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基于STM32+华为云IOT设计的酒驾监控系统
2022-07-04 12:46:00 【InfoQ】
1. 前言
随着人们生活水平的提高，为了减少和杜绝车的现象越来越多，所引发的交通事故也引起了人们的重视，为了减少和杜绝酒后驾车导致事故发生，当前设计了一种安装在驾驶室内，能根据具体功能进行鉴别酒精浓度的系统，当识别到酒驾之后会发出警报，并发送短信给指定紧急联系人，通知家人通知酒驾，一起监督行车安全。并将GPS数据上传到华为云物联网平台，调用地图模块显示具体位置，主控芯片采用STM32单片机，GSM模块采用IM800C。系统还带了一块LCD显示屏，可以实时显示检测的酒精含量，酒精超标后，本地蜂鸣器也会发出警报，提醒驾驶员。
测量酒驾的标准是：
（1）饮酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于20mg/100ml，小于80mg/100ml的驾驶行为。
（2）醉酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100ml的驾驶行为。
需要使用的硬件如下:
（1）STM32系统板
（2）酒精检测传感器
（3）LCD显示屏
（4）供电模块
（5）SIM800C模块
（6）蜂鸣器模块
（7）GPS模块--采用SIM800C内部的GPS功能获取GPS数据。
为了测试，搞了几口二锅头。
上位机采用QT开发，调用华为云的应用侧接口获取设备上传的数据。再调用百度接口，获取GPS定位的位置。
2. 登录华为云创建云端设备
2.1 创建产品
华为运官网: https://www.huaweicloud.com/
在这里可以查看接入的协议的端口号和地址。
MQTT (1883) a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com
我们设备接入的协议选择MQTT，端口对应是1883
接下来继续创建产品，点击产品页面，点击右上角创建产品：
2.2 创建设备
这是我的设备信息:
设备ID
625cd29cecf9c41c38215ba5_1126626497
设备密钥
1126626497
{
"device_id": "625cd29cecf9c41c38215ba5_1126626497",
"secret": "1126626497"
}
2.3 产品模型定义
这一步就是设置上报设备的属性，也就是设备的数据类型定义。
2.4 生成MQTT登录密匙
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
MQTT设备登陆密匙生成地址: https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/
下面就得到了MQTT协议设备登录的参数。
2.5 使用MQTT客户端软件登录
所有的参数已经得到，接下来采用MQTT客户端登录华为云进行测试。
华为云物联网平台的域名是:
a161a58a78.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。
2.6 上报数据
官方文档: https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_01_2127.html#ZH-CN_TOPIC_0240834853__zh-cn_topic_0251997880_li365284516112
在这个文档里介绍了MQTT上报数据的格式。
总结的格式:
//订阅主题: 平台下发消息给设备
$oc/devices/625cd29cecf9c41c38215ba5_1126626497/sys/messages/down
//设备上报数据
$oc/devices/625cd29cecf9c41c38215ba5_1126626497/sys/properties/report
//上报的属性消息 (一次可以上报多个属性,在json里增加就行了)
{"services": [{"service_id": "MQ3","properties":{"MQ3":50}}]}
到此，设备数据已经上报成功，如果需要增加更多的属性，按照流程继续增加即可。
3. STM32代码实现
酒精浓度传感器的预热时间要20秒~1分钟左右，这段时间之后采集的数据才会稳定。预热模块会发热，烫手，这个是正常现象。
3.1 系统原理图
3.2 程序下载
通过USB进行程序下载：
下载软件在软件包目录下。
点击开始编程之后，点击板子上的复位键即可下载程序，如果失败，重试几次即可。正常的效果如下。
正常程序运行之后，打开串口调试助手看到的初始化信息如下：
3.3 字体取模
3.4 main.c代码
keil工程可以在这里get: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/81993720
#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include <string.h>
#include "timer.h"
#include "oled.h"
#include "adc.h"
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "font.h"
#include "sim800c.h"
#include "mqtt.h"
/*
硬件连接方式:
1. TFT 1.44 寸彩屏接线
GND 电源地
VCC 接5V或3.3v电源
SCL 接PC8（SCL）
SDA 接PC9（SDA）
RST 接PC10
DC 接PB7
CS 接PB8
BL 接PB11
2. 蜂鸣器
VCC--->3.3V
DAT--->PA6
GND--->GND
3. 酒精检测传感器MQ3
VCC--->3.3V
GND--->GND
DAT--->PA1
4. 板载LED灯接线
LED1---PA8
LED2---PD2
5. 板载按键接线
K0---PA0
K1---PC5
K2---PA15
6. SIM800C--GSM模块
GND----GND
VCC--->3.3V
PA2----SIM800C_RXD
PA3----SIM800C_TXD
*/
//华为物联网服务器的设备信息
#define MQTT_ClientID "62381267575fb713ee164ad2_xl_1_0_0_2022032106"
#define MQTT_UserName "62381267575fb713ee164ad2_xl_1"
#define MQTT_PassWord "124344feff3e3d96ff6af13cf36af36766619ff1eeee40e99cbae9b7b9739fe4"
//订阅与发布的主题
#define SET_TOPIC "$oc/devices/62381267575fb713ee164ad2_xl_1/sys/messages/down" //订阅
#define POST_TOPIC "$oc/devices/62381267575fb713ee164ad2_xl_1/sys/properties/report" //发布
//设置连接的路由器信息
#define CONNECT_WIFI "Xiaomi_meizi6" //将要连接的路由器名称 --不要出现中文、空格等特殊字符
#define CONNECT_PASS "12170307yu" //将要连接的路由器密码
#define CONNECT_SERVER_IP "a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com" //服务器IP地址
#define CONNECT_SERVER_PORT 1883 //服务器端口
//JTAG模式设置,用于设置JTAG的模式
//mode:jtag,swd模式设置;00,全使能;01,使能SWD;10,全关闭;
#define JTAG_SWD_DISABLE 0X02
#define SWD_ENABLE 0X01
#define JTAG_SWD_ENABLE 0X00
void JTAG_Set(u8 mode)
{
u32 temp;
temp=mode;
temp<<=25;
RCC->APB2ENR|=1<<0; //开启辅助时钟
AFIO->MAPR&=0XF8FFFFFF; //清除MAPR的[26:24]
AFIO->MAPR|=temp; //设置jtag模式
}
u16 MQ3_data=0; //酒精浓度
float MQ3_data_float=0; //mg/l
char data_buff[100];
//酒精超标提示
u8 sim800c_buff[100]="Drunk driving reminder";
int main()
{
u8 state=0;
u8 key=0;
u32 time_cnt=0;
JTAG_Set(JTAG_SWD_DISABLE); //释放PA15
LED_Init(); //LED灯初始化
BEEP_Init(); //蜂鸣器初始化
KEY_Init(); //按键初始化
USART1_Init(115200); //串口1初始化-打印调试信息
Lcd_Init(); //LCD初始化
Lcd_Clear(0); //清屏为黑色
LCD_LED_SET; //通过IO控制背光亮
AdcInit(); //ADC初始化--检测酒精传感器的值
TIMER2_Init(72,20000);//辅助串口2接收，超时时间为20ms
USART2_Init(115200); //可能的波特率(测试): 57600 、9600、115200
USART3_Init(115200);//串口-WIFI
TIMER3_Init(72,20000); //超时时间20ms
//预热视频
LCD_ShowChineseFont(0,16*3,16,HZ_FONT_16[20],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16,16*3,16,HZ_FONT_16[21],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*2,16*3,16,HZ_FONT_16[22],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*3,16*3,16,HZ_FONT_16[23],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*4,16*3,16,HZ_FONT_16[24],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*5,16*3,16,HZ_FONT_16[25],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*6,16*3,16,HZ_FONT_16[26],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*7,16*3,16,HZ_FONT_16[27],RED,0);
//delay_ms(30000); //初始化时间30秒
delay_ms(5000); //初始化时间5秒
Lcd_Clear(0); //清屏为黑色
//采集数据的真实数据
LCD_ShowChineseFont(0,16*2,16,HZ_FONT_16[0],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16,16*2,16,HZ_FONT_16[1],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*2,16*2,16,HZ_FONT_16[2],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*3,16*2,16,HZ_FONT_16[3],RED,0);
//酒精含量计算结果
LCD_ShowChineseFont(0,16*3,16,HZ_FONT_16[4],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16,16*3,16,HZ_FONT_16[5],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*2,16*3,16,HZ_FONT_16[6],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*3,16*3,16,HZ_FONT_16[7],RED,0);
//酒精超标显示
Gui_DrawFont_GBK16(0,16*4,RED,0,(u8*)" ");
LCD_ShowChineseFont(0,16*4,16,HZ_FONT_16[16],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16,16*4,16,HZ_FONT_16[17],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*2,16*4,16,HZ_FONT_16[18],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*3,16*4,16,HZ_FONT_16[19],RED,0);
//初始化SIM800C
state=SIM800C_InitCheck();
printf("SIM800C初始化状态:%d\r\n",state);
DelayMs(1000);
//设置文本模式
state=SIM800C_SetNoteTextMode();
printf("设置文本模式状态:%d\r\n",state);
DelayMs(1000);
//
printf("正在初始化WIFI请稍等.\r\n");
for(i=0;i<5;i++)
{
if(ESP8266_Init()==0)
{
esp8266_state=1;
break;
}
else
{
esp8266_state=0;
printf("ESP8266硬件检测错误.\n");
}
}
if(esp8266_state)
{
printf("准备连接服务器....\r\n");
//非加密端口
printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode(CONNECT_WIFI,CONNECT_PASS,CONNECT_SERVER_IP,CONNECT_SERVER_PORT,1));
//2. MQTT协议初始化
MQTT_Init();
//3. 连接服务器
for(i=0;i<5;i++)
{
if(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord)==0)
{
esp8266_state=1;
break;
}
esp8266_state=0;
printf("服务器连接失败,正在重试...\n");
delay_ms(500);
}
printf("服务器连接成功.\n");
//3. 订阅主题
if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1))
{
printf("主题订阅失败.\n");
}
else
{
printf("主题订阅成功.\n");
}
}
while(1)
{
key=KEY_Scan();
if(key)
{
printf("key=%d\r\n",key);
}
//控制LED灯
if(key==2)
{
LED2=!LED2;
}
//手动控制蜂鸣器测试
//手动发送短信测试
if(key==1)
{
BEEP=1;
delay_ms(100);
BEEP=0;
sprintf((char*)sim800c_buff,"Drunk driving reminder:%d",MQ3_data);
//发送短信
if(SIM800C_SendNote((u8*)"13800138000",sim800c_buff,strlen((char*)sim800c_buff))==0)
printf("短信发送成功\r\n");
else
printf("短信发送失败\r\n");
}
//轮询时间到达
if(time_cnt>300)
{
time_cnt=0;
LED1=!LED1;
//获取空气质量
MQ3_data=GetAdcCHxDATA(1);
printf("采集MQ3数据:%d\r\n",MQ3_data);
//上报数据
sprintf(data_buff,"{\"services\": [{\"service_id\":\"STM32\",\"properties\":{\"MQ3\":%d}]}",
MQ3_data);
MQTT_PublishData(POST_TOPIC,data_buff,0);
//上报数据
sprintf(data_buff,"{\"services\": [{\"service_id\":\"STM32\",\"properties\":{\"MQ3\":%d}]}",
MQ3_data);
MQTT_PublishData(POST_TOPIC,data_buff,0);
//LCD屏实时显示酒精浓度
//采集数据
sprintf(data_buff,"%d",MQ3_data);
Gui_DrawFont_GBK16(72,16*2,RED,0,(u8*)" ");
Gui_DrawFont_GBK16(72,16*2,RED,0,(u8*)data_buff);
//酒精含量
//MQ3_data_float=((float)MQ3_data*(5.0/4096))*0.36-1.08;
MQ3_data_float=((float)MQ3_data*(5.0/4096))*0.36;
sprintf(data_buff,"%0.2f mg/L",MQ3_data_float);
printf("计算酒精浓度:%s\r\n",data_buff);
Gui_DrawFont_GBK16(72,16*3,RED,0,(u8*)" ");
Gui_DrawFont_GBK16(72,16*3,RED,0,(u8*)data_buff);
//判断酒精浓度是否超标，设置阀值
if(MQ3_data>2000)
{
sprintf((char*)sim800c_buff," :%d",MQ3_data);
//发送短信
if(SIM800C_SendNote((u8*)"18171571217",sim800c_buff,strlen((char*)sim800c_buff))==0)
printf("短信发送成功\r\n");
else
printf("短信发送失败\r\n");
}
//采集的值越小，表明酒精浓度越高。反之越大。
//根据阀值显示不同的文字提示
if(MQ3_data>2000)
{
//你已酒驾
Gui_DrawFont_GBK16(0,16*4,RED,0,(u8*)" ");
LCD_ShowChineseFont(0,16*4,16,HZ_FONT_16[8],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16,16*4,16,HZ_FONT_16[9],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*2,16*4,16,HZ_FONT_16[10],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*3,16*4,16,HZ_FONT_16[11],RED,0);
}
//正常稳定范围采集的值是500左右
else
{
//安全范围
Gui_DrawFont_GBK16(0,16*4,RED,0,(u8*)" ");
LCD_ShowChineseFont(0,16*4,16,HZ_FONT_16[16],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16,16*4,16,HZ_FONT_16[17],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*2,16*4,16,HZ_FONT_16[18],RED,0);
LCD_ShowChineseFont(16*3,16*4,16,HZ_FONT_16[19],RED,0);
}
}
DelayMs(10);
time_cnt++;
}
}
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