同一个时钟的控制下主机的最高位移到从机的最高位，同时从机的最高位往前移一位，移到主机的最低位。在一个时钟的控制下主机和从机进行了一个位的交换，那么在8个时钟的控制下就交换了8位，最后的结果就是两个移位寄存器的数据完全交换。

在8个时钟的控制下，主机和从机的两个字节进行了交换，也就是说主机给从机发送一个字节8个位的同时，从机也给主机传回来了8个位，也就是一个字节。

(三)SPI接口框图
上面左边部分就是在时钟控制下怎么传输数据，右边是控制单元，还包括左下的波特率发生器。

(四)SPI工作原理总结
(五)SPI的特征
(六)从选择(NSS)脚管理
两个SPI通信首先有2个数据线，一个时钟线，还有一个片选线，只有把片选拉低，SPI芯片才工作，片选引脚可以是SPI规定的片选引脚，还可以通过软件的方式选择任意一个IO口作为片选引脚，这样做的好处是：比如一个SPI接口上挂多个设备，比如挂了4个设备，第二个用PA2，第三个用PA3，第四个用PA4作为片选，我们

跟第二个设备进行通信的时候，只需要把第二个片选选中，比如拉低，其他设备的片选都拉高，这样就实现了一个SPI接口可以连接个SPI设备，战舰开发板上就是通过这种方法来实现的。

(七)时钟信号的相位和极性
时钟信号的相位和极性是通过CR寄存器的 CPOL 和 CPHA两个位确定的。

CPOL：时钟极性，设置在没有数据传输时时钟的空闲状态电平。CPOL置0，SCK引脚在空闲时为低电平，CPOL置1，SCK引脚在空闲时保持高电平。

CPHA：时钟相位 设置时钟信号在第几个边沿数据被采集

CPHA=1时：在时钟信号的第二个边沿
CPOL=1，CPHA=1，

CPOL=1表示时钟信号在没有数据传输时即空闲时的状态为高电平。如果CPHA=1，那么数据就在时钟信号的第二个边沿即上升沿的时候被采集。

CPOL= 0，CPHA=1， CPOL=0表示时钟信号在没有数据传输时即空闲时的状态为低电平。

如果CPHA=1，那么数据就在时钟信号的第二个边沿即下降沿的时候被采集。

CPHA=0时：在时钟信号的第一个边沿
CPOL=1，CPHA=0，

CPOL=1表示时钟信号在没有数据传输时即空闲时的状态为高电平。如果CPHA=1，那么数据就在时钟信号的第一个边沿即下降沿的时候被采集。

CPOL= 0，CPHA=0， CPOL=0表示时钟信号在没有数据传输时即空闲时的状态为低电平。

如果CPHA=1，那么数据就在时钟信号的第一个边沿即上升沿的时候被采集。

为什么要配置这两个参数

因为SPI外设的从机的时钟相位和极性都是有严格要求的。所以我们要根据选择的外设的时钟相位和极性来配置主机的相位和极性。必须要与从机匹配。

(八)数据帧的格式和状态标志
数据帧格式：根据CR1寄存器的LSBFIRST位的设置，数据可以MSB在前也可以LSB在前。

根据CR1寄存器的DEF位，每个数据帧可以是8位或16位。

(九)SPI中断
(十)SPI引脚配置 (3个SPI)
引脚的工作模式设置
引脚必须要按照这个表格配置。

二。SPI寄存器库函数配置

(一)常用寄存器
(二)SPI相关库函数
STM32的SPI接口可以配置为支持SPI协议或者支持I2S音频协议。默认是SPI模式，可以通过软件切换到I2S方式。

常用的函数：

1 void SPI_Init(SPI_TypeDef SPIx, SPI_InitTypeDef

SPI_InitStruct);//SPI的初始化

2 void SPI_Cmd(SPI_TypeDef SPIx, FunctionalState NewState); //SPI使能

3 void SPI_I2S_ITConfig(SPI_TypeDef SPIx, uint8_t SPI_I2S_IT,

FunctionalState NewState); //开启中断

4 void SPI_I2S_DMACmd(SPI_TypeDef SPIx, uint16_t SPI_I2S_DMAReq,

FunctionalState NewState);//通 过DMA传输数据

5 void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef SPIx, uint16_t Data); //发送数据

6 uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef SPIx); //接收数据

7 void SPI_DataSizeConfig(SPI_TypeDef SPIx, uint16_t SPI_DataSize);

//设置数据是8位还是16位

8 其他几个状态函数

void SPI_Init(SPI_TypeDef SPIx, SPI_InitTypeDef

SPI_InitStruct);//SPI的初始化
结构体成员变量比较多，这里我们挑取几个重要的成员变量讲解一下：

第一个参数 SPI_Direction 是用来设置 SPI 的通信方式，可以选择为半双工，全双工，以及串行发和串行收方式，这里我们选择全双工模式

SPI_Direction_2Lines_FullDuplex。

第二个参数 SPI_Mode 用来设置 SPI 的主从模式，这里我们设置为主机模式 SPI_Mode_Master，当然有需要你也可以选择为从机模式

SPI_Mode_Slave。

第三个参数 SPI_DataSiz 为 8 位还是 16 位帧格式选择项，这里我们是 8 位传输，选择SPI_DataSize_8b。

第四个参数 SPI_CPOL 用来设置时钟极性，我们设置串行同步时钟的空闲状态为高电平所以我们选择 SPI_CPOL_High。

第五个参数 SPI_CPHA

用来设置时钟相位，也就是选择在串行同步时钟的第几个跳变沿(上升或下降)数据被采样，可以为第一个或者第二个条边沿采集，这里我们选择第二个跳变沿，所以选择

SPI_CPHA_2Edge

第六个参数 SPI_NSS 设置 NSS 信号由硬件(NSS 管脚)还是软件控制，这里我们通过软件控

制 NSS 关键，而不是硬件自动控制，所以选择 SPI_NSS_Soft。

第七个参数 SPI_BaudRatePrescaler 很关键，就是设置 SPI 波特率预分频值也就是决定 SPI 的时

钟的参数 ， 从不分频道 256 分频 8 个可选值，初始化的时候我们选择 256 分频值

SPI_BaudRatePrescaler_256, 传输速度为 36M/256=140625KHz。

第八个参数 SPI_FirstBit 设置数据传输顺序是 MSB 位在前还是 LSB 位在前， ，这里我们选择

SPI_FirstBit_MSB 高位在前。

第九个参数 SPI_CRCPolynomial 是用来设置 CRC 校验多项式，提高通信可靠性，大于 1 即可。

设置好上面 9 个参数，我们就可以初始化 SPI 外设了。

初始化的范例格式为：

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

SPI_InitStructureSPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;

//双线双向全双工

SPI_InitStructureSPI_Mode = SPI_Mode_Master; //主 SPI

SPI_InitStructureSPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; // SPI 发送接收 8 位帧结构

SPI_InitStructureSPI_CPOL = SPI_CPOL_High;//串行同步时钟的空闲状态为高电平

371

SPI_InitStructureSPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;//第二个跳变沿数据被采样

SPI_InitStructureSPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS 信号由软件控制

SPI_InitStructureSPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //预分频

256

SPI_InitStructureSPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //数据传输从 MSB 位开始

SPI_InitStructureSPI_CRCPolynomial = 7; //CRC 值计算的多项式

SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); //根据指定的参数初始化外设 SPIx 寄存器

(三)程序配置步骤
三。W25Qxx配置讲解

(一)电路图
片选用的PB12

W25Q64 是华邦公司推出的大容量SPI FLASH 产品，W25Q64 的容量为 64Mb，该系列还有 W25Q80/16/32

等。ALIENTEK 所选择的 W25Q64 容量为 64Mb，也就是 8M 字节。(1M=1024K)

W25Q64 将 8M 的容量分为 128 个块(Block)，每个块大小为 64K 字节，每个块又分为 16个扇区(Sector)，每个扇区 4K

个字节。W25Q64 的最少擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除 4K 个字节。这样我们需要给 W25Q64 开辟一个至少 4K 的缓存区，这样对 SRAM

要求比较高，要求芯片必须有 4K 以上 SRAM 才能很好的 *** 作。

W25Q64 的擦写周期多达 10W 次，具有 20 年的数据保存期限，支持电压为 27~36V，W25Q64 支持标准的

SPI，还支持双输出/四输出的 SPI，最大 SPI 时钟可以到 80Mhz(双输出时相当于 160Mhz，四输出时相当于 320M)，更多的 W25Q64

的介绍，请参考 W25Q64 的DATASHEET。

在往一个地址写数据之前，要先把这个扇区的数据全部读出来保存在缓存里，然后再把这个扇区擦除，然后在缓存中修改要写的数据，然后再把整个缓存中的数据再重新写入刚才擦除的扇区中。

便于学习和参考再给大家分享些spi 的资料

stm32之SPI通信

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物联网平台的定义:

物联网平台是一个中间层，一方面位于物联网设备层和物联网网关(和数据)层之间，另一方面是应用。因此，物联网平台也被称为应用支撑平台/智能管理平台。

物联网平台的基本功能和优势:

物联网平台支持物联网设备和端点管理、连接和网络管理、数据管理、处理和分析、应用开发、安全、访问控制、监控、事件处理和接口/集成。

物联网平台有自己的根，需要管理、监控、存储、翻译、保护和分析物联网数据；启用应用程序；物联网设备管理；因为物联网缺乏标准和互 *** 作性、连接性和集成性；安全性、固件更新以及用户和访问管理；可视化并与应用程序、用户和开发人员联系。

物联网平台可以更快、更便宜、更好地构建物联网解决方案，实现物联网项目。它们的基本功能包括连接和网络管理、设备管理、数据采集、处理分析和可视化、应用支持、集成和存储。

随着更多物联网设备/资产、数据、相关技术、网络/连接解决方案的出现，以及基础设施和高效、可互 *** 作和安全连接的发展，物联网平台已经成为专业的物联网部署。

物联网平台已经成为物联网部署的重要组成部分，几种类型和供应商都有各自的侧重点和市场策略。此外，物联网平台的现实和市场非常复杂，因为物联网项目、应用和解决方案具有不同的架构、连接和管理设备的方式、管理和分析数据的可能性、构建应用的能力和利用的选项。对于任何特定环境下的任何给定物联网用例，物联网都是有意义的:例如:消费应用、企业物联网应用和工业物联网或工业40。

物联网体系结构中应用层是用户和设备的接口。从技术架构来看，物联网体系结构可以分为感知层、网络层和应用层三层，其中应用层是物联网和用户包括人、组织和其他系统的接口，与客户需求相结合，实现物联网的智能应用。

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