2021物联网开发学习——基于小熊派IoT开发板Bear-Pi-IOT、E53_IA1_智慧农业拓展板与小熊派-鸿蒙·季Bear-Pi-HM Nano并接入Hi-Link
目录
作者介绍
刘懿宵，男，西安工程大学电子信息学院，2017级本科生。
专业：通信工程
电子邮件：[email protected]
目的
- 学习物联网开发
- 学习使用小熊派IoT开发板Bear-Pi-IOT
- 学习E53_IA1_智慧农业拓展板开发与使用
- 学习使用小熊派-鸿蒙·季Bear-Pi-HM Nano
- LiteOS内核基础实战
- 小熊派对接华为智能家居HiLink
用到的硬件
小熊派IOT开发板Bear-Pi-IOT
这是一款由南京小熊派智能科技有限公司联合华为技术有限公司基于STM32L431RCT6 设计的高性能物联网开发板。开发板充分考虑物联网感知层设备的多样性，具有强大的可扩展性，用于提供给开发者评估及快速设计相关物联网的应用产品。本文档将简要介绍开发板的硬件开发工具包、MCU 开发主板的特性及各个主要接口外设信息。
图1 开发板功能区分布图
- 系统要求
◼ Windows OS（7,8 and 10）
◼ USB Type-A to Micro USB cable - 开发工具
◼ KeiI:MDK-ARM
◼ GCC-base IDEs includeing free LiteOS Studio - 特性
◼ 特性
CPU: STM32L431RCT6, 80MHz 显示屏： 1.3’ TFT，240*240 分辨率
存储： 256K Flash，64KB SRAM LED 灯 上电指示 LED，红色；
下载指示 LED，橙色；
一个用户定义 LED，蓝色
系统： LiteOS
外扩 Flash： 外扩 8MB SPI Flash
On-board ST-Link/V2.1 按键： 一个复位按键，二个功能按键
主板供电： 通过 USB 5V 供电或者外
部 5V 供电
SD卡：系统支持最大 32Gb 的 SD 卡
存储扩展；
传感器 支持 E53 传感器案例扩展板
通信 NB-IoT、2G、Wifi
◼ 电源特性
➢ Micro USB 接口，5V 供电
➢ 内部有 5V 转 3.3V 的 DCDC
➢ MCU 供电电压为 3.3V，系统 IO 电压也为 3.3V
◼ 调试接口
➢ USB 转 ST-Link
➢ ST-Link 虚拟串口
◼ XTAL
➢ 8MHz
➢ 32.768KHz
◼ 预留通用接口
➢ WAN interface（UART）
➢ I2C*2
➢ SPI*2
➢ ADC*1
➢ UART*3
图2 开发板框图
电路连接关系如下：系统由 USB 5V 供电，经过 DCDC 降压至 3.3V 给系统大部分器件供电，为系统主要电源；板载 ST-Link 与 MCU 采用 SWD 接口；8M Flash采用四线 QSPI 与 MCU 连接；SD 卡采用三线 SDMMC 协议与 MCU 交互；E53 扩展接口支持 SPI、I2C、UART 等协议；开发板自带 1.44 寸 LCD，属于 SPI 4-line 接口；通信模块扩展接口可接 UART 和 SPI 协议通信的通信模组；LED 灯、按键连接至 MCU 的 GPIO。
小熊派-鸿蒙·季（BearPi-HM Nano）
BearPi-HM Nano是一片73.2mm * 62.7mm * 11.1mm大小的开发板，外型上延续了三段式设计，板上搭载有丰富的资源外设，同时，开发板搭载HarmonyOS操作系统，并配套有DevEco Device Tool开发、调试环境，全套教程以及实验案例。
图1 BearPi-HM Nano外观图
BearPi-HM板载有丰富的外设资源，便于多应用的开发和部署：
1. E53 Interface；
2. Hi3861RNIV100 2.4G Wi-Fi Soc芯片；
3. *NT3H1x01W0FHKH NFC标签；
4. USB Type-C 5V电源接口；
5. Reset复位按键；
6. KEY1、KEY2用户按键；
7. NFC射频天线；
8. CH340串口转换电路。
* NT3H1101W0FHKH/NT3H1201W0FHKH
图2 BearPi-HM Nano资源图
板上搭载的Hi3861RNIV100，是一款高度集成的2.4GHz Wi-Fi SoC芯片。
- Hi3861RNIV100芯片集成高性能32bit微处理器、硬件安全引擎以及丰富的外设接口，外设接口包括2路SPI、3路 UART、2路IIC、6路PWM、15路GPIO和7路ADC输入，同时支持高速SDIO2.0 Slave接口，最高时钟可达50MHz；
- 芯片内置SRAM和Flash， 可独立运行，并支持在Flash上运行程序； Hi3861RNIV100芯片集成IEEE802.11b/g/n基带和RF电路， RF电路包括功率放大器PA、低噪声放大器LNA、RF、Balun、天线开关以及电源管理等模块；
- 支持20MHz标准带宽和5MHz/10MHz窄带宽， 提供最大72.2Mbit/s物理层速率；
- Hi3861RNIV100芯片内嵌352KB SRAM、288KB ROM 以及2MB FLASH；
- 低功耗模式：
-- Ultra Deep
-- Sleep模式 [email protected]；
-- DTIM1模式[email protected]；
-- DTIM3：[email protected].
图3 Hi3861RNIV100功能框图
板上搭载的NT3H1x01W0FHKH NFC芯片，是一款简单，低成本的NFC标签。
- 工作频率：13.56MHz；
- NT3H1101（NT3H1201）支持接触式和非接触式接口，IIC从机接口支持标准模式（100KHz）和高速模式（高达400KHz）；
- 用户读写区：1904 bytes；
- SRAM：64 bytes；
- NT3H1101（NT3H1201） NFC标签可直接作为标准IIC EEPROM使用；
- 外部连接板载NFC射频天线。
板载的NFC射频电路，配合OpenHarmony开放的关键能力，可以完美实现鸿蒙系统的“碰一碰”联网机制。
图4 NT3H1101/NT3H1201框图
板上搭载的E53标准接口，是一种资源丰富，易于扩展的标准接口。
- 一路SPI接口；
- 一路UART接口；
- 一路IIC接口；
- 一路DAC接口；
- 一路ADC接口；
- 五路GPIO接口；
- 双路电源（5.0V/3.3V）输入。
通过接入标准的E53案例扩展板，可以很容易的实现多种应用的开发和部署。
图5 E53标准接口
HarmonyOS是一款“面向未来”、面向全场景（移动办公、运动健康、社交通信、媒体娱乐等）的分布式操作系统，基于Hi3861平台提供了多种开放能力。
- 分布式软总线
为设备之间的互联互通提供了统一的分布式通信能力，能够快速发现并连接设备，高效地分发任务和传输数据。 - 分布式数据管理
基于分布式软总线的能力，使用户数据不再与单一物理设备绑定，业务逻辑与数据存储分离，应用跨设备运行时数据无缝衔接，打造了一致、流畅的用户体验。 - 网络连接服务
提供包含NFC、蓝牙、WLAN、电话在内的多种无线通信服务。 - 身份安全认证
通过“分布式多端协同身份认证”来保证“正确的人”。 - 设备安全认证
通过“在分布式终端上构筑可信运行环境”来保证“正确的设备”。 - 数据安全认证
通过“分布式数据在跨终端流动的过程中，对数据进行分类分级管理”来保证“正确地使用数据”。 - 加解密
OpenHarmony提供了数据密钥的管理和销毁、加解密等能力。 - 启动引导
提供系统服务的启动入口标识。在系统服务管理启动时，调用boostrap标识的入口函数，并启动系统服务。 - 系统服务管理
系统服务管理基于面向服务的架构，提供了OpenHarmony统一化的系统服务开发框架。 - 标准库
HarmonyOS内核使用musl libc库，支持标准POSIX接口，可基于POSIX标准接口开发内核之上的组件及应用。
相关资料说明：
BearPi-HM Nano的主代码仓库：
https://gitee.com/bearpi/bearpi-hm_nano
BearPi-HM Nano的文档资料：
https://gitee.com/bearpi/bearpi-hm_nano/tree/master/applications/BearPi/BearPi-HM_Nano/docs
BearPi-HM Nano课程免费获取地址：
https://www.bilibili.com/video/av245535732
鸿蒙HPM地址：
https://hpm.harmonyos.com/#/cn/distribution/@bearpi%2Fbearpi_hm_nano
杜邦线
用到的软件
Develop Tools
IoT-Studio
IoT-Studio_0.3.6
jdk-8u162-windows-x64
LiteOS_IDE
LiteOS Studio Setup 2019-04-16
openSourceSoftware
cflow-1.5.tar
ctags-win32-2018-11-08-befcb888
global-6.6.3.tar
openocd-0.10.0
MDK_V5.25.0
mdk525
Keil.STM32L4xx_DFP.2.0.0
python工具
python-3.7.3-amd64
vcredist_x86
ST-LINK驱动
dpinst_amd64
dpinst_x86
STM32-Cube
STM32Cube_FW_L4_V1.13.0
STM32CubeMX-4.27.0
串口调试助手
QCOM_V1.6
项目链接
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采用理论加实践的方式，对Huawei LiteOS物联网操作系统进行深入的学习。
关于学习前要做的准备
1、软件准备（必选）：嵌入式开发IDE工具VSCode，下载链接：https://code.visualstudio.com/
2、硬件准备（可选）：小熊派开发板（BearPi）-用于代码深入学习调试代码，活动打卡可不用该开发板。
点击购买开发板。购前请咨询小熊派开源社区淘宝店铺客服。
基础学习必要：主板+WIFI+NB-IoT+智慧农业。
其他扩展板（可选）：智慧路灯、智慧物流、智慧烟感、智慧井盖、人体感应，可用于学习第6章多种案例。
3、学习遇到问题参考FAQ：https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-57099-1-1.html