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浅析单片机在物联网工程中的应用

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涂昶昶

摘要：云计算和物联网是目前IT行业炙手可热的新潮流，物联网新技术对传统数控单片机的应用产生了新的冲击，单片机技术越来越趋于集成化、联网化。本文基于单片机的特点阐述了其在物联网应用中的发展和趋势，希望能抛砖引玉，为进一步开发提供参考。

关键词：物联网工程;单片机技术

：TN925?：A?：1672-9129（2020）09-0011-01

1?传统单片机作为微控制器的应用特点

单片机（Microcomputer—MCU）把具有数据处理能力的处理器CPU（很多人将MCU与CPU的概念混淆，MCU应是包含CPU而存在的）、只读存储器ROM、随机存储器RAM、通用I/O口、TICK定时器/计数器等等外设集成到一个片上的麻雀虽小五脏俱全的微型控制系统的超大规模集成电路芯片，广泛应用于数码产品和工业控制领域。由数十年前的4位、8位单片机，发展到现在常用的32位72Mhz的大容量高性能单片机。

单片机产品常见的有智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。

传统的单片应用以家电为例，作为家电的数控功能中心，通常使用有限的按钮/红外控制来实现简单的开关和量调节，使得现代生活的便捷大打折扣，并且一旦投入使用难以得到升级换代，用户所能拓展的可操作体验也比较有限，当下的家电的趋势是接入互联网靠齐以获得更加智能化、联网化，这也是物联网工程所研究的主要方向。

某种可行的物联网方案概述：以智能家居这一物联网的热门应用为例，在国内物联网的发展中少有高度化整合的产品，尽管经过多次的更新换代，但长久以来都存在这高维护成本、传输稳定性较差、使用门槛高等诟病。在市场上目前也有各种物联网云平台供开发者使用，这为本方案的开发试验提供了可能，本方案旨在以一种新的分立模块化的想法来得到更稳定、更便捷的实际应用方案。

2?方案概述

2.1主体思路。基于ESP8266模块与LED指示电路为主设计一款TCP协议通信的简易网关。开启电源時，系统初始化，ESP8266模块通过串口打印出启动信息和日志，同时初始化时系统所以LED全部点亮，待启动结束后全部熄灭。启动完成后用客户端连接ESP8266模块建立的无线局域网，实现ESP8266通信模块的预设IP与端口建立TCP通信，发送相应指令来完成LED的开关操作。这是最基本的一种功能实现。同时在进一步开发中有通常两种思路。

2.2网络对接的实现。一是我们将单片机通过传感器获得的数据实时上传至物联网服务器，再发送到可视化的手机客户上，既可以通过APP监视也可以通过网页监控。再将手机端的操作指令传送至家庭网络，通过串口的数据传输反映到单片机上，这种MCU与ESP8266的交互方式常用的是AT指令，同时单片机附带返回值。就这样可以完成接入云平台的MCU远程的双向通信，其中需要完成通信协议的转换，数据的采集和处理。使用ESP8266模块完成单片机与家庭网络的对接实现MCU系统的联网完成核心通信。目前各大物联网厂商少有这样的开发设计。

二仅用ESP8266开发板，但却以Arduino方式开发，ArduinoIDE安装ESP8266环境后，就直接支持ESP8266在ArduinoIDE上进行开发，其硬件。下位机就可以不用其它Arduino板了，或者说ESP8266开发板此时就是Arduino开发板，这种方式是大部分个人开发者所常用的，其优势是易于上手的操作完善的编译和接口环境。同时还有LUA语言、LISP语言等多种开发方式，官方也支持LINUX下的API开发，这些方式大都平台资源丰富、易于开发。

射频芯片本身具备处理能力，可进行二次开发，第二种方式可以发掘ESP8266的极限性能，缩减一定的成本。其不差的机能已足以胜任许多消费级产品和工控领域的任务。这种开发方式受到广大开发者的好评。

但是这种较为普遍的物联网对接方案也有缺陷，对于开发者而言，以TI的射频芯片为例，既有带MCU的芯片，也有纯射频芯片很多的企业，其企业工程师具备的能力也是有限的，适应了常年的嵌入式开发后并不容易做好射频芯片的开发，时间成本无疑还是需要考虑。使用熟悉的MCU，硬件接口都是一样的，可以快速开发出产品。同时射频芯片的市场成熟度远不如主流MCU，将其作为重要的无线传输节点开发也具有一定风险。第一种将射频芯片作为模块化使用虽然降低了一定的效率，但是使用严格的AT指令可以保证传输的稳定性，选择模块化开发是一种既经济又有效益的方式，这是本方案提供的主要思路。

3?ESP8266模块的控制——AT指令

单片机与ESP8266-01Wi-Fi通信模块的通信主要通过串口中断处理程序来完成。单片机的RxD接口与模块的TX连接，单片机的TxD接口与模块的RX连接。

在执行代码之前，模块要先设定好什么模式，用串口助手发