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基于华为云IOT设计智能称重系统(STM32)
2022-07-07 09:09:00 【InfoQ】
1.前言
伴随着网络技术，各种通讯技术，传感器技术的飞速发展，物联网技术成为了当今技术领域发展为迅速的技术。而物联网技术的核心仍然是以互联网技术为基础的，物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是信息化时代的重要发展阶段。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。
本设计的模型来源于物流、矿山、高速公路等场合，车辆称重地螃的智能化升级要求，设计基于物联网的智能在线称重方案，开发智能称重控制器，合理选择部署多个重量传感器和必要的算法、通过WIFF通信模块、GPS定位模块，采集车辆重数据一地理位置信息，并通过网络发送至云平台，设计图形化UI界面展示称重、地图位置等重要信息，实现对称重系统的远程监测。
随着物联网技术的逐步发展和日趋成熟，物联网技术是一个大而广的应用技术，并非仅仅局限于延伸应用。相信对地磅来说必然会有更多创新的应用实践。总的来说，地磅现代化、信息化、智能化一定紧随物联网技术的发展，而物联网技术的发展也必将促使地磅兴起新的技术革命。
设计的技术与硬件选项总结：
（1）云端通信模块采用ESP8266-WIFI
（2）联网通信模块采用：ESP8266
（3）GPS模块：采用ATGM336H双模GPS模块
（4）电子秤模块：用于称重
（5）物联网云平台：采用华为云物联网平台
设计总结：
（1）采用ESP8266连接华为云上传称重数据和GPS数据到云端（采用MQTT协议）
云端上显示2个数据：GPS定位数据--地图显示，称重传感器的数据值
（2）3个称重传感器接一个秤面称重计算平均值
（3）本地OLED显示屏显示GPS经纬度数据、称重传感器的数据值。
（4）OLED设计一个页面显示并设置当前的报警上限。通过按键进行加减
当称重的阀值超出了设置阀值，蜂鸣器报警。
2. 硬件选型
2.1 STM32F103C8T6
STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M 内核STM32系列的32位的微控制器，程序存储器容量是64KB，需要电压2V~3.6V，工作温度为-40°C ~ 85°C。
2.2 电子秤传感器
HX711 是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D 转换器芯片。
2.3 ESP8266-wifi
2.4 GPS模块
2.5 蜂鸣器
3. 创建云端产品与设备
3.1 创建产品
地址：https://www.huaweicloud.com/?locale=zh-cn
3.2 创建设备
地址: https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-portal/device/all-device
3.3 自定义模型数据
链接：https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-dev/all-product/7211833377cf435c8c0580de390eedbe/product-detail/6277d70223aaf461a0f72a56这个模型数据就是设备要上传的数据。
{
"device_id": "6277d70223aaf461a0f72a56_weigh",
"secret": "12345678"
}
服务ID: weigh
属性名称 数据类型 访问方式 描述
weigh int(整型) 可读 重量
GPS string(字符串) 可读 GPS定位信息
3.4 MQTT密匙生成
创建完产品、设备之后，接下来就需要知道如何通过MQTT协议登陆华为云服务器。官方的详细介绍在这里:https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_01_2127.html#ZH-CN_TOPIC_0240834853__zh-cn_topic_0251997880_li365284516112
属性上报格式:https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_3010.html
MQTT设备登陆密匙生成地址: https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/
DeviceId 6277d70223aaf461a0f72a56_weigh
DeviceSecret 12345678
ClientId 6277d70223aaf461a0f72a56_weigh_0_0_2022050814
Username 6277d70223aaf461a0f72a56_weigh
Password 0a3d097c6449b8526a562006a74c8c5e61ce63d6c831ea291560736a3332cf77
华为云物联网平台的域名是:
161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com华为云物联网平台的IP地址是:
121.36.42.100在软件里参数填充正确之后，就看到设备已经连接成功了。接下来打开设备页面，可以看到设备已经在线了。
3.5 主题订阅与发布
//订阅主题: 平台下发消息给设备
$oc/devices/6277d70223aaf461a0f72a56_weigh/sys/messages/down
//设备上报数据
$oc/devices/6277d70223aaf461a0f72a56_weigh/sys/properties/report
//上报的属性消息 (一次可以上报多个属性,在json里增加就行了)
{"services": [{"service_id": "weigh","properties":{"GPS":"lat:12.345,lng:45.678"}}]}
通过MQTT客户端软件模拟上报测试：
查看控制台页面，数据已经上传成功了。
3.6 应用侧开发
为了更方便的展示设备数据，与设备完成交互，还需要开发一个配套的上位机，官方提供了应用侧开发的API接口、SDK接口，为了方便通用一点，我这里采用了API接口完成数据交互，上位机软件采用QT开发。
帮助文档地址: https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0034.html
设备属性就是设备上传的传感器状态数据信息，应用侧提供了API接口，可以主动向设备端下发请求指令；设备端收到指令之后需要按照约定的数据格式上报数据；所以，要实现应用层与设备端的数据交互，需要应用层与设备端配合才能完成。
在使用接口时，最好先使用华为自己的调试接口测试。https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/doc?product=IoTDA&api=ListProperties
上位机软件采用Qt框架设计，Qt是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架。Qt是一个1991年由Qt Company开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。简单来说，QT可以很轻松的帮你做带界面的软件，甚至不需要你投入很大精力。
QT官网:
https://www.qt.io/
4. STM32设备端开发
4.1 程序下载
4.2 原理图
4.3 硬件接线
（1）OLED显示屏接线:
D0----(SCK)------------------->>PB14
D1----(MOSI)------------------>>PB13
RES—(复位脚低电平有效)-------->>PB12
DC--(数据和命令控制管脚)------>>PB1
CS--(片选引脚)---------------->>PA7
GND--------------------------->>GND
VCC--------------------------->>3.3V或者5V
（2）ATK-ESP8266 WIFI接线
PA2(TX)--RXD 模块接收脚
PA3(RX)--TXD 模块发送脚
GND---GND 地
VCC---VCC 电源（3.3V~5.0V）
（3）外接蜂鸣器模块: 高电平响
BEEP----->PB8
（4）外接按键：
KEY1 -PB3 按下是低电平 清零
KEY2 -PB2 按下是低电平 翻页
KEY3 -PB6 按下是低电平 加
KEY4 -PB7 按下是低电平 减
（5）外接LED灯模块：
LED1-PB4 低电平亮
LED2-PB5 低电平亮
（6）称重传感器1
VCC--->5V
SCK--->PA4 时序控制脚--对STM32--输出模式
DT---->PA5 输出输出脚-对STM32--输入模式
GND--->GND
（7）称重传感器2
VCC--->5V
SCK--->PA11 时序控制脚--对STM32--输出模式
DT---->PA12 输出输出脚-对STM32--输入模式
GND--->GND
（8）称重传感器3
VCC--->5V
SCK--->PA6 时序控制脚--对STM32--输出模式
DT---->PA8 输出输出脚-对STM32--输入模式
GND--->GND
（9）GPS模块接线说明
GND----GND
VCC---3.3V
PB11----GPS_TX
PB10----GPS_RX
（--）板载LED灯:低电平亮
LED1--PC13
BEEP2--PC14
（--）板载按键:
KEY1--PA0 按下为高电平
4.4 MQTT连接代码
MQTT协议连接华为云IOT源码工程: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/81993720
#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include <string.h>
#include "timer.h"
#include "bluetooth.h"
#include "esp8266.h"
#include "mqtt.h"
//华为物联网服务器的设备信息
#define MQTT_ClientID "61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510"
#define MQTT_UserName "61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497"
#define MQTT_PassWord "385ce91dfe7da5b7431868d5d87e7998163c493344040935d5a00024d6324242"
//订阅与发布的主题
#define SET_TOPIC "$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/messages/down" //订阅
#define POST_TOPIC "$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/properties/report" //发布
char mqtt_message[200];//上报数据缓存区
int main()
{
u32 time_cnt=0;
u32 i;
u8 key;
LED_Init();
BEEP_Init();
KEY_Init();
USART1_Init(115200);
TIMER1_Init(72,20000); //超时时间20ms
USART2_Init(9600);//串口-蓝牙
TIMER2_Init(72,20000); //超时时间20ms
USART3_Init(115200);//串口-WIFI
TIMER3_Init(72,20000); //超时时间20ms
USART1_Printf("正在初始化WIFI请稍等.\n");
if(ESP8266_Init())
{
USART1_Printf("ESP8266硬件检测错误.\n");
}
else
{
//非加密端口
USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode("CMCC-Cqvn","99pu58cb","121.36.42.100",1883,1));
}
//2. MQTT协议初始化
MQTT_Init();
//3. 连接华为服务器
while(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord))
{
USART1_Printf("服务器连接失败,正在重试...\n");
delay_ms(500);
}
USART1_Printf("服务器连接成功.\n");
//3. 订阅主题
if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1))
{
USART1_Printf("主题订阅失败.\n");
}
else
{
USART1_Printf("主题订阅成功.\n");
}
.........
4.5 ESP8266代码
#include "esp8266.h"
u8 ESP8266_IP_ADDR[16]; //255.255.255.255
u8 ESP8266_MAC_ADDR[18]; //硬件地址
/*
函数功能: ESP8266命令发送函数
函数返回值:0表示成功 1表示失败
*/
u8 ESP8266_SendCmd(char *cmd)
{
u8 i,j;
for(i=0;i<10;i++) //检测的次数--发送指令的次数
{
USARTx_StringSend(USART3,cmd);
for(j=0;j<100;j++) //等待的时间
{
delay_ms(50);
if(USART3_RX_FLAG)
{
USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
USART3_RX_FLAG=0;
USART3_RX_CNT=0;
if(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"OK"))
{
return 0;
}
}
}
}
return 1;
}
/*
函数功能: ESP8266硬件初始化检测函数
函数返回值:0表示成功 1表示失败
*/
u8 ESP8266_Init(void)
{
//退出透传模式
USARTx_StringSend(USART3,"+++");
delay_ms(50);
return ESP8266_SendCmd("AT\r\n");
}
/*
函数功能: 一键配置WIFI为AP+TCP服务器模式
函数参数:
char *ssid 创建的热点名称
char *pass 创建的热点密码 （最少8位）
u16 port 创建的服务器端口号
函数返回值: 0表示成功 其他值表示对应错误值
*/
u8 ESP8266_AP_TCP_Server_Mode(char *ssid,char *pass,u16 port)
{
char *p;
u8 i;
char ESP8266_SendCMD[100]; //组合发送过程中的命令
/*1. 测试硬件*/
if(ESP8266_SendCmd("AT\r\n"))return 1;
/*2. 关闭回显*/
if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 2;
/*3. 设置WIFI模式*/
if(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=2\r\n"))return 3;
/*4. 复位*/
ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n");
delay_ms(1000);
delay_ms(1000);
delay_ms(1000);
/*5. 关闭回显*/
if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 5;
/*6. 设置WIFI的AP模式参数*/
sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CWSAP=\"%s\",\"%s\",1,4\r\n",ssid,pass);
if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 6;
/*7. 开启多连接*/
if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=1\r\n"))return 7;
/*8. 设置服务器端口号*/
sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CIPSERVER=1,%d\r\n",port);
if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 8;
/*9. 查询本地IP地址*/
if(ESP8266_SendCmd("AT+CIFSR\r\n"))return 9;
//提取IP地址
p=strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"APIP");
if(p)
{
p+=6;
for(i=0;*p!='"';i++)
{
ESP8266_IP_ADDR[i]=*p++;
}
ESP8266_IP_ADDR[i]='\0';
}
//提取MAC地址
p=strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"APMAC");
if(p)
{
p+=7;
for(i=0;*p!='"';i++)
{
ESP8266_MAC_ADDR[i]=*p++;
}
ESP8266_MAC_ADDR[i]='\0';
}
//打印总体信息
USART1_Printf("当前WIFI模式:AP+TCP服务器\n");
USART1_Printf("当前WIFI热点名称:%s\n",ssid);
USART1_Printf("当前WIFI热点密码:%s\n",pass);
USART1_Printf("当前TCP服务器端口号:%d\n",port);
USART1_Printf("当前TCP服务器IP地址:%s\n",ESP8266_IP_ADDR);
USART1_Printf("当前TCP服务器MAC地址:%s\n",ESP8266_MAC_ADDR);
return 0;
}
/*
函数功能: TCP服务器模式下的发送函数
发送指令:
*/
u8 ESP8266_ServerSendData(u8 id,u8 *data,u16 len)
{
u8 i,j,n;
char ESP8266_SendCMD[100]; //组合发送过程中的命令
for(i=0;i<10;i++)
{
sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CIPSEND=%d,%d\r\n",id,len);
USARTx_StringSend(USART3,ESP8266_SendCMD);
for(j=0;j<10;j++)
{
delay_ms(50);
if(USART3_RX_FLAG)
{
USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
USART3_RX_FLAG=0;
USART3_RX_CNT=0;
if(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,">"))
{
//继续发送数据
USARTx_DataSend(USART3,data,len);
//等待数据发送成功
for(n=0;n<200;n++)
{
delay_ms(50);
if(USART3_RX_FLAG)
{
USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
USART3_RX_FLAG=0;
USART3_RX_CNT=0;
if(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"SEND OK"))
{
return 0;
}
}
}
}
}
}
}
return 1;
}
/*
函数功能: 配置WIFI为STA模式+TCP客户端模式
函数参数:
char *ssid 创建的热点名称
char *pass 创建的热点密码 （最少8位）
char *p 将要连接的服务器IP地址
u16 port 将要连接的服务器端口号
u8 flag 1表示开启透传模式 0表示关闭透传模式
函数返回值:0表示成功 其他值表示对应的错误
*/
u8 ESP8266_STA_TCP_Client_Mode(char *ssid,char *pass,char *ip,u16 port,u8 flag)
{
char ESP8266_SendCMD[100]; //组合发送过程中的命令
//退出透传模式
//USARTx_StringSend(USART3,"+++");
//delay_ms(50);
/*1. 测试硬件*/
if(ESP8266_SendCmd("AT\r\n"))return 1;
/*2. 关闭回显*/
if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 2;
/*3. 设置WIFI模式*/
if(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=1\r\n"))return 3;
/*4. 复位*/
ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n");
delay_ms(1000);
delay_ms(1000);
delay_ms(1000);
/*5. 关闭回显*/
if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 5;
/*6. 配置将要连接的WIFI热点信息*/
sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"\r\n",ssid,pass);
if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 6;
/*7. 设置单连接*/
if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=0\r\n"))return 7;
/*8. 配置要连接的TCP服务器信息*/
sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CIPSTART=\"TCP\",\"%s\",%d\r\n",ip,port);
if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 8;
/*9. 开启透传模式*/
if(flag)
{
if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=1\r\n"))return 9; //开启
if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPSEND\r\n"))return 10; //开始透传
if(!(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,">")))
{
return 11;
}
//如果想要退出发送: "+++"
}
//打印总体信息
USART1_Printf("当前WIFI模式:STA+TCP客户端\n");
USART1_Printf("当前连接的WIFI热点名称:%s\n",ssid);
USART1_Printf("当前连接的WIFI热点密码:%s\n",pass);
USART1_Printf("当前连接的TCP服务器端口号:%d\n",port);
USART1_Printf("当前连接的TCP服务器IP地址:%s\n",ip);
return 0;
}
/*
函数功能: TCP客户端模式下的发送函数
发送指令:
*/
u8 ESP8266_ClientSendData(u8 *data,u16 len)
{
u8 i,j,n;
char ESP8266_SendCMD[100]; //组合发送过程中的命令
for(i=0;i<10;i++)
{
sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CIPSEND=%d\r\n",len);
USARTx_StringSend(USART3,ESP8266_SendCMD);
for(j=0;j<10;j++)
{
delay_ms(50);
if(USART3_RX_FLAG)
{
USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
USART3_RX_FLAG=0;
USART3_RX_CNT=0;
if(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,">"))
{
//继续发送数据
USARTx_DataSend(USART3,data,len);
//等待数据发送成功
for(n=0;n<200;n++)
{
delay_ms(50);
if(USART3_RX_FLAG)
{
USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
USART3_RX_FLAG=0;
USART3_RX_CNT=0;
if(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"SEND OK"))
{
return 0;
}
}
}
}
}
}
}
return 1;
}
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