嵌入式边缘物联网实验平台，物联网实验平台

　　嵌入式边缘物联网（Embedded Edge Internet of Things, EE-IoT）是指将嵌入式系统与边缘计算技术相结合，以实现高效、智能的物联网解决方案。在这种架构下，数据处理和分析功能被部署在靠近数据源的设备上，即所谓的“边缘”设备，比如传感器、嵌入式系统、单片机等，而不是完全依赖于云端处理。
　　嵌入式边缘物联网的优势包括：
　　1. 数据处理延迟降低：由于数据处理在本地进行，减少了数据传输至云端的时间，从而降低了延迟，提高了响应速度。
　　2. 数据安全增强：敏感数据可以在边缘设备上进行初步加密或处理，减少数据泄露的风险，并提高系统的整体安全性。
　　3. 网络带宽节省：通过在边缘进行数据处理，减少了需要传输至云端的数据量，从而节省了网络带宽资源。
　　4. 运营成本降低：边缘计算可以减少对中心数据中心的依赖，从而可能降低相关的基础设施成本和运营费用。
　　5. 高效的资源管理：边缘设备能够更好地管理其自身的资源，例如能量消耗、存储空间等，这对于资源受限的物联网设备尤为重要。
嵌入式边缘物联网的应用场景十分广泛，包括智能家居、工业物联网（IIoT）、智能交通系统、环境监测、智能医疗等领域。随着技术的发展，嵌入式边缘物联网将继续发挥重要作用，为各行业提供更加智能化、个性化的解决方案。

 
平台简介
嵌入式边缘物联网实验平台主要由边缘计算智能网关、AI摄像头、AI麦克风阵列、zigbee节点、蓝牙节点和Nbiot节点、lorawan节点等多种无线传感器节点构成。通过多种传感器的自由选择搭配，可以完成智慧城市、智能家居，智慧校园，智能安防、物联网传感技术、物联网通信技术、为搭建4G/5G综合应用场景提供支持。
实验平台整体框架如下图：

1.1.  边缘计算智能网关

嵌入式边缘物联网实验平台是一款集成物联网、人工智能、嵌入式、移动互联技术于一体的高端教学科研实验平台。
整个教学平台包括物联网、嵌入式Linux和人工智能（AI），三个部分互相支撑、互为补充。人工智能部分的硬件基于嵌入式ARM控制器、高清相机模块、7麦麦克风阵列，具备语音、图像数据的采集和处理能力及适用于多种场景的控制接口；嵌入式Linux部分的硬件采用CPU+GPU双处理器架构，配备高清大屏以及丰富的外设接口；物联网部分的硬件支持RFID、Zigbee、Ble、Lora、NBIoT等无线传输技术以及20余种传感器模块。
嵌入式边缘物联网实验平台采用多核高性能 AI 处理器，预装 Ubuntu Linux 操作系统与 OpenCV 计算机视觉库，支持 TensorFlow Lite、NCNN、MNN、Paddle-Lite、MACE 等深度学习端侧推理框架。
嵌入式边缘物联网实验平台支持图像处理、语音处理、无线通信、传感器原理、RFID等技术的主流算法及应用。提供完整的配套教学教材，实训案例的源码、开发手册等，满足AI和IOT教学实训、应用开发等需求。
嵌入式边缘物联网实验平台采用CPU+GPU双处理器架构，不少于10种模块接口，配备高清大屏、高清相机模块、麦克风阵列和ODB接口，硬件系统采用DC12V电源适配器安全供电，实现嵌入式linux实验和课程设计实验，无线传感器网络实验、人工智能实验及AIOT综合实验等。 1.1系统特点
嵌入式边缘物联网实验平台基于新工科的教育理念，让教学更轻松，项目开发更容易，售后服务更便捷，更多的考虑实验的先进性、扩展性、包容性。
1.先进性
超强性能
- AI嵌入式边缘计算处理器RK3399，4G+16G内存配置，11.6寸高清电容屏。
- 选配NPU协处理器模块，直接运行神经网络模型，运算能力高达2.8 TOPs@300mW。
- 提供更丰富的扩展接口：双路USB3.0，四路USB2.0，RS232，RS485，嵌入式拓展接口等各种外设接口。
2.扩展性
按需定制
- 所有硬件单元采用模块化设计，可根据需求进行弹性定制选型和搭配。
- 提供可选的丰富的项目套件模块，可以完成各种AI应用场景的设计和创新。
- 智能边缘计算网关平台提供嵌入式扩展接口，包含常用接口的拓展，包括GPIO、ADC、IIC、UART、PWM、SPI等。
3.包容性
一机多用
- 根据教学用途，实验平台可作为人工智能、嵌入式、物联网、移动互联网、智能硬件等学科实验教学，提供不同的教学资源。
- 实验平台可完成丰富的课程及实验，包括：Python程序设计、嵌入式Linux操作系统、机器视觉技术、自然语言处理、神经网络原理、无线通信、android应用技术、物联网中间件、AIOT应用实训等
- 完美融合物联网，边缘智联网（eAIOT）综合实验平台的对硬件进行了兼容性设计，在硬件上可以同时满足物联网、人工智能和嵌入式三个专业的实训需求。这样大大提高了实训设备在学习不同专业的复用率，能够大大减少学校实训室场地不足的带来的问题，同时也能够为解决学校建设多个实训室资金不足的问题。
边缘智联网（eAIOT）综合实验平台可以为学校解决人工智能开课的师资问题、教学资源问题、实训资源问题、实训设备问题以及和行业应用对接的问题，真正做到了产、教、学、研、创五位一体。

1.1.1.  嵌入式网关核心板

RK3399核心板是一款266-pin金手指形式高性能ARM计算机模块，它采用了瑞芯微64位六核（包含双核Cortex-A72 +四核Cortex-A53）Soc RK3399作为主处理器，标配4GB DDR3内存和16GB闪存，板载2×2 MIMO双天线Wi Fi模组，尺寸只有69.6×50mm，模块上带有独立的Typec供电接口，以及USB-C显示接口。

RK3399计算模块具有丰富的外设和扩展接口，可以扩展使用双MIPI宽动态摄像头，另外它还带有eDP显示接口，MIPI显示接口，1路USB3.0,2路USB2.0，以及12C,12S,SPI,PWM,GF10和串口等各种资源。RK3399可流畅运行Android 8.1,Ubuntu 18.04,Armbian,Buildroot等主流嵌入式操作系统，软件资源和生态非常丰富，尤其是Android 8.1具有NN SDK神经网络加速软件包，Qt-5.10集成了VPU硬件编解码，GPU图形加速，可使用QML快速开发流畅的动态式界面，因此RK3399核心板非常适合做高端人脸识别，机器视觉，VR虚拟现实，自动驾驶，深度计算分析等方面的人工智能产品快速原型及产品开发。
硬件参数：

CPU	SOC:RK3399 核心:64位双核Cortex-A72 +四核Cortex-A53 频率:Cortex-A72 (2.0 ghz), Cortex-A53 (1.5 ghz)
GPU	Mali-T864 GPU,支持OpenGL ES1.1/2.0/3.0/3.1、OpenVG1.1 OpenCL, DX11, AFBC
VPU	4K VP9 and 4K 10bits H265/H264 60fps decoding, Dual VOP, etc
Memory	RAM: Dual-Channel 4GB DDR3
Storage	eMMC: 16GB(regular), 32GB/64GB(optional), eMMC 5.1
Power Management	RK808-D PMIC,配合独立直流/直流,启用dvf solfware省电,RTC唤醒,系统睡眠模式
Connectivity	以太网:本机千兆以太网 wi - fi: 802.11 a / b / g / n / ac 蓝牙:4.1双模式 天线:双天线接口
Video Input	1个或两个4-Lane MIPI-CSI,双重ISP, 13 mpix / s,同时支持双相机数据的输入
Video Output	HDMI: HDMI 2.0a, supports 4K@60Hz，HDCP 1.4/2.2 DP on Type-C: DisplayPort 1.2 Alt Mode on USB Type-C LCD Interface: one eDP 1.3（4-Lane，10.8Gbps）, one or two 4-Lane MIPI-DSI
USB	USB 2.0: 2独立的本地主机USB 2.0 USB 3.0: 1本地主机USB 3.0 USB c类型:支持USB3.0 c型和显示端口1.2 Alt模式USB c型
PCIe	PCIe x4, compatible with PCIe 2.1, Dual operation mode
调试	1 x调试UART, 3 v级,1500000个基点
LED	1x Power LED(Red)     1x GPIO LED(Green)
Key	Power Key x1   Reset Key x1   Recovery Key x1
工作温度	-20℃ to 70℃
电源	直流12 v / 1(边缘连接器)或DV 5 v / 2.5 (c型)

 

1.1.2.  网关底板其他外设

l  11.6寸高清触显一体屏：板载，eDP接口,电容式多点触摸，分辨率1920*1080
l  按键：板载重启、恢复、电源3个功能按键，4个用户自定义按键
l  UART：1路RS232，1路RS485
l  以太网：100/1000M
l  音频：音频输出接口、MIC音频输入接口、板载4欧3W扬声器
l  无线网：WiFi (2.4G and 5G, 802.11 ac), Bluetooth 4.1
l  4G模组：板载，板载EC20模组
l  LoRaWAN网关模块接口：板载mini-pcie接口，可接入SX1301八通道并行LoRaWAN网关模块。1个项目须至少配备1个LoRaWAN网关模块，以实现对实验室所有lora节点的接入管理。
l  Zigbee网关模块：板载，直列双排20芯插针接口，非usb接口。
l  BLE网关模块：板载，直列双排20芯插针接口，非usb接口。
l  USB 3.0 HOST接口：板载2个
l  Debug接口：板载1个
l  Download接口：板载1个
l  键盘：板载7寸80键标准键盘
l  高清相机模组：CMOS传感器OV13850，MIPI信号输出，400万像素，最高支持2688x1520像素。
l  麦克风阵列：板载7颗数字高性能硅麦克风。
l  震动马达传感器：1个
l  LED：板载4颗蓝色LED灯珠。
l  天线接口：板载wifi、BLE、lora、LET 共4个天线接口。
l  传感器扩展接口：板载，与无线传感器节点的传感器模块接口兼容，可完成linux系统下的传感器驱动开发实验。
l  OBD接口：板载，标准16针OBD-II插座，与配套软件结合可完成基于CAN总线通信相关实验。
l  电源：DC 9-12V输入
l  其他接口：MIPI、GPIO、SPI、I2C、TF Card (sd/mmc 3.0)、SIM卡座、USB 2.0 HOST、USB Type-C (with DP out)、eDP 1.3、HDMI 2.0 for 4K 60Hz

1.2.  无线传感器节点及外设模块

1.2.1. 4G LTE模块
l  网络：FDD-LTE/TDD-LTE/WCDMA/TD-SCDMA/GSM/EDGE；
l  制式：CMCC/CUCC（B1/B3/B8/B34/B38/B39/B40）；
l  工作频带：HSPA1900/2100，GSM 900/1800；
l  高速USB 2.0接口、PCI-E接口；
l  支持短信、数据、电话本、PCM语音功能；
l  支持IPv4,IPv6协议；
l  支持LTE多频；
l    支持最大150M/50Mbps的理论上下行数据传输速率；
 

1.2.2.  zigbee节点

 
 
ZigBee节点其一系列完整的ZigBee产品参考设计，旨在帮助开发人员缩短产品上市时间，并简化开发基于ZigBee的家庭自动化、互联照明和智能网关产品。
产品特点
    图形化无线应用开发。
    ZigBee3.0/EmberZNet PRO/物联网网状例程。
    丰富应用开发示例。
    最大输出功率16.5dBm、最大灵敏度-99dBm。
  32位40MHz CortexM4、256KB内存、32KB RAM。
  采用TI新一代ZIGBEE芯片CC2530。
  支持基于IEEE802.15.4的ZIGBEE2007/PRO协议。
  采用LP标准的20芯双排直插模式接入底板。
  支持TIZ-STACK协议栈。
  双排通孔封装（兼容xbee模组）。

1.2.3.  蓝牙节点

蓝牙MESH节点专门针对蓝牙网状Mesh和BLE5.1研发的， 支持最新蓝牙网状网络和蓝牙5规范的全套软件和硬件。
产品特点
l  图形化无线应用开发。
l  采用TI超低功耗蓝牙解决方案CC2540芯片。
l  采用WXL标准的20芯双排直插模式接入网关主板。
l  符合蓝牙规范 4.0 版标准支持TI最新Z-STACK协议栈。
l  双排通孔封装（兼容xbee模组）。

1.2.4.  Lorawan节点

 
 Lorawan 节点模块：SX1278 节点，配合行 LoRaWAN 网关模块使用。
产品特点
l  双排通孔封装（兼容 xbee 模组）
l  休眠模式下电流低至 1.8uA
l  工作频段：470~510MHz
l  发射功率 18dBm±1dBm,发射电流 100mA,
l  接收灵敏度-139dBm（SF12 、带宽 125KHz）
l  通信接口：SPI/USART/IIC
l  扩展接口：ADC；SPI；IIC；GPIO
l  支持 LoRaWAN V1.0.2 Class A/C 协议
l  提供 SDK 开发方式
l  系统资源 FLASH/128K，RAM/16K，EEPROM/4K
l  用户可用资源：FLASH/64K，RAM/8K，EEPROM/4K

1.2.5.  Nbiot节点

 
Nbiot节点模块采用的是lierda NB86-G，模块主控芯片是STM32F103， 基于 HISILICON Hi2115 的 Boudica 芯片，符合 3GPP 标准。
产品特点      
l  工作电压：4.3V
l  最低功耗：≤10uA
l  发射功率：23dBm±2dB（Max），最大链路预算较 GPRS 或 LTE 下提升 20dB,最大耦合损耗MCL为-164dBm
l  采用LP标准的20芯双排直插模式接入底板
l  提供SDK开发方式
l  系统资源FLASH/64K，RAM/20K
l  用户可用资源：FLASH/30K，RAM/10K

1.2.6.  AI麦克风阵列

1）7路麦克风阵列，提供声源定位、语音增强、语音降噪、回声消除、声音拾取等功能。
2）带硬件浮点运算的RISC-V 双核64位处理器，主频最高800MHz。
3）具备机器听觉能力和语音识别能力，内置语音处理单元（APU）。
4）具备卷积人工神经网络硬件加速器KPU,可高性能进行卷积人工神经网络运算。
5）麦克风阵列模块集成TFT彩屏屏，能够直观显示音频频谱图。
6)内置ARM STM32 USB音频驱动芯片，提供USB声卡驱动，开放源代码。
7)接口：双列直插封装/USB，需能够接入到eAIOT平台使用。
8)支持语音识别、语义理解、语音合成、人机对话等功能，可与硬件进行语音交互。
5米监测范围、基于linux系统

1.2.7.  AI摄像头

l  1/1.8" SONY Exmor CMOS
l  有效像素200万像素，30帧@1920*1080
l  C/CS镜头接口，最低照度0.001 Lux，120dB TWDR
l  支持协议：PROFILE S，GB/T28181，FTP/RTSP.UPNP等
l  支持双码流、手机监控、心跳机制，具3D降噪、去雾、数字宽动态、镜头校正、走廊监控等智能模式
l  提供基于eAIOT教学平台的人脸识别系统案例。

1.2.8.  高读卡器

高频读卡器采用的RC632是NXP公司生产的一款集成了ISO/IEC14443A、ISO/IEC14443B和ISO/IEC15693三种协议标准的调制解调芯片及嵌入式微控制器设计
可完成对ISO14443A协议标准的非接触式IC卡如Mifare_Std S50，ISO15693协议标准的非接触式IC卡如I.CODE2等卡片的读写操作。

1.2.9.  低频读卡器

低频读卡器采用先进的射频线路及嵌入式微控制器设计，结合高效解码算法，可完成对64bitsRead-Only Em4100兼容式125KHz非接触式ID卡的读取


具有接收灵敏度高，工作电流小，单电源供电的特点。

1.2.10.  超高频读卡器

超高频读卡器采用高度集成的UHF RFID读写芯片（超高频读写芯片）及嵌入式微控制器设计，可完成对ISO18000-6C & EPC global Gen2 协议卡片的读写操作。


板载有源模块扩展模块可以和网关有源扩展模块配对完成有源通信功能。

1.2.11.            传感器组件

选配：温度/光敏/蜂鸣器一体传感器模块、高精度温湿度传感器模块、两路继电器模块、可调LED灯光模块、振动传感器/蜂鸣器一体模块、超声波测距传感器模块、4位LED数码管显示模块；

 

1.3.  St-link仿真器

ST-LINK/V2是ST意法半导体为评估、开发STM8系列和STM32系列MCU而设计的集在线仿真与下载为一体的开发工具。
STM8系列通过SWIM接口与ST-LINK/V2连接。
STM32系列通过JTAG / SWD接口与ST-LINK/V2连接。

ST-LINK/V2通过高速USB2.0与PC端连接。
支持的软件
ST-LINK Utility v2.0（及以上版本）
STVD Version 4.2.1（及以上版本）
STVP Version 3.2.3（及以上版本）
IAR EWARM Revision v6.20（及以上版本）
IAR EWSTM8 Revision v1.30（及以上版本）
KEIL RVMDK Revision v4.21（及以上版本）