基于ZigBee的智慧原料卸货系统

一、面向领域

本方案面向对通信稳定性、响应速度和和通信距离有较高要求的工业物联网领域。

二、技术方案原理简述

技术方案原理图如下所示：

技术原理概述：

1. 在现有设备中嵌入由我司自主研发的ZigBee云模组，使设备具备基于ZigBee的无线通讯能力；
2. 边缘计算网关一方面作为各个设备的“智慧大脑”，通过边缘计算和基于ZigBee的无线通信实现各个设备间的智能联动、自动化控制，另一方面支持与远端服务器进行交互，是整整的边缘智能所在；
3. 边缘计算网关承担着设备与外网通信桥梁，实现设备与远端服务器的信息交互。

三、通信协议、云模组和边缘计算网关

1.通信协议

由于工业物联网对无线通信有通信链路稳定、响应迅速等要求，因此本技术方案在标准的ZigBee的基础上进行针对的优化，使之具有通信链路稳定、响应迅速等特点，从而满足工业物联网对无线通信的要求。

2.云模组

A.产品概述
ZB-TI-PCB-21云模组是由善学坊开发的一款低功耗嵌入式的 Zigbee 模组。它主要由一个高集成度的 Zigbee 芯片 CC2530F256 和少量的外围电路构成，内置了Zigbee网络通信协议栈和丰富的库函数。芯片详细信息参考：https://www.ti.com.cn/product/cn/CC2530
ZB-TI-PCB-21云模组还包含低功耗的 32MHz 8051 内核，256KB 闪存程序存储器，8 KB RAM 数据存储器和丰富的外设资源。其外观如图所示：

ZB-TI-PCB-21
查看模组的详细信息请参考：http://doc.iotlucker.com/solution/2222731
B.模组接口
管脚排布如图所示：

管脚说明如下表所示：

3.边缘计算网关

A.功能描述
一方面作为各个设备的“智慧大脑”，提供复杂的逻辑控制API以及基于ZigBee的无线通信能力，可深度贴合实际场景需求实现各个子设备的智能联动控制、场景自动化控制；
另一方面支持与远端服务器进行交互。进行设备数据上报、指令下发等信息收集和设备管理等功能。
B.技术原理架构
边缘计算网关本质上是一个嵌入式Linux操作系统，包含系统层设计和应用层设计，提供丰富的应用层API以支持自定义复杂的联动控制和自动控制、支持自定义复杂的云端交互逻辑开发。
C.通信协议
A.物理层向下支持ZigBee通信协议，向上支持WiFi、NB-IOT、2G、4G、有线网络。
B.应用层使用自主研发的通信协议：

1. 数据格式：数据包格式、Session定义、HeadCtrl域定义、SeqNum校验设计、Token校验设计、CommitTime提交时间设计、Command指令类型设计
2. 通信流程： 上线请求、断线重连、定期更换密钥、下线，离线数据重传、掉线判断、应用数据传送、重发机制
3. 状态设计：client端和server端

   四、设备的逻辑模型定义

   支持针对不同类型的子设备自定义对应的逻辑模型，具体为针对不用各个类别的设备设定DPID、功能点、标识符、数据类型、数据传输类型等。为产品稳定性考虑，建议每个产品的功能点累计不超过40个。若超过，需要这种进行产品稳定性测试。
   1.DPID：设备的类型ID；
   2.功能点是对产品功能的抽象表示，是具体智能设备功能的抽象，用于描述产品功能及其参数。

• 功能点 ID：功能点的编码。设备与云端的功能数据通过功能点 ID 进行传输。
• 功能点名称：自定义的功能名称。

3.标识名：功能点 Code 值，用于 App 显示功能名称的多语言管理。支持字母、数字和下划线，以字母开头。
4.数据类型：

5.数据传输类型：

• 可下发可上报：指令数据可以发送给设备，设备数据可以传输给云端。
• 只上报：数据只支持从设备传输给云端。
• 只下发：数据只支持从云端发送给设备。

6.数据类型详细说明
每种功能都可以通过不同数据类型定义，支持布尔型、数值型、枚举型、故障型、字符串型、透传型这 6 种数据类型。

• 布尔型、数值型和枚举型是基础类型，大部分功能可通过这 3 种数据类型定义。
• 故障型专门用于故障定义，便于在后台统计故障。
• 字符串型和透传型用于较复杂功能，只有当其他类型无法满足需求时，才推荐使用。

A.布尔型
适用功能：非真即假的二值型变量功能。
功能范例：设备的开关、取暖器的童锁、电风扇的摇头、空气净化器的滤芯复位等功能，均可采用布尔型表示。
B.数值型
适用功能：可线性调节类型的数据。
功能案例：温度调节，温度范围 20-40，间距为 1，单位为 ℃，表达含义为该产品可调节温度 20-40℃，每操作一次变化 1℃。
预约功能，可预约 1、2、3……12 小时开关机，则可设置数值范围为：1-12，间距：1，单位：小时。
C.枚举型
适用功能：该功能下存在有限的自定义值集合。枚举值每输入一个，需要回车一次，枚举值将确认生成。
功能案例：档位：低档，中档和高档。
模式：舒适模式、睡眠模式、智能模式和节能模式。
颜色：红色、蓝色、绿色、黑色。
注意事项：编辑功能点时，枚举值支持字母、数字和下划线。按回车键后，枚举值自动生成。枚举值编码从 0 开始，在硬件联调中以枚举值编码进行传输。每个枚举值长度不超过 15 字符，最多支持定义 10 个枚举值。
C.故障型
适用功能：专门用于上报和统计故障的功能点，后续此类型功能将被用于统计。
功能案例：温度传感器故障、电机故障和高温故障等。
注意事项：故障型的数据格式为 bitmap 型，可支持多故障定义。故障型功能只支持数据上报，因此数据传输类型只能选择 只上报。
D.字符串型
适用功能：以字符串形式传输的功能点。如果以上 4 种数据类型不能满足产品功能定义，可约定通过字符串形式传输数据。
注意事项：字符串型最大长度不超过 255 字节。
E.透传型
适用功能：以二进制形式透传的功能点。一般不建议使用，上述功能点无法满足的复杂功能，可采用透传型数据。
注意事项：透传型数据的最大长度不超过 255 字节。

五、API对接

本技术方案提供2方面的API：终端设备API、边缘计算网关API
1.终端设备API
终端设备API以SDK的方式提供。善学坊 Zigbee CC2530 SDK 适用于开发由善学坊自主研发的Zigbee 智能产品。该 SDK 基于 TI ZStack SDK 进行了二次抽象，屏蔽了复杂的 Zigbee 技术细节，方便快速开发。
善学坊 Zigbee CC2530 SDK 主要包含硬件接口、网络接口、工具接口三个部分，可根据具体的应用场景而进行深度定制化，以贴合需求。
2.边缘计算网关API
边缘计算网关API在善学坊 Zigbee CC2530 SDK的基础上增加逻辑控制，主要用于支持多制设备间的智能联动和自动化控制，以及与远端服务器的智能交互。可根据具体的应用场景而进行深度定制化，以贴合需求。

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