针对目前军队传统的打靶训练,射击效果需要人工检查,方法效率低下、成本高、耗时长等缺点,激光靶系统应运而生,并将物联网技术应用于激光靶系统并完成了相关的应用研究。 本文的主要内容包括基于STM32的单WIFI节点电路设计、多节点无线组网设计、系统终端上位机设计,其中采用TCP协议在多个WiFi节点之间进行通信,并将目标信息传输到机智云平台, 最后将物联网成功应用于激光目标系统,并测试系统搭载物联网,目标上报效率大大提高,无线数据传输精度优于95%,传输时延优于1S。 0 引言随着技术的发展,传统的军事射击训练方法逐渐被激光靶系统所取代,这为训练士兵的射击精度提供了一种更安全、更有效的方式。 然而,许多激光瞄准系统仍然使用传统的手动查看拍摄结果的方法,导致效率低、成本高、工艺繁琐。 物联网 (IoT) 技术的出现为这个问题提供了解决方案,提供实时、准确的射击结果反馈,同时提高射击训练的效率和安全性。 随着物联网技术的不断发展,物联网技术在国内外激光瞄准系统中的应用取得了一些进展。 国内研究主要集中在数据采集与处理、智能控制、远程监控等方面; 国外研究主要涉及智能训练、虚拟现实技术应用、综合应用等。 未来的研究将集中在智能化、虚拟化、集成化等方向,这将为激光瞄准系统的应用和推广带来新的机遇和挑战。 总之,物联网技术在激光瞄准系统中的应用研究是一个不断发展、前景广阔的领域。 本文重点介绍了物联网技术在激光瞄准系统中的应用,具体包括基于ESP8266和STM32的无线激光瞄准系统的设计与实现,以及物联网技术在实现无线数据传输、监测和控制方面的应用。 设计了一种基于TCP协议的通信机制来实现数据传输,并采用多对一无线组网技术实现多个激光目标之间的无线数据传输。 **单个WF节点的电路设计、多节点无线组网的设计以及系统终端上位机的设计,这些组合构成了一个集成了物联网解决方案的激光瞄准系统。 通过测试,我们评估了系统的有效性和效率,并证明了将物联网技术集成到激光瞄准系统中可以大大提高射击训练的效率和准确性。 1 物联网技术应用介绍1.1 多对一无线组网无线组网就像一个小组,由一个领导和几个成员组成,成员负责提供工作和提供反馈,领导根据反馈做出相应的决策,最终完成任务。 在无线组网过程中,还需要一个主站和多个从站。 从站将目标环路数据反馈给主机,主机对数据进行处理,并通过物联网将数据上传到云端。 多个数据点通过无线传输汇集在一起,形成一个物理对象网络,并与新兴的物联网集成。 利用摄像机采集的目标环数据和物联网远程实时传输数据的能力,以及云服务器强大的数据处理能力,可以高效管理物理资源,充分实现资源信息的共享,提高资源的利用率和生产水平。 本文以TCP协议为例,TCP协议是Internet中的传输层协议,用于数据传输,并使用三向握手协议建立连接。 主动方发出SYN连接请求后,等待被动方应答SYN+ACK,最后acks被动方的SYN。 该设计使用了三个 ESP-01,其中一个用作主机或服务器,另外两个配置为客户端。 将 ESP-01 设置为 AP 模式,配置多链路传输,设置热点名称、密码和服务器端口号,并启用 TCP。 客户端将 ESP-01 设置为 STA 模式,将传输链路设置为单链路传输,连接到服务器的热点,设置为透传模式,通过 TCP 握手连接到服务器的 IP 地址和端口号,实现多对一数据传输。
图1 机智云物联网平台框架
图2 物联网系统框图1.2. 机智云物联网平台框架机智云是广州机智云物联网科技有限公司开发的物联网平台,提供多种数据接入方式,支持底层设备和云端通信,方便全球设备的节点部署和信息传输。 同时,机智云还拥有强大的安全保护机制,确保用户信息和数据的隐私和安全。 该平台还支持升级和维护,提供可靠的数据存储和设备访问,并实现强大的交互式通信,使用户能够轻松管理和监控其物联网设备。 此外,机智云作为云平台,还提供多种工具和服务,满足用户不同的物联网需求。 图1所示为机智云物联网平台框架2、物联网系统整体设计物联网系统以STM32F103C8T6为系统主控芯片,通过ESP-01模组、OLED作为显示模组、机智云云平台作为远程上位机物联网平台实现多机通信,物联网系统整体主要分为两部分。 第一部分是WF无线组网,激光目标设备通过串口将目标信息传输到客户端,客户端进行数据处理,通过ESP-01模块的配置,客户端从站通过TCP协议与服务器主机连接,连接成功后客户端将目标信息传输到服务器主机, 服务器主机集成和处理多个节点的数据。第二部分是来自机智云平台的数据上报,通过配置项目,将机智云的具体协议移植到项目文件中,将处理后的环数据通过 ESP-01 模块上传到机智云平台,以便通过 APP 查看数据。 根据以上设计思路,完成了物联网系统的整体设计框图,物联网系统整体框图如图2所示。 3. 物联网系统硬件设计3.1、单片机的最小系统单片机的最小系统主要由复位电路、晶体振荡电路和STM32主控芯片组成,其最小系统如图3所示。
图3 单片机最小系统电路图
图 4:系统主机的整体电路图
图5 系统从机整体电路图3.2ESP-01 物联网模组设计ESP-01 是一款基于 ESP8266 芯片的低成本 W-F 模组,频率高达 160MHz,具有功耗低、数据处理速度快、体积小等特点,支持 RTOS,集成了 W-FMAC BB RF PA LNA 和板载天线。 可实现无线网络连接和数据传输,适用于物联网应用。 3.3.系统硬件电路设计系统分为服务器和客户端两部分,系统主机整体电路图如图4所示,系统从机整体电路图如图5所示。 4. 物联网系统软件设计4.1、基于机智云平台的数据传输有特定的协议,设备通过特定的协议连接到机智云服务器。 因此,只需实现与Wi-Fi模块的串口通信即可直接接入机智云服务器,如图6所示。 机智云产品在机智云平台上创建项目后提供C 和 Gizwits 协议C 两个 C 文件。 gizwits_product.c是平台相关的处理文件,里面存放了事件处理API接口函数,gizwits协议C 是协议实现文件,用于存储 SDK API 接口函数。 因此,您只需要将数据放入特定的结构中即可实现数据上传。 该设计采用 ESP-01 模组,采用 TCP 通信协议,一机一隐访问认证,连接机智云物联网平台,实现对目标环的实时监控,ESP-01S 将特定数据发送到机智云,机智云接收数据并整理出来并显示在设备中, 并可通过APP查看数据。 4.2 WiFi多节点通信协议TCP(TransmssonControprotoco,Transmission Control Protocol)是一种面向连接的协议,用于在互联网上可靠地传输数据。 多节点通信使用 TCP 协议在多个客户端和服务器之间建立通信,系统通过 AT 命令将其中一个 ESP-01 模块配置为服务器,将另外两个 ESP-01 模块配置为客户端。 服务器和客户端通过TCP协议进行连接和通信,即服务器设置为AP模式,客户端通过热点与服务器建立连接,需要对服务器进行多链路连接才能实现多节点通信。 Wi-Fi多节点通信流程图如图7所示。
图6 机智云流程图
图7 WF多节点通信流程图4.3、系统整体控制工作流程整个系统分为三个具有独立处理能力的控制节点,其中一个是主机,即相当于多节点通信中的服务器,主机初始化,上电后配置服务器,初始化完成后接收串口,如果接收到数据,则对数据进行处理,得到环号数据, 并将数据上传到智慧云端,可以通过手机APP查看数据,主机工作流图如图8所示。另外两个是slaves,即客户端相当于多节点通信,从机上电后初始化,初始化时连接主机服务器,连接完成后打开摄像头,是否检测到激光点,检测数据通过串口传输到slave, 然后,从站对数据进行处理和分析,将分析结果传输给主站,从站工作流程图如图 9 所示。
图8 主机工作流图
图9 从站工作流程图5 物联网系统调试5.1、上位机系统调试首先,在机智云官网创建一个APP项目,将APP项目与目标系统项目绑定,即可得到激光目标性能APP配置界面,如图10所示。
图10 激光靶性能App的配置界面可以在机智云云平台中简单配置,可以构建激光靶性能App,机智云服务器就像一个中转站,一面连接单片机,另一面连接APP, 所以APP可以与单片机通讯,APP接口如图11所示。
图11 App界面5.2. 无线组网调试本设计采用的网络系统是基于TCP协议的无线组网系统,由于系统采用WF进行通信,随着传输距离的增加,传输速率和精度也会受到相应的影响,为了验证系统的稳定性和可行性,对传输距离和精度进行了测试, 测试结果如表1所示。
由于测试场地有限,无法进行较远距离的传输测试,但根据表1可以看出,即使传输距离增加,对数据传输的稳定性和准确性影响不大,传输距离在15米以内,系统传输精度不低于95%, 并且传输速率不高于1s。 5.3. 云平台调试如果单片机上报的数据太快,会造成数据损坏、丢包等问题,因此上报数据的周期和准确性之间必须有一定的权衡,因此必须选择最优方案,使整个系统稳定运行,并测试云平台传输的数据的准确性和发送周期。 测试结果如表2所示。
对于测试结果的分析,机智云系统的定时时间设置为01ms,系统响应时间与传输数据精度之间的关系最适合系统的应用。 根据表1和表2中的分析结果,不难得出结论,该系统的无线数据传输精度不低于95%,响应时间在1s以内。 6 结论为了解决激光瞄准系统中的数据传输问题,基于无线组网和云服务器理论,设计并实现了物联网技术在激光瞄准系统中的应用,物联网技术在激光瞄准系统中的应用大大降低了激光瞄准系统的使用复杂性, 并能将多点数据汇总到终端显示和处理中。TCP协议用于多节点通信,使数据传输更加高效可靠。 系统采用物联网云平台APP与下位机的通信,方法稳定性高,可实现远程通信,处理和查看数据更加方便。 通过对整个物联网系统的持续调试,传输延迟可以优于1s,传输数据的错误率大大降低。