基于stm32的工业物联网的轻量级操作系统
技术领域
1.本发明涉及物联网数据通讯和自动化技术，本发明提供了一种集成各种工业协议和支持大部分上云协议的轻量级操作系统，为工业网络架构的物联网化提供更加快速简便的上云条件。
背景技术：
2.物联网终端是万物互联基础设备，是物联网信息核心入口。目前，物联网中的大部分投资和应用集中于产业物联网，其中包括制造业、物流业、医疗保健业、农业、汽车工业等行业。其中，制造业是工业物联网的重要组成部分。使用工业物联网让员工自我监控来降低派遣员工检查远程安装的成本。零售商可以了解供应链中的瓶颈在哪里，运输公司可以更好地了解其车队的性能。但是工业物联网在实施的过程中，如何使现有设备联网，这是一个非常艰巨的任务。
3.与设备通信协议一般包括两层，物理层协议和用户层协议，物理层协议一般由设备的硬件厂家出厂时候决定，例如工业常用的rs485，rs232，can，ethernet/ip等协议，用户层协议为设备厂商一般共同约定的协议，例如modbus，profinet等协议，由于不同厂家的协议内容定制的方式也有可能不太相同，所以必须经过解析才能将数据归类，便于云平台进行分析。
4.与云端的通信协议一般划分为两层，物联链路层和网络协议层，由于工业环境的特殊，经常需要4g，2g，lora，wifi，2.4g等方案接入云端，多种方案的适配会延长上云的开发周期，同时，接入到互联网之后，对不同云平台的网络协议进行适配也需要开发周期。现有的协议适配器普遍使用linux系统，导致体积，功耗，成本居高不下，因此，需要有一个可以完成同样功能的轻量级操作系统，可运行在低成本的arm系列单片机中，大大降低了成本、体积和功耗。
技术实现要素：
5.本发明要解决的技术问题是提供一种可运行在低成本的arm系列单片机的工业物联网操作系统。能够实现对不同工业总线协议的适配，对外围接入云端模块驱动进行适配，并支持多种云端的物联网协议，并且可以在主机上针对具体的环境进行裁剪。为了解决上述技术问题，具体地，本发明提供了如下技术方案：
6.在普通的rtos之上，实现了工业物联网必须的组建和服务层，将第三方云接入的sdk，市面上主流的2g、4g、wifi模块的at指令集、modbus，profinet，canbus等协议、基于总线协议需要用到的主流电路转换器驱动都进行了集成。
7.进一步阐述，操作系统集成了上述的模块和组建之后，可以大大提速现有工业设备数据上云的速度。
8.操作系统只需明确工业总线协议的键值对，和地址代表的真实值，即可从工业总线中获取工业设备的状态和产量：
9.进一步阐述，操作系统已经集成了互联网模块的接入协议，通过上述方法获取到了工业设备的键值对后，可以在内部对数据进行格式化，减少云端对不同协议单独适配的处理速度和工作量。
10.本发明的工业物联网轻量级操作系统，包括基础的任务内核，云端sdk组件，工业总线协议组件，at指令组件。
11.进一步阐述，操作系统通过at指令组件和云端sdk组件与云端服务器主机建立连接，与此同时，通过工业总线协议组件与设备进行连接，将数据通过任务内核中写的业务逻辑转换之后，将设备的状态数据传输上云。
12.基于stm32的工业物联网的轻量级操作系统，其特征在于：
13.s01：运行在stm32系列的单片机上，设备资源占用少，硬件成本低；
14.s02：采用kconfig的方式在主机上对操作系统进行裁剪，可以只选择需要的功能，提升内存空间利用率；
15.s03：支持esp8266，sim800，air720，air202、sx1276、ec20等通讯模块，并可在make menuconfig中进行选择，已匹配驱动。
16.s04：支持阿里云工业物联网平台，华为云工业物联网平台，腾讯云工业物联网平台，极动云工业物联网平台的sdk接入，可以通过make menuconfig进行选择；
17.s05：支持tcpip、mqtt、coap、ssl、http/https、udp等主流的物联网协议，可以通过make menuconfig进行选择软件支持包；
18.s06：集成了对硬件电平转换器的驱动，rs485芯片，w5500芯片驱动，可以通过make menuconfig进行选择；
19.s07：集成对stm32外设例如iic、dma、spi、uart、timer、pwm、wdt、gpio的硬件抽象层的驱动，可以通过make menuconfig进行选择软件支持包；
20.s08：集成modbus，profinet，canbus协议，可以通过make menuconfig进行选择软件支持包
附图说明
21.图1操作系统的架构图图；
22.图2操作系统的运行流程图；
23.图3操作系统开发流程图；
24.图4 make menucofnig配置界面；
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明权利保护的范围。
26.如图1所示，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为；在普通的rtos基础之上，内部集成了工业协议组件和网络抽象层组件，为用户在使用此组件时提供了便利，并且集成了腾讯云、华为云、阿里云的sdk和其他tcpip，mqtt，coap网络协议，可以支持绝大部分服务器的发送接受请求。
27.如图2所示，本发明的操作系统运行的主要流程是调用工业总线的组件协议读取数据，和通过网络协议来发送数据进行一个主要的工作流程，用户可以在业务代码逻辑处理中添加自己需要的代码，从而进行更加灵活的业务逻辑分析。
28.基于stm32的工业物联网的轻量级操作系统，步骤流程在于：
29.步骤s01：操作系统上电初始化，对外围模块进行启动，配置需要的函数
30.步骤s02：操作系统调用网络组件，与云端进行连接，等待发送数据
31.步骤s03：操作系统调用工业协议组件，读取设备数据，推送数据给业务逻辑处理
32.步骤s04：业务逻辑收到数据，进行处理之后将数据推送给网络组件
33.步骤s05：网络组件接受到数据，推送数据给云端，同时循环等待工业协议组件获取数据。
34.如图3所示，当需要在stm32系列单片机安装此发明的工业物联网的轻量级操作系统时，只需要在网页中下载源码，并且配置需要的组件部分，然后提取源码复制到ide即可运行和编译
35.如图4所示，当需要在stm32系列单片机编译此发明的工业物联网的轻量级操作系统时，可以通过make menuconfig命令调出用户识别界面，选择自己所需要的功能
36.基于stm32的工业物联网的轻量级操作系统，功能特征在于：
37.步骤s01：选择所需要的芯片类型
38.步骤s02：选自目标地址ide
39.步骤s03：打开网络应用层模块驱动
40.步骤s04：设置平台云端数据对接sdk
41.步骤s05：选自工业协议层数据协议
42.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于生疏示范性实施例的细节，而且在不违背本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围有所附权利要求还不是上述说明限定，因此旨在将落在将权利要求的等同要性的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将全力要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权力要求。
技术领域
1.本发明涉及物联网数据通讯和自动化技术，本发明提供了一种集成各种工业协议和支持大部分上云协议的轻量级操作系统，为工业网络架构的物联网化提供更加快速简便的上云条件。
背景技术：
2.物联网终端是万物互联基础设备，是物联网信息核心入口。目前，物联网中的大部分投资和应用集中于产业物联网，其中包括制造业、物流业、医疗保健业、农业、汽车工业等行业。其中，制造业是工业物联网的重要组成部分。使用工业物联网让员工自我监控来降低派遣员工检查远程安装的成本。零售商可以了解供应链中的瓶颈在哪里，运输公司可以更好地了解其车队的性能。但是工业物联网在实施的过程中，如何使现有设备联网，这是一个非常艰巨的任务。
3.与设备通信协议一般包括两层，物理层协议和用户层协议，物理层协议一般由设备的硬件厂家出厂时候决定，例如工业常用的rs485，rs232，can，ethernet/ip等协议，用户层协议为设备厂商一般共同约定的协议，例如modbus，profinet等协议，由于不同厂家的协议内容定制的方式也有可能不太相同，所以必须经过解析才能将数据归类，便于云平台进行分析。
4.与云端的通信协议一般划分为两层，物联链路层和网络协议层，由于工业环境的特殊，经常需要4g，2g，lora，wifi，2.4g等方案接入云端，多种方案的适配会延长上云的开发周期，同时，接入到互联网之后，对不同云平台的网络协议进行适配也需要开发周期。现有的协议适配器普遍使用linux系统，导致体积，功耗，成本居高不下，因此，需要有一个可以完成同样功能的轻量级操作系统，可运行在低成本的arm系列单片机中，大大降低了成本、体积和功耗。
技术实现要素：
5.本发明要解决的技术问题是提供一种可运行在低成本的arm系列单片机的工业物联网操作系统。能够实现对不同工业总线协议的适配，对外围接入云端模块驱动进行适配，并支持多种云端的物联网协议，并且可以在主机上针对具体的环境进行裁剪。为了解决上述技术问题，具体地，本发明提供了如下技术方案：
6.在普通的rtos之上，实现了工业物联网必须的组建和服务层，将第三方云接入的sdk，市面上主流的2g、4g、wifi模块的at指令集、modbus，profinet，canbus等协议、基于总线协议需要用到的主流电路转换器驱动都进行了集成。
7.进一步阐述，操作系统集成了上述的模块和组建之后，可以大大提速现有工业设备数据上云的速度。
8.操作系统只需明确工业总线协议的键值对，和地址代表的真实值，即可从工业总线中获取工业设备的状态和产量：
9.进一步阐述，操作系统已经集成了互联网模块的接入协议，通过上述方法获取到了工业设备的键值对后，可以在内部对数据进行格式化，减少云端对不同协议单独适配的处理速度和工作量。
10.本发明的工业物联网轻量级操作系统，包括基础的任务内核，云端sdk组件，工业总线协议组件，at指令组件。
11.进一步阐述，操作系统通过at指令组件和云端sdk组件与云端服务器主机建立连接，与此同时，通过工业总线协议组件与设备进行连接，将数据通过任务内核中写的业务逻辑转换之后，将设备的状态数据传输上云。
12.基于stm32的工业物联网的轻量级操作系统，其特征在于：
13.s01：运行在stm32系列的单片机上，设备资源占用少，硬件成本低；
14.s02：采用kconfig的方式在主机上对操作系统进行裁剪，可以只选择需要的功能，提升内存空间利用率；
15.s03：支持esp8266，sim800，air720，air202、sx1276、ec20等通讯模块，并可在make menuconfig中进行选择，已匹配驱动。
16.s04：支持阿里云工业物联网平台，华为云工业物联网平台，腾讯云工业物联网平台，极动云工业物联网平台的sdk接入，可以通过make menuconfig进行选择；
17.s05：支持tcpip、mqtt、coap、ssl、http/https、udp等主流的物联网协议，可以通过make menuconfig进行选择软件支持包；
18.s06：集成了对硬件电平转换器的驱动，rs485芯片，w5500芯片驱动，可以通过make menuconfig进行选择；
19.s07：集成对stm32外设例如iic、dma、spi、uart、timer、pwm、wdt、gpio的硬件抽象层的驱动，可以通过make menuconfig进行选择软件支持包；
20.s08：集成modbus，profinet，canbus协议，可以通过make menuconfig进行选择软件支持包
附图说明
21.图1操作系统的架构图图；
22.图2操作系统的运行流程图；
23.图3操作系统开发流程图；
24.图4 make menucofnig配置界面；
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明权利保护的范围。
26.如图1所示，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为；在普通的rtos基础之上，内部集成了工业协议组件和网络抽象层组件，为用户在使用此组件时提供了便利，并且集成了腾讯云、华为云、阿里云的sdk和其他tcpip，mqtt，coap网络协议，可以支持绝大部分服务器的发送接受请求。
27.如图2所示，本发明的操作系统运行的主要流程是调用工业总线的组件协议读取数据，和通过网络协议来发送数据进行一个主要的工作流程，用户可以在业务代码逻辑处理中添加自己需要的代码，从而进行更加灵活的业务逻辑分析。
28.基于stm32的工业物联网的轻量级操作系统，步骤流程在于：
29.步骤s01：操作系统上电初始化，对外围模块进行启动，配置需要的函数
30.步骤s02：操作系统调用网络组件，与云端进行连接，等待发送数据
31.步骤s03：操作系统调用工业协议组件，读取设备数据，推送数据给业务逻辑处理
32.步骤s04：业务逻辑收到数据，进行处理之后将数据推送给网络组件
33.步骤s05：网络组件接受到数据，推送数据给云端，同时循环等待工业协议组件获取数据。
34.如图3所示，当需要在stm32系列单片机安装此发明的工业物联网的轻量级操作系统时，只需要在网页中下载源码，并且配置需要的组件部分，然后提取源码复制到ide即可运行和编译
35.如图4所示，当需要在stm32系列单片机编译此发明的工业物联网的轻量级操作系统时，可以通过make menuconfig命令调出用户识别界面，选择自己所需要的功能
36.基于stm32的工业物联网的轻量级操作系统，功能特征在于：
37.步骤s01：选择所需要的芯片类型
38.步骤s02：选自目标地址ide
39.步骤s03：打开网络应用层模块驱动
40.步骤s04：设置平台云端数据对接sdk
41.步骤s05：选自工业协议层数据协议
42.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于生疏示范性实施例的细节，而且在不违背本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围有所附权利要求还不是上述说明限定，因此旨在将落在将权利要求的等同要性的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将全力要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权力要求。
再多了解一些
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
