一种快速构建物联网应用的系统的制作方法

本实用新型属于物联网技术领域，涉及一种物联网应用的构建系统，尤其涉及一种快速构建物联网应用的系统。

背景技术：

顾名思义，物联网应用一般都会涉及物、网两大技术领域，因此物联网应用的开发路径将涉及多种技术栈：“物”涉及电子工程、传感器技术、嵌入式编程；“网”涉及互联网通信技术、App开发等。因此，物联网应用的开发过程极其复杂，对开发者的技术能力提出了严峻挑战。同时，由于开发过程及其复杂，对公司而言，增加了开发的投入。

鉴于现有技术的上述缺陷，迫切需要一种新型的构建物联网应用的系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种快速构建物联网应用的系统，该系统简化了物联网应用的开发过程，降低了开发难度和技术门槛，将传统物联网应用开发的4层技术栈简化为1层，以达到快速构建物联网应用的目的。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种快速构建物联网应用的系统，其包括云端服务器、手机APP、主控板和多种外设，其特征是，所述多种外设通过线束连接至所述主控板，所述主控板通过TCP长连接与所述云端服务器相连，所述手机APP通过HTTP请求与所述云端服务器交换数据。

进一步地，其中，所述云端服务器包括3个子服务器：编译服务器、OTA服务器和API代理服务器，其中，所述编译服务器负责根据所述手机App上传的配置文件编译固件，此固件包括了所连接外设的驱动，所述OTA服务器负责将固件传送到所述主控板，所述API代理服务器提供API接口使上层应用能够读写外设属性，所述主控板通过网络保持与所述API代理服务器的长连接，当收到上层应用的读写请求时，所述API代理服务器负责将这些请求转化成远程过程调用，将所述主控板上的远程过程结果返回给上层应用。

更进一步地，其中，所述手机APP包括以形象的图形化界面描述的主控板及其接口、所有被支持的外设以及更新固件按钮，在所述手机App中通过拖拽的方式将某个外设连接到主控板上的某个接口，即可完成该接口的配置，完成物联网应用中所需的其它外设的配置后，点击更新固件按钮，所述手机App将与所述云端服务器通信，将配置文件上传至所述云端服务器。

另一方面，其中，所述主控板为具有网络连接能力的SoC集成电路板。

进一步地，其中，所述主控板由Wi-Fi SoC、DCDC供电电路、电池充放电管理电路、指示灯、USB转串口电路、Micro USB接口、电池接口以及多个外设标准接口组成。

更进一步地，其中，所述Wi-Fi SoC为ESP8266。

再进一步地，其中，所述多个外设标准接口分为四种类型，即：通用IO接口、UART接口、I2C接口和模拟接口。

再更进一步地，其中，每个所述外设标准接口都具有相同的机械结构，包括绝缘紧固件和四个金属接线柱。

最后，其中，所述多种外设包括物联网应用中的各种传感器和动作器。

与现有的物联网构建系统相比，本实用新型的快速构建物联网的系统具有如下有益技术效果：

1、通过即插即用的标准接口，使硬件搭建像堆积木一样简单；

2、用图形化界面上的极少操作代替繁琐的嵌入式开发；

3、使硬件Web化 – 像使用Web资源一样使用硬件；

4、简化了物联网应用的开发过程，降低了开发难度和技术门槛。

附图说明

图1为本实用新型的快速构建物联网应用的系统的架构图。

图2为云端服务器的编译服务器进行编译服务的过程图。

图3为云端服务器的OTA服务器进行OTA服务的过程图。

图4为云端服务器的API代理服务器进行API代理服务的过程图。

图5为手机APP的界面示意图。

图6为主控板的结构示意图。

图7为外设标准接口的结构示意图。

图8为采用本实用新型的快速构建物联网应用的系统进行物联网应用构建的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明，实施例的内容不作为对本实用新型的保护范围的限制。

图1示出了本实用新型的快速构建物联网应用的系统的架构图。如图1所示，本实用新型的快速构建物联网应用的系统包括云端服务器1、手机APP 2、主控板3和多种外设4。其中，所述多种外设4通过线束连接至所述主控板3。所述主控板3通过TCP长连接与所述云端服务器1相连。所述手机APP 2通过HTTP请求与所述云端服务器1交换数据。

在本实用新型中，所述云端服务器1包括3个子服务器：编译服务器、OTA服务器和API代理服务器。其中，

所述编译服务器负责根据所述手机App 2上传的配置文件编译固件，此固件包括了所连接外设的驱动。如图2所示，所述编译服务器由配置解析器、驱动选择器、外设驱动库、整合器和编译器组成。所述外设驱动库中存储有各个外设的驱动。

所述云端服务器1中的编译服务器的输入为配置文件，输出为固件二进制文件。所述配置文件来自于所述手机App 2，在点击更新固件按钮时所述手机App 2会向所述云端服务器1中的编译服务器发送配置文件。所述配置文件中包含了主控板类型和外设连接信息。固件的编译过程为：

1、配置解析器解析配置文件中描述的主控板类型和外设连接信息，输出驱动选择器能够识别的参数信息；

2、驱动选择器根据配置解析器输入的参数信息，在外设驱动库中选择相应的驱动（也就是各个外设的驱动），获取驱动对应的目录、扫描驱动的所有源文件；

3、整合器将驱动源文件与固件默认主程序整合；

4、编译器根据主控板类型调用主控板所用的处理器的编译工具链执行源代码的编译，输出固件的二进制文件。

所述OTA服务器负责将固件传送到所述主控板3。如图3所示，所述OTA服务器包括任务池、任务调度器和文件下载子服务。

所述云端服务器1中的OTA服务器接收OTA任务。所述OTA任务来自于编译服务器或用户上层应用。所述OTA任务首先被放入任务池中缓存。每个所述OTA任务都有一个时间戳，当当前时间的时间戳大于所述OTA任务的时间戳时，所述OTA任务会被任务调度器取出处理。所述任务调度器发送消息给所述API代理服务器，由所述API代理服务器通知所述主控板3下载待更新的固件二进制文件。此时，所述OTA服务器中的文件下载子服务将伺服所述主控板3的文件下载请求。

所述API代理服务器提供API接口使上层应用能够读写外设属性。所述主控板3通过网络保持与所述API代理服务器的长连接，当收到上层应用的读写请求时，所述API代理服务器负责将这些请求转化成远程过程调用，将所述主控板3上的远程过程结果返回给上层应用。

如图4所示，所述云端服务器1中的API代理服务器由API访问接口、主控板接入接口、API请求封装器和API响应封装器组成。其中，上层应用的一次API请求的数据流如下：

1、上层应用通过HTTP协议向API访问接口发起请求（801），请求参数包括：主控板ID、外设名称、外设属性、外设属性值（如果对属性执行写操作）；

2、API访问接口将此次请求打标号RQID，以RQID为查找索引保存此HTTP连接，然后将请求参数连同RQID传递给API请求封装器（802）；

3、API请求封装器将所有参数封装成自定义协议的远程过程调用（RPC）请求，并将此请求向主控板接入接口发起（803）；

4、主控板接入接口维护着所有主控板接入长连接的连接池，当接到RPC请求时，会先从连接池中查找主控板ID标识的目标主控板的长连接，然后将RPC请求通过此长连接发送给目标主控板（804）；

5、主控板执行过程调用，将结果返回给主控板接入接口（805）；

6、主控板接入接口把RPC响应透传给API响应封装器（806）；

7、API响应封装器将自定义协议的RPC响应封装成HTTP响应（RESP），发送给API访问接口（807）；

8、API访问接口根据RESP中的RQID查找HTTP连接，给出HTTP响应，关闭连接（808）。

在本实用新型中，如图5所示，所述手机APP2包括以形象的图形化界面描述的主控板及其接口、所有被支持的外设以及更新固件按钮。在所述手机App 2中通过拖拽的方式将某个外设连接到主控板上的某个接口，例如将温度传感器外设拖拽到接口D0，即可完成该接口的配置。同理，可以采用同样的方法完成物联网应用中所需的其它外设的配置。之后，点击更新固件按钮，所述手机App 2将与所述云端服务器1通信，将配置文件上传至所述云端服务器1。

所述主控板3为具有网络连接能力的SoC集成电路板。优选地，所述主控板3为基于Wi-Fi SoC的主控板。由于其具有良好的扩展性，可以直接用做物联网应用的原型机，使开发过程省去电子工程。

优选地，如图6所示，所述主控板3由Wi-Fi SoC 301、DCDC供电电路302、电池充放电管理电路303、指示灯304、USB转串口电路305、Micro USB接口306、电池接口307以及多个外设标准接口308等主要部件组成。更优选地，所述Wi-Fi SoC 301为ESP8266。

如图7所示，每个所述外设标准接口308都具有相同的机械结构，包括绝缘紧固件3081（其中，图中所示轮廓仅仅是为了示意，并非绝缘紧固件的真实外形）和四个金属接线柱3082、3083、3084、3085。

在本实用新型中，根据电气特性不同，所述多个外设标准接口308分成4种类型，即：通用IO接口、UART接口、I2C接口、模拟接口。

当所述外设标准接口308为通用IO接口时，所述金属接线柱3082至3085依次为：GND、VCC、空、信号。当所述外设标准接口308为UART接口时，所述金属接线柱3082至3085依次为：GND、VCC、TX、RX。当所述外设标准接口308为I2C接口时，所述金属接线柱3082至3085依次为：GND、VCC、SDA、SCL。当所述外设标准接口308为模拟接口时，所述金属接线柱3082至3085依次为：GND、VCC、空、模拟信号。

同样地，与所述多个外设标准接口308的类型相同，所述各种外设4的接口也被分成此4种类型。所述外设4与所述主控板3之间的连接线缆为通用的4线线缆，这种线缆是通用的。所述外设4连接至所述主控板3时应该注意接口类型匹配。

所述多种外设4包括物联网应用中的各种传感器和动作器等。同时，优选地，支持第三方外设的增量加入，增加第三方外设时，只需要向云端服务器上传其驱动即可。

如图8所示，采用本实用新型的快速构建物联网应用的系统进行物联网应用的构建包括以下步骤：

S1、将物联网应用所需的各种外设4按接口类型连接至主控板3的相应接口；

S2、打开所述手机App 2，按所述各种外设2和所述主控板3的实物连接情况，在所述手机App 2的图形化界面中做相同连接配置，然后点击更新固件按钮；

S3、由云端服务器1根据所述手机App 2的外设配置即时编译固件二进制文件；

S4、云端服务器1通过网络将固件OTA（over-the-air）更新到所述主控板3；

S5、物联网应用即可通过云端服务器1暴露的RESTul API读写所述主控板连接的外设的属性（例如：通过一个读操作读取温度、通过写操作打开开关等），基于API调用构建上层应用，让使用硬件像使用Web资源一样简单。

由此可以看到，开发过程省掉了外设驱动编写、互联网通信等嵌入式编程，只需在图形化界面进行简单操作即可。

本实用新型的快速构建物联网应用的系统将传统物联网应用开发的4层技术栈（电子工程、嵌入式编程、互联网通信、上层应用开发）简化为1层，只专注上层应用开发，以达到快速构建物联网应用的目的。具体地，所述系统通过将传感器等外设的驱动放在云端服务器上，并根据实际需要即时编译应用所需的固件，然后将固件通过网络传输协议发送到应用的硬件主控中并执行固件更新，整个过程无需任何嵌入式编程。同时，该系统中包含的硬件主控板通过标准化的即插即用的接口实现了免焊接搭建物联网应用原型机硬件系统。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。