如何构建Arduino无线网关开发平台
arduino是一个开源电子原型设计平台，专门用于接收来自传感器的输入。这使其成为无线网关开发的绝佳平台。通过以太网连接，网关可用于将传感器和执行器链接到internet，以用于智能手机和平板电脑上的应用程序。可以为这些平台开发应用程序，然后利用来自网络的数据并从世界上任何地方远程控制执行器。
广泛的开源软件为构建项目提供了宝贵的资源。它基于灵活，易用的硬件和软件，适用于设计人员，业余爱好者以及任何对创建交互式环境感兴趣的人。
有各种各样的arduino板可用，都使用arduino编程语言。这基于wiring，它具有与c ++相同的语法和库，但具有简化和修改。为了使该语言易于使用，arduino开发环境基于基于java的processing开源ide。开发可以在pc或mac上作为主机在windows，mac osx或linux下完成，也可以在主板上完成。可以使用arduino编程语言和工具在linux上开发网关软件。
arduino nano板是一款小型，完整且面包板友好的板，基于用于arduino nano 3.0的atmega328处理器或用于arduino nano 2.x系列的atmega168。它只缺少直流电源插孔，可以使用mini-b usb电缆而不是标准电缆。 nano是专门设计的，目前由gravitech生产。 16 mhz处理器的建议输入电压为7-12 v，具有14个数字i/o引脚，每个引脚具有40 ma的直流电流，可用于为无线模块供电。
atmega168版本中有16 kb的flash或atmega328中有32 kb，其中引导加载程序使用2 kb。同样，atmega168有1 kb的sram和512字节的eeprom，带有atmega168或2 kb的sram和1 kb的eeprom。
arduino主板的价值在于业余爱好者开发的开源软件系列，以及硬件的灵活性。制造商提供电路布局，并且很容易为无线功能构建附加卡或屏蔽。可以制作或购买无线屏蔽以向设计添加无线链接。
图1：arduino nano板。
linux上的arduino ide
arduino最常见的开发平台是linux，它同样是开源的。根据正在使用的linux的分布，需要一些其他程序。
关键工具是arduino ide 1.0.1，因为它使用内部预构建gcc（gnu编译器集合）编译器。这排除了所有工具链问题，包括java运行时包6或7 -nopenjdk-7-jre或oracle jre 7.
arduino软件下载包括两个附加依赖项的自定义版本：
rxtx，用于与arduino板等串行设备通信的java和本机库
avrdude，一个将程序上传到avr微控制器的应用程序（如arduino板上的程序）
来自的avrdude修改了arduino以确保在上传之前arduino板的自动重置功能正常运行（如果没有，则上传将失败）。 arduino版本的源代码也可以在开源存储库github上找到。
arduino附带的rxtx经过修改，支持arduino uno和mega 2560主板使用的/dev/ttyacm格式的设备。它们使用atmega8u2代替ftdi芯片进行usb串行通信。
无线屏蔽
xbee®屏蔽允许arduino板使用zigbee®进行无线通信。它可以在室内100英尺或室外300英尺（带视线）进行通信。屏蔽的简单性意味着它可以用作串行或usb替代品来创建简单的无线点对点连接，或者使用命令模式，它可以配置为各种广播和网状网络选项作为无线网关。屏蔽将每个xbee引脚分成通孔焊盘，并提供母引脚头，以便使用数字引脚2至7以及屏蔽覆盖的模拟输入。数字引脚8至13不受屏蔽的阻碍，因此它们可以使用电路板本身的接头。
图2：arduino无线屏蔽。
xbee屏蔽有两个跳线，用于确定arduino板上微控制器（atmega8或atmega168）与ftdi usb转串口芯片之间的串行通信。当跳线位于xbee位置时，xbee模块的dout引脚连接到微控制器的rx引脚，din连接到tx。
有两个模块需要正确配置才能相互通信（尽管使用默认设置，所有模块应该能够相互通信）。它们需要位于id参数设置的同一网络上。模块需要位于ch参数设置的同一通道上。最后，模块的目标地址（dh和dl参数）确定其网络和通道上的哪些模块将接收它传输的数据。这可以通过以下几种方式实现：
如果模块dh为0且dl小于0xffff（即16位），则该模块传输的数据将由任何模块接收，其16位地址my参数等于dl。
如果dh为0且dl等于0xffff，则所有模块都将以广播模式接收模块的传输。
如果dh非零，或者dl大于0xffff，传输只能由序列号等于发送模块目的地址的模块接收，即点对点连接。
但是，这个地址匹配将会仅发生在同一网络和通道上的模块之间。如果两个模块位于不同的网络或通道上，则无论其地址如何，它们都无法通信。电路板和屏蔽可以直接一起工作，但有时可能需要从arduino电路板上运行的代码配置xbee模块。这需要开关处于micro位置并使模块进入配置模式，它需要三个加号：+++并且前后需要至少一秒，在此期间没有其他字符被发送到模块。请注意，这包括新行或回车符。设置配置模式后，模块将发回两个字符“ok”，然后回车。
发送命令预期响应
+++确定
一旦进入配置模式，at命令可用于控制模块。命令字符串的格式为atxx（其中xx是设置的名称）。要读取设置的当前值，请发送命令字符串，然后发送回车符。要为设置写入新值，请发送命令字符串，紧接着是新设置（中间没有空格或换行符），然后是回车符。例如，要读取模块的网络id（确定它将与之通信的其他xbee模块），请使用‘atid’命令：
发送命令预期响应
atid 3332 《 br》
更改模块的网络id：
发送命令预期响应
atid3331 ok
检查设置已生效：
发送命令预期响应
atid 3331
除非将更改写入非易失性内存，否则它们只会生效模块失去动力。要永久保存更改，请以相同方式使用atwr命令：
发送命令预期响应
atwr确定
将模块重置为工厂设置，使用atre命令：
发送命令预期响应
atre确定
请注意，与其他命令一样，重置将不会是永久性的，除非您按照atwr命令执行。
laird嵌入式无线解决方案的arduino modflex shield使用siflex02，结合了高性能802.15.4无线电和微控制器，经济高效，预先认证，i/o连接器与arduino开源平台兼容。
该模块具有900 mhz dsss收发器，带有rf放大器电路的atmel无线电，以及atmel atrxmega微控制器，使其具有与主板相同的环境。它预先加载了运行在atmel 802.15.4 mac之上的主机串行接口。屏蔽具有完整的调试和编程功能，可以开发自定义应用程序，并且可以轻松地将zigbee堆栈或mac加载到模块上以创建自定义网络。
该模块具有250 mw的输出功率，可提供2英里的视距范围以及1 mbps rf数据速率。
其他无线拓扑结构
通过使用面包板原型系统，可以使用独立的无线模块为arduino板构建屏蔽。这允许其他设备用于创建屏蔽以处理其他拓扑，例如wi-fi。
图3：用于连接无线模块的arduino面包板。
microchip的rn-171模块是一个独立的完整tcp/ip无线网络模块，可与原型板一起使用以提供wi-fi连接。由于其小巧的外形和极低的功耗，rn-171非常适合移动无线应用，如arduino屏蔽。
图4：microchip wi-fi模块。
它集成了2.4 ghz无线电，tcp/ip协议栈，实时时钟，加密加速器，电源管理和模拟传感器接口。该模块预装了固件，以简化集成并最大限度地减少应用程序的开发。在最简单的配置中，硬件仅需要四个连接（pwr，tx，rx和gnd）来创建无线数据连接。 rn-171还包括一个内置的html客户端，可自动将串行uart数据或传感器数据发布到web服务器。
其他拓扑结构包括用于连接机器对机器（m2m）网络的bluetooth®。
莱尔德科技无线m2m ac4490 900 mhz无线电模块使用经过现场验证的fhss技术，无需额外的站点许可即可替代工业环境中的数英里电缆。该模块包括抗干扰功能，可与其他网络协同工作，同时保持数据完整它可以通过使用12针接头的原型面包板连接到arduino板。
ac4490的功能包括插入式安装，多种即时控制命令，以及用作直接电缆更换的功能，无需特殊的主机软件进行通信。所有跳频，同步和rf系统数据发送/接收由模块执行。
图5：laird蓝牙m2m模块。
无线电模块可实现超过20英里的开放场范围，在900 mhz频段内具有高传播，并包括1 w功率传输选项和接收链中的灵敏低噪声放大器。它支持单播（一对一寻址）和广播（一对多寻址）模式，以及具有硬件和/或软件ack指示的确认模式（ack）api，以确保已接收到数据。还有一个信标模式和一个动态无线电数据表，可保留多达12个无线电模块的数据。
internet连接
构建无线网关的另一方面是将其连接到internet，这很简单，使用以太网屏蔽，特别是如果它可以使用以太网供电（poe）技术。 arduino eth shield包含一个poe模块，允许arduino板使用以太网库连接到lan。它包括一个带有源电压转换器的微型sd卡连接器和板载复位控制器，可通过以太网供电。
结论
将nano等低成本处理器板与xbee等无线屏蔽相结合，可以创建易于开发的无线控制器。通过添加具有自身功率的以太网屏蔽，该组合可以成为将模块，传感器和执行器链接到internet的无线网关，以便智能手机和平板电脑等设备可以控制它们。 arduino ide提供了一个强大的开发环境，项目的开源特性允许轻松获取库和代码并用于构建网关。
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atmega168版本中有16 kb的flash或atmega328中有32 kb，其中引导加载程序使用2 kb。同样，atmega168有1 kb的sram和512字节的eeprom，带有atmega168或2 kb的sram和1 kb的eeprom。
arduino主板的价值在于业余爱好者开发的开源软件系列，以及硬件的灵活性。制造商提供电路布局，并且很容易为无线功能构建附加卡或屏蔽。可以制作或购买无线屏蔽以向设计添加无线链接。
图1：arduino nano板。
linux上的arduino ide
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avrdude，一个将程序上传到avr微控制器的应用程序（如arduino板上的程序）
来自的avrdude修改了arduino以确保在上传之前arduino板的自动重置功能正常运行（如果没有，则上传将失败）。 arduino版本的源代码也可以在开源存储库github上找到。
arduino附带的rxtx经过修改，支持arduino uno和mega 2560主板使用的/dev/ttyacm格式的设备。它们使用atmega8u2代替ftdi芯片进行usb串行通信。
无线屏蔽
xbee®屏蔽允许arduino板使用zigbee®进行无线通信。它可以在室内100英尺或室外300英尺（带视线）进行通信。屏蔽的简单性意味着它可以用作串行或usb替代品来创建简单的无线点对点连接，或者使用命令模式，它可以配置为各种广播和网状网络选项作为无线网关。屏蔽将每个xbee引脚分成通孔焊盘，并提供母引脚头，以便使用数字引脚2至7以及屏蔽覆盖的模拟输入。数字引脚8至13不受屏蔽的阻碍，因此它们可以使用电路板本身的接头。
图2：arduino无线屏蔽。
xbee屏蔽有两个跳线，用于确定arduino板上微控制器（atmega8或atmega168）与ftdi usb转串口芯片之间的串行通信。当跳线位于xbee位置时，xbee模块的dout引脚连接到微控制器的rx引脚，din连接到tx。
有两个模块需要正确配置才能相互通信（尽管使用默认设置，所有模块应该能够相互通信）。它们需要位于id参数设置的同一网络上。模块需要位于ch参数设置的同一通道上。最后，模块的目标地址（dh和dl参数）确定其网络和通道上的哪些模块将接收它传输的数据。这可以通过以下几种方式实现：
如果模块dh为0且dl小于0xffff（即16位），则该模块传输的数据将由任何模块接收，其16位地址my参数等于dl。
如果dh为0且dl等于0xffff，则所有模块都将以广播模式接收模块的传输。
如果dh非零，或者dl大于0xffff，传输只能由序列号等于发送模块目的地址的模块接收，即点对点连接。
但是，这个地址匹配将会仅发生在同一网络和通道上的模块之间。如果两个模块位于不同的网络或通道上，则无论其地址如何，它们都无法通信。电路板和屏蔽可以直接一起工作，但有时可能需要从arduino电路板上运行的代码配置xbee模块。这需要开关处于micro位置并使模块进入配置模式，它需要三个加号：+++并且前后需要至少一秒，在此期间没有其他字符被发送到模块。请注意，这包括新行或回车符。设置配置模式后，模块将发回两个字符“ok”，然后回车。
发送命令预期响应
+++确定
一旦进入配置模式，at命令可用于控制模块。命令字符串的格式为atxx（其中xx是设置的名称）。要读取设置的当前值，请发送命令字符串，然后发送回车符。要为设置写入新值，请发送命令字符串，紧接着是新设置（中间没有空格或换行符），然后是回车符。例如，要读取模块的网络id（确定它将与之通信的其他xbee模块），请使用‘atid’命令：
发送命令预期响应
atid 3332 《 br》
更改模块的网络id：
发送命令预期响应
atid3331 ok
检查设置已生效：
发送命令预期响应
atid 3331
除非将更改写入非易失性内存，否则它们只会生效模块失去动力。要永久保存更改，请以相同方式使用atwr命令：
发送命令预期响应
atwr确定
将模块重置为工厂设置，使用atre命令：
发送命令预期响应
atre确定
请注意，与其他命令一样，重置将不会是永久性的，除非您按照atwr命令执行。
laird嵌入式无线解决方案的arduino modflex shield使用siflex02，结合了高性能802.15.4无线电和微控制器，经济高效，预先认证，i/o连接器与arduino开源平台兼容。
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该模块具有250 mw的输出功率，可提供2英里的视距范围以及1 mbps rf数据速率。
其他无线拓扑结构
通过使用面包板原型系统，可以使用独立的无线模块为arduino板构建屏蔽。这允许其他设备用于创建屏蔽以处理其他拓扑，例如wi-fi。
图3：用于连接无线模块的arduino面包板。
microchip的rn-171模块是一个独立的完整tcp/ip无线网络模块，可与原型板一起使用以提供wi-fi连接。由于其小巧的外形和极低的功耗，rn-171非常适合移动无线应用，如arduino屏蔽。
图4：microchip wi-fi模块。
它集成了2.4 ghz无线电，tcp/ip协议栈，实时时钟，加密加速器，电源管理和模拟传感器接口。该模块预装了固件，以简化集成并最大限度地减少应用程序的开发。在最简单的配置中，硬件仅需要四个连接（pwr，tx，rx和gnd）来创建无线数据连接。 rn-171还包括一个内置的html客户端，可自动将串行uart数据或传感器数据发布到web服务器。
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ac4490的功能包括插入式安装，多种即时控制命令，以及用作直接电缆更换的功能，无需特殊的主机软件进行通信。所有跳频，同步和rf系统数据发送/接收由模块执行。
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internet连接
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结论
将nano等低成本处理器板与xbee等无线屏蔽相结合，可以创建易于开发的无线控制器。通过添加具有自身功率的以太网屏蔽，该组合可以成为将模块，传感器和执行器链接到internet的无线网关，以便智能手机和平板电脑等设备可以控制它们。 arduino ide提供了一个强大的开发环境，项目的开源特性允许轻松获取库和代码并用于构建网关。
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