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基于STM32设计的森林火灾预警系统(联动控制+SIM800C+华为云IoT)

发布时间:2024-05-27  
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1. 功能介绍

随着全球气候变化和人类活动的增加，森林火灾成为了一个严重的环境问题。及早发现和迅速响应火灾事件对于减少火灾的损失至关重要。为了实现对森林火灾的快速预警和联动控制，决定利用华为云IoT物联网平台来搭建一个高效的系统模型。


该系统模型的目标是在检测到森林火灾后，能够快速将火灾信息上报到云平台，并与指定的服务器进行数据报告的交互。同时，系统还能自动向抽水泵发送指令，打开开关以进行抽水灭火操作。通过这样的联动控制系统，可以实现快速响应和减少火灾对森林和生态环境的破坏。


该系统模型的核心是华为云IoT物联网平台，它提供了丰富的功能和服务，包括设备接入、数据采集、消息通信、云端数据存储和分析等。我们可以利用该平台的能力来接收来自火灾检测设备的数据，并通过云端的数据分析和处理来实现火灾预警和联动控制。


当火灾检测设备检测到火灾时，会通过无线通信将火灾信息发送到华为云IoT物联网平台。云平台接收到信息后，会立即进行处理并将火灾报告发送给指定的服务器。服务器可以根据报告中的信息采取相应的措施，如调度抽水泵进行灭火操作。


通过这个系统模型，可以实现对森林火灾的快速预警和联动控制，大大提高了火灾应对的效率和准确性。同时，利用华为云IoT物联网平台的强大功能，可以灵活地扩展和定制系统，以适应不同规模和需求的森林火灾防控工作。


硬件平台介绍:

MCU: STM32F103ZET6

物联网云平台: 华为IOT云平台

气体检测传感器: MQ2-烟雾传感器、MQ135-空气质量检测传感器

火焰检测: 采用火焰检测传感器

抽水机: 采用直流电机模拟水泵，打开开关抽水喷水灭火

上网网卡: 采用GSM模块SIM800C，使用的是物联网专用卡，包年只能上网这种。

与云端服务器的通信协议: 终端设备采用MQTT3.1.1协议与华为云服务器进行登录连接。

温湿度检测传感器: DHT11

供电方式: 电池+太阳能供电

image-20211216130803917

image-20211216131002483

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为了演示联动控制，火警(烟雾)检测装置和灭火(直流电机)装置分为两个独立的设备，分别连接上云端。

火警检测装置连接上物联网服务器之后，可以在服务器上配置数据处理规则，如果烟雾浓度超标，可以自动向灭火装置发送指令，进行灭火操作。服务器收到火警检测装置上传的烟雾浓度、空气质量等数据后，可以向自己的私有服务器转发数据，方便自己服务器收到数据后做分析存储处理，比如: 向指定邮箱发送邮件、手机APP推送通知栏、向指定用户推送短消息提示等等。

2. 创建产品（火警预警装置）

打开官网链接: https://www.huaweicloud.com/s/JeeJqeiBlOe9kSU

（1）选择设备接入IotTDA选项。

image-20211216132213984

（2）选择免费试用。

image-20211216132309521

（3）在产品页面选择创建新的产品。

image-20211216132345247

（4）填入产品信息，创建产品

image-20211216132509131

image-20211216132533613

（5）选择自己刚才创建的产品，创建数据模型，点击自定义模型

image-20211216132638488

image-20211216132732615

（6）选择添加属性

这个添加的属性就是设备端上报的数据类型。 比如： MQ2烟雾传感器检测的烟雾数据值类型。

在这个页面上还有一个添加命令的功能，这是用于云端下发指令给设备端使用的。当前这个设备是火警检测装置，只需要上报数据给服务器，不需要下发指令，这里就只需要添加属性就行了。

image-20211216132805214

image-20211216133014884

根据自己的设备的具体情况填写即可，如果上报的数据有多种类型就创建多个属性。

image-20211216133149523

3. 创建产品（灭火装置）

创建的流程和上面一样，这是多增加了一个命令下发的功能，方便云端远程控制电机开启和关闭，实现灭火功能。

（1）创建产品

image-20211216133613130

（2）产品创建完毕之后，添加服务器ID

image-20211216133732017

（3）添加属性，电机属性是可以读可以写的，范围设置为0和1，只能开关

image-20211216133826107

（4）添加命令，这个命令用于云端远程向设备下发指令，设备收到指令后可以做出相应的逻辑处理

image-20211216133959732

接着选择新增输入参数：

image-20211216134057410

最后点击确定即可。

image-20211216134118325

现在产品已经创建完毕。

image-20211216134203782

4. 创建设备（火警预警装置）

（1）在设备页面，选择注册设备，选择自己的对应的产品，设备标识码一般填自己设备的硬件标号。

image-20211216134405763

（2）设备创建成功之后会弹出弹窗，点击保存并关闭，会自动弹出下载窗口，是个文本文件，存放了密匙信息

image-20211216134607368

{     "device_id": "61bacdc02b2aa20288c5a094_QQ1126626497",     "secret": "1126626497"
 }

5. 创建设备（灭火装置）

流程与上面火警预警装置设备一样的。

image-20211216134848977

image-20211216134919535

{     "device_id": "61bad0564d9b020287193be2_QQ1126626497",     "secret": "1126626497"
 }

6. 生成MQTT协议登录ID和密匙

设备创建完成接来下生成MQTT登录账号、密匙，方便设备登录云端平台。

官网工具地址: https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/

image-20211216135050235

填入刚才创建设备时，保存下载文件里的信息，对着弹窗填入，最后生成了ID、用户名、密码参数，用于MQTT协议登录使用。

（1）火警预警装置生成登录参数

image-20211216135238336

ClientId  61bacdc02b2aa20288c5a094_QQ1126626497_0_0_2021121605
 Username  61bacdc02b2aa20288c5a094_QQ1126626497
 Password  43ed43bcbddc48772694fc2b18ec1112170f4d6cc52fbf1e01401c2ea1748475

（2）灭火装置

image-20211216135404330

ClientId 61bad0564d9b020287193be2_QQ1126626497_0_0_2021121605
 Username 61bad0564d9b020287193be2_QQ1126626497
 Password 43ed43bcbddc48772694fc2b18ec1112170f4d6cc52fbf1e01401c2ea1748475

7. 上报属性格式与主题订阅格式

产品设备、MQTT登录参数都到位了，接下来需要了解设备向服务器上报数据时，如何上报，格式是怎么样的。

（1）第一个问题是：华为云IoT物联网服务器的IP和端口号是多少？

在总览选项页面，点击多协议接入选项，就能看到了。

image-20211216135837598

image-20211216135851238

如果选择MQTT协议接入:

域名是: a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com
 如果你的设备不能解析域名，也可以直接填IP地址 121.36.42.100
 端口号: 1883

（2）第二个问题是：发布数据的主题和订阅数据的主题怎么填？

在产品页面，选择自己的产品，进去之后就能看到主题的格式介绍页面了。

image-20211216140240432

为了方便后续复制粘贴，这里总结下格式：

火警预警装置:

格式: $oc/devices/{device_id}/sys/messages/down //订阅主题: 平台下发消息给设备
 $oc/devices/61bacdc02b2aa20288c5a094_QQ1126626497/sys/messages/down
 
 
 格式: $oc/devices/{device_id}/sys/properties/report //设备上报数据
 $oc/devices/61bacdc02b2aa20288c5a094_QQ1126626497/sys/properties/report

灭火装置:

格式: $oc/devices/{device_id}/sys/messages/down //订阅主题: 平台下发消息给设备
 $oc/devices/61bad0564d9b020287193be2_QQ1126626497/sys/messages/down
 
 
 格式: $oc/devices/{device_id}/sys/properties/report //设备上报数据
 $oc/devices/61bad0564d9b020287193be2_QQ1126626497/sys/properties/report

（3）第三个问题是：上报属性时，数据格式是什么？

官方文档介绍: https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_01_2127.html

image-20211216140717400

image-20211216140735400

总结下格式: 上报的数据就是JSON格式，一次性可以上传多个属性数据，JSON数组里按照顺序增加即可。

重要的字段含义解释：这两个字段后面的数据需要自己根据自己的设备产品去填充的。

service_id 示设备服务的ID。
 
 properties 是设备服务的属性列表，具体字段在设备关联的产品模型中定义。

火警预警装置上传的数据:

{"services": [{"service_id": "MQ2","properties":{"MQ2":100}}]}

image-20211216141244291

灭火装置上传的数据:

{"services": [{"service_id": "motor","properties":{"motor":1}}]}

image-20211216141331531

8. 使用MQTT客户端模拟设备测试

（1）登录火警预警装置

image-20211216141809888

image-20211216141856616

（2）灭火装置登录

image-20211216141923441

image-20211216141948165

可以看到，设备已经成功登录服务器，完成了数据上报。这也证明服务器端设备创建已经全部OK，正常。

9. 配置设备联动

（1）创建规则

image-20211216142148394

（2）填写规则信息

image-20211216142249199

（3）添加触发条件，选择需要处理数据的设备，设置条件：当烟雾浓度大于等于100就触发

image-20211216142529016

（4）添加执行动作，当烟雾浓度超过100就下发指令给灭火装置

image-20211216142623146

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（3）最后点击创建规则，生效规则

image-20211216142901663

image-20211216142911499

（4）测试效果

使用两个MQTT客户端分别模拟火警预警装置和灭火装置，当烟雾浓度超过100时，查看灭火装置是否收到云端下发的指令。

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10. 数据转发

如果数据需要转发到其他地方，可以自己创建规则配置。

image-20211216143255757

11. 硬件设备测试

设备端采用GSM模块SIM800C完成上网功能，主控MCU采用STM32F103ZET6。

任意只要能上网的设备都可以使用当前代码连接服务器，因为当前模拟的是户外设备，只能采用GSM模块上网。

如果是智能家居，屋里小区的设备，有WIFI的可以采用ESP8266这些无线网卡。

项目工程源码： https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/81993720


1. SIM800C.c

这是SIM800C的配置代码


#include "sim800c.h"

 

 /*

 函数功能:向SIM800C模块发送指令

 函数参数:

                 char *cmd  发送的命令

               char *check_data 检测返回的数据

 返回值: 0表示成功 1表示失败

 */

 u8 SIM800C_SendCmd(char *cmd,char *check_data)

 {

    u16 i,j;

    for(i=0;i< 5;i++) //测试的总次数

    {

       USART2_RX_FLAG=0;

       USART2_RX_CNT=0;

             memset(USART2_RX_BUFF,0,sizeof(USART2_RX_BUFF));

             USART_X_SendString(USART2,cmd); //发送指令

       for(j=0;j< 500;j++) //等待的时间(ms单位)

       {

           if(USART2_RX_FLAG)

           {

               USART2_RX_BUFF[USART2_RX_CNT]='';

               if(strstr((char*)USART2_RX_BUFF,check_data))

               {

                   return 0;

               }

               else break;

           }

           delay_ms(20); //一次的时间

       }

    }

    return 1;

 }

 

 

 /*

 函数  功能：GSM模块初始化检测

 函数返回值：1表示模块检测失败，0表示成功

 */

 u8 SIM800C_InitCheck(void)

 {

       if(SIM800C_SendCmd("AT ","OK"))return 1;

       else printf("SIM800模块正常! ");

       

         if(SIM800C_SendCmd("ATE0 ","OK"))return 2;

       else printf("设置模块不回显成功! ");

     

         if(SIM800C_SendCmd("AT+CGMI ","OK"))return 3;

         else printf("查询制造商名称成功!%s ",USART2_RX_BUFF);

     

         if(SIM800C_SendCmd("AT+CGMM ","OK"))return 4;

         else printf("查询模块型号成功!%s ",USART2_RX_BUFF);

         

       DelayMs(1000);

         DelayMs(1000);

         if(SIM800C_SendCmd("AT+CNUM ","+CNUM:"))return 5;

         else printf("获取本机号码成功!%s ",USART2_RX_BUFF);

       /* 返回格式如下:

         +CNUM: "","+8613086989413",145,7,4

         OK

         */

         return 0;

 }

 

 /*

 函数  功能：GSM模块短信模式设置

 函数返回值：0表示模块设置成功

 */

 u8 SIM800C_SetNoteTextMode(void)

 {

         if(SIM800C_SendCmd("AT+CSCS="GSM" ","OK"))return 1;// "GSM"字符集

         else printf("短信GSM字符集设置成功! ");

     

       if(SIM800C_SendCmd("AT+CMGF=1 ","OK"))return 2; //文本模式

         else printf("短信文本模式设置成功! ");

         return 0;

 }

 

 /*

 函数功能：发送短信

 函数参数：

                     num:电话号码

                     text:短信内容

 函数返回值：0表示发送成功

 */

 u8 SIM800C_SendNote(u8 *num,u8 *text,u16 len)

 {

         char data[50];

         char send_buf[2];

         sprintf(data,"AT+CMGS="%s" ",num);

         if(SIM800C_SendCmd(data," >"))return 1; //设置发送的手机号

         USART_X_SendData(USART2,text,len);     //发送短信内容

     

         send_buf[0] = 0x1a;

         send_buf[1] = '';

       if(SIM800C_SendCmd(send_buf,"+CMGS"))return 2; //发送结束符号

         return 0;

 }

 

 

 /*

 函数功能：NTP网络同步时间

 */

 void SIM800C_NtpUpdate(void)

 {  

      SIM800C_SendCmd("AT+SAPBR=3,1,"Contype","GPRS" ","OK");//配置承载场景1

      SIM800C_SendCmd("AT+SAPBR=3,1,"APN","CMNET" ","OK");

      SIM800C_SendCmd("AT+SAPBR=1,1 ","OK");                     //激活一个GPRS上下文

    DelayMs(5);

    SIM800C_SendCmd("AT+CNTPCID=1 ","OK");                     //设置CNTP使用的CID

文章来源于:电子工程世界    原文链接
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