基于STM32+华为云IOT设计智能称重系统

发布时间:2024-03-26  

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OneNet上传称重数据和GPS数据到云端(采用HTTP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。

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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。

image-20220420111635569.png

2.2 电子秤传感器

image-20220421100325942.png

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

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2.4 GPS模块

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2.5 蜂鸣器

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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

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image.png

3.2 创建设备

地址: https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-portal/device/all-device

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image.png

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。

image.png


image.png


image.png


image.png


image.png

{
    "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

image.pngimage.png

MQTT设备登陆密匙生成地址: https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/

image.png


image.png

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。

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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:

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查看控制台页面,数据已经上传成功了。

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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。

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image.png

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

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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/

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4. STM32设备端开发

4.1 程序下载

image-20220423172434570.png

4.2 原理图

image-20220423172622099.png

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

#include "stm32f10x.h"

#include "led.h"

#include "delay.h"

#include "key.h"

#include "usart.h"

#include 

#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:%dn",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

复制

#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]='';

                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("ATrn");

}


/*

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("ATrn"))return 1;

    /*2. 关闭回显*/

    if(ESP8266_SendCmd("ATE0rn"))return 2;

    /*3. 设置WIFI模式*/

    if(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=2rn"))return 3;

    /*4. 复位*/

    ESP8266_SendCmd("AT+RSTrn");

    delay_ms(1000);

    delay_ms(1000);

    delay_ms(1000);

    /*5. 关闭回显*/

    if(ESP8266_SendCmd("ATE0rn"))return 5;

    /*6. 设置WIFI的AP模式参数*/

    sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CWSAP="%s","%s",1,4rn",ssid,pass);

    if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 6;

    /*7. 开启多连接*/

    if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=1rn"))return 7;

    /*8. 设置服务器端口号*/

    sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CIPSERVER=1,%drn",port);

    if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 8;

    /*9. 查询本地IP地址*/

    if(ESP8266_SendCmd("AT+CIFSRrn"))return 9;

    //提取IP地址

    p=strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"APIP");

    if(p)

    {

        p+=6;

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