基于STM32F417的物联网嵌入式网关的设计

1、引言

随着物联网技术的飞速发展，物联网技术中一个重要的实现就是要将各类传感器控制节点采集到的数据通过Internet网上传到用户手机或者PC机，为了满足这一需求，需要设计出一种既能作为无线传感器网络的协调器，又能实现远程GPRS传输和网络连接的网关设备。

针对以上需求，本设计采用STM32F417作为主设备控制芯片，片上运行μC/OS-II实时系统作为设备管理系统，使用uIP作为TCP/IP网络协议栈，主设备同时具有键盘 *** 作及显示功能，可以进行本地设置，也可以使用PC机远程设置。嵌入式网关中的GPRS模块通过串口与嵌入式主设备相连，无线协调器通过串口将采集来的数据上传到嵌入式主设备，主设备也可以将命令下发给无线协调器，无线协调器通过ZigBee无线通信协议将命令发给传感器。

2、系统硬件设计

嵌入式网关系统主要包括嵌入式主设备、GPRS模块、无线协调器、路由器。嵌入式网关系统框图如图1所示。

图1  嵌入式网关系统框图

嵌入式主设备通过网口与路由器相连；通过串口与GPRS模块相连，用AT指令控制GPRS模块；通过串口发送指令给无线协调器，间接控制无线传感器组。

2.1、嵌入式主设备硬件设计

嵌入式设备硬件平台主要由STM32F417为主控芯片，外围硬件电路包括液晶显示电路，网口驱动电路，键盘 *** 作和串口驱动电路。硬件电路框图如图2所示。

图2  嵌入式主设备硬件电路框图

本设计中采用串口液晶，串口液晶无需设计复杂的驱动电路，只需要串口命令对其控制，显示页面和控件可以下载到液晶的FLASH中，根据设计需要编写GUI界面。键盘 *** 作主要为用户提供本地设置网关设备的功能。

STM32F417内置MAC模块，要实现网络传输需要外扩一片PHY芯片，底层网络驱动就是对PHY芯片的 *** 作，TCP/IP协议采用uIP协议栈；与GPRS模块的连接使用串口，通过发送AT指令来实现对GPRS模块连接网络，发送短信，开关机等 *** 作；对无线协调器的 *** 作也是通过串口，自定义协议完成控制。