Cumu开源智能WIFI万用表，详细设计思路不断更新，精心筹备1年,将开源进行到底

2015-6-26 16:36:03 46301 WIFI

0 ` 本帖最后由 Cumu 于 2021-8-10 22:27 编辑 Cumu开源项目已经改名为：七云物联，请访问www.iot7.cn的文档中心下载开源资料一、Cumu开源智能万用表项目简介做嵌入式开发有5个年头了，从大二接的第一个项目开始，到现在大大小小做了20几个项目，用的最多的就是身边那台50多块钱的万用表，期间想过换一台500块钱左右万用表，发现除了精度高之外并不能给我带来太多的惊喜。2014年随着WIFI产品的爆发式增长，WIFI芯片的价钱也开始亲民，于是我有了打磨一台智能WIFI万用表的想法，首选的万用表芯片正是那台500多块钱万用表使用的FS9721，它的串口输出可以很方便的将测量数据发送给WIFI模块，并且保护功能完善、外围电路简单。这个项目若能完成第一个阶段，你将会以100元的成本做出堪比500多元万用表性能的智能万用表，最主要的是它具有物联网功能，你身边所有的智能设备都将是这台万用表的显示窗口。作为开源项目的发起者需要起一个响亮的名字，我头脑里闪现的第一个词语是“积雨云”，英文单词“Cumulonimbus”，简称“Cumu”，积雨云有另一个有冲击力的名字：雷暴云这个开源项目的出发点是为了适应我自身开发需求，并没有任何商业目的，也许应用人群会非常小众，但我相信一定会有和我需求一样的开发人员： 1、身边那么多大屏显示设备（台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机），为何不摆脱又小又单调的万用表显示屏； 2、使用万用表调试电路板时，经常因为记不住前几次测量的值而重新去测量，我需要一个聪明的Cumu万用表，用于我随时查询以前的测量值； 3、在电路板的调试或老化期间，Cumu万用表接入测量点，我可以离开工作台，随时随地拿出手机就能知道现在电路板的工作状态（以后加入反向控制，当工作不正常时，远程关闭电路板电源）； 4、做开发工作需要各种各样的设备（信号发生器、频率计、多通道IO控制、多路信号采集等等），各种仪器我只做前端，一个Cumu万用表做后端就够了，这种扩张机制可降低每种仪器的成本、也能使每种仪器都有联网功能。 5、在测量特别精密的电路板时，我集中注意力将表笔放到测量点，这时多希望旁边有个人帮我读出万用表的测量值，既然不能雇佣一个人24小时为你读测量值，那么就让Cumu万用表帮你读出来吧（软件语音合成）。 2014年有的这些想法，并将需要的工作量化，2015年初设计了一个测试板，验证FS9721和WIFI芯片，当时想用WIFI芯片的SDK直接开发，这样可以省去MCU，但是在测试板上验证时发现WIFI芯片的功耗非常大，这样不利于电池供电，果断放弃SDK开发，在论坛看到网友介绍STM32F030的性价比非常高，查看了相关资料后确定下来使用STM32F030，以前想过使用STM8L，但是RAM和ROM太少，担心以后不够用。二、整体方案需要解决的问题和解决办法如下： 1、传统万用表切换量程是用拨盘触点，Cumu万用表需要远程切换量程，所以得更改FS9721的设计电路，使得所有档位都可通过MCU控制； 2、传统万用表的电流档与其他档位不是一个表笔孔，Cumu万用表需要自动切换，若用普通继电器吸合时很耗电，所以需要使用磁保持继电器； 3、FS9721的串行数据输出的是LCD断码信息，需要反编码成档位和数值，这部分程序我已经写完，并用C#通过串口读取FS9721验证通过； 4、使用电池供电需要尽可能的降低整体功耗，这需要后期软件优化； 5、为个让更多人接受Cumu，每个元件都精打细算，整体硬件成本控制在100元左右； 6、为提高测量精度，关键元件需要使用千分之一精度电阻，在原理图中已经标注； 7、安卓客户端由我老婆编写，将推出两个版本，手机版和平板版； 8、PC客户端还没开始设计，我学了一点C#，可以先做一个简陋的版本，还需要上位机高手帮忙设计； 9、物联网平台使用国内免费平台：乐联网、Yeelink、传感云等等； 10、加入反向控制，反向控制使用MQTT协议，需要自己搭建服务器，我已经验证通过了，使用阿里云的Linux主机安装mosquitto服务，完成MQTT协议通讯。科普一下mosquitto与NQTT（百度百科）： MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是IBM开发的一个即时通讯协议，有可能成为物联网的重要组成部分。该协议支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部连接起来，被用来当做传感器和致动器（比如通过Twitter让房屋联网）的通信协议。 Mosquitto是一款实现了消息推送协议 MQTT v3.1 的开源消息代理软件，提供轻量级的，支持可发布/可订阅的的消息推送模式，使设备对设备之间的短消息通信变得简单，比如现在应用广泛的低功耗传感器，手机、嵌入式计算机、微型控制器等移动设备另外，Mosquitto是个异步IO框架，经测试可以轻松处理20000个以上的客户端连接. 11、为Cumu加入扩展机制，预留I2C接口，使用标准协议，可以很方便的加入扩展设备（信号发生器、频率计、多通道IO控制、多路信号采集等等） 12、因为不断完善程序和增加功能，所以需要很方便的升级固件，所以板载USB转串口，使用USB充电口插入电脑即可升级固件 13、在不开模具的情况下，选一个漂亮的外壳，我已经选定一个移动电源的外壳三、语言描述永远不如图片直接，而视频将更有吸引力！ 1、2015年初为了验证FS9721和WIFI模块而设计的Cumu测试版（没有MCU，直接使用WIFI模块的SDK开发） 2、正式版PCB的效果图（双面PCB、目前有几个地方需要改动） 3、正式版真实照片 4、带有外壳的照片（还没做外壳贴面） 5、各种颜色和大小的外壳 6、最后来一张Cumu与我的工作台合影（脏乱差的工作台，正式版的PCB焊接调试花了3天时间，到最后工作台已经被元件布满了！） 7、带有外壳的效果图：测试版调试视频：测量DC：测量AC 频率占空比： USB固件升级：四、关于物联网平台： Cumu支持乐联网、YEELINK和传感云免费物联网平台，可以将测量数据上传到平台上，平台有很多玩法，比如：设置上下限、短信报警、微信获取数据等，这样Cumu的使用范围更加广阔五、关于扩展： Cumu另一个特点就是带有I2C扩展接口，后续我会做一些通用扩展，用户也可以自己增加一些专用扩展，比如8路开关量采集（单片机3元+8个光耦4元+PCB和其他元件5元=12元），极低的价钱就可扩展实用的功能。以后会加入反向控制，可玩性会提高很多。六、以后加入的新功能 1、分时测量当测量一个交流电压时，同时显示出电压值和频率值。当测量一个PWM信号时，同时显示出频率和占空比，实现方法就是分时切换功能，然后同时显示。 2、表笔上加入功能键在我构思Cumu时就想在表笔上加入一个按键，但涉及到设计和开模，费用比较高，只能在后期在考虑加入。按键功能用户可自定义，比如： 1、测量时，按下按键，APP即将读数朗读出来； 2、测量时，按下按键，APP即将数值放入存储区，以便后期查看； 3、按下按键快速切换测量功能（电压、电流、频率等等）；七、按键功能和工作模式在照片中可以看到Cumu只有一个按键，那么这一个按键如何控制的，Cumu又是如何使用的呢？在以下介绍Cumu工作模式中，你将会了解Cumu按键功能和几个关键词：AP模式、STA模式、AP通信状态、STA通信状态、离线工作状态。以下内容中所有的显示设备（台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、手机等）统称为客户端。关键词简介： 1、AP模式属于临时状态，只有刚开机才会进入这种状态，Cumu启动热点，等待客户端连接。 2、STA模式属于临时状态，Cumu连接路由器的临时状态。 3、AP通讯状态属于稳定状态，当有客户端连接Cumu热点之后，进入AP通讯状态。 4、STA通讯状态属于稳定状态，当Cumu连接到路由器之后，进入STA通讯状态。 5、离线工作状态属于稳定状态，这种状态与普通万用表一样，只可通过Cumu屏幕查看测量值。工作模式：关机状态下长按按键开机；设备开机为AP模式，若30秒内有客户端连接到这个AP，则变为AP通信状态； AP模式30秒内，单击按键变成STA模式，主动连接保存的路由器，若连接成功，这种状态为STA通信状态。若主动连接路由器失败，则切换成AP模式，并重新计时30秒； AP模式30秒内，双击按键关闭WIFI，这种状态为断网工作状态； AP模式30秒后无连接，则切换成断网工作状态。在AP通信状态、STA通信状态和断网工作状态，单击按键切换量程，长按按键关机；工作流程图：进入AP通信状态: 客户端连接到AP后，建立UDP服务端，等待Cumu连接，Cumu连接后发送注册包（注册包里包含设备信息），Cumu响应，连接成功，此时客户端与Cumu可以正常通信； AP通信状态切换到STA通信状态在客户端中设置路由器名称和密码，当点击切换到STA模式按钮后，Cumu关闭AP热点，并连接所设置的路由器，若连接成功则进入STA通信状态； AP通信状态切换到离线工作状态在客户端中点击进入离线工作状态后，Cumu关闭WIFI，进入离线工作状态；进入STA通信状态： Cumu连接路由器成功之后，用UDP向指定端口广播注册包（注册包里包含设备信息），客户端监听UDP指定的端口，收到注册包后响应（包含自身IP）， Cumu收到响应后，按照响应里的IP去连接手机的UDP（还是发送注册包），手机的UDP端口收到注册包后响应，连接成功，此时客户端与Cumu可以正常通信；若STA通信期间Cumu与路由器断开，则客户端长时间不能收到数据，则提示用户Cumu已经断开连接，出现等待设备连接的画面，若Cumu又连接到路由器，则通讯继续；有可能设备重新连接路由器后换了IP，所以客户端要按照新IP响应；若STA通信期间客户端与路由器断开，则Cumu发出的数据没有响应，则提示用户客户端已经断开连接，出现等待客户端连接的画面（LCD12864），此时按下按键则切换成AP模式。等待期间若客户端重新连接路由器（Cumu又能收到响应了），则继续通讯；介绍的太详细就会有点乱，简单说明Cumu的使用方法： 1、在没有路由器的环境下使用长按按键Cumu开机，拿出手机（也可以是平板、笔记本电脑等）30秒内手机会搜索到Cumu热点，输入正确的密码即可连接到Cumu，这时就可以用APP查看数据和控制Cumu了，APP可以切换档位量程，APP也可以输入路由器名称和密码让Cumu主动连接路由器，单按Cumu按键切换档位量程，长按按键关机。 2、在有路由器的环境下使用长按按键Cumu开机，30秒内单按按键使Cumu主动连接保存的路由器，若连接成功，则Cumu会发生UDP广播，手机在同一路由器下打开APP，会搜索到Cumu，然后连接即可。 3、离线工作模式长按按键Cumu开机，双击按键进入离线工作模块，这时与一台普通万用表一样，若开机后30秒无任何操作，自动进入离线工作模式。八、如何得到最新的原理图PCB和程序源码 1、15年初我做了一个Cumu网站，但是个人精力有限，网站并不完善，Cumu的开源文件会第一时间上传到这个网站，现在几个关键词已经优化到百度首页了，你们可以百度搜索以下几个关键词：Cumu、开源万用表、智能万用表、WIFI万用表 2、我也会在第一时间发到各大论坛，并且把软硬件的设计思路和教程发布出来，自认为电路有几个地方设计的挺巧妙的九、总结 Cumu项目我会不断完善，并且在可以正常使用时推出套件（软硬件全部开源，套件适合新手或者是不想DIY的人使用，当然会在成本的基础之上加一些价格，不能接受完全可以自己开板买元件去做）。感兴趣的朋友邮箱联系我吧：jiafulu@163.com Cumu宗旨：开源、开放、自由程序还在编写，争取每个星期更新一次进度，然后发布出来 ` 37 评分参与人数 1 积分 +5 收起理由王生 + 5 非常好，欢迎加群：299202988 查看全部评分
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