基于STM32+華為云設(shè)計的智能家居控制系統(tǒng)

1. 功能介紹

現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)遍布生活每個角落，幾乎哪里都能看到物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，可以將之前單機(jī)設(shè)備全部接入互聯(lián)網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)交互，遠(yuǎn)程控制。 比如: 智能電表(遠(yuǎn)程抄表)，智能水表，智能天然氣表，智能井蓋(遠(yuǎn)程向市政機(jī)關(guān)上包污水污染程度、水深程度)，智慧路燈，智慧停車場(APP上遠(yuǎn)程查看是否有空余車位)等等，都是物聯(lián)網(wǎng)成功應(yīng)用的例子。

現(xiàn)在各大平臺都提供了物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，比如：OneNet(中國移動)、阿里云物聯(lián)網(wǎng)、百度天工物接入、華為云物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)、騰訊云物聯(lián)網(wǎng)(支持自定義小程序，效果非常nice)等。

前面幾篇文章已經(jīng)分別介紹了，OneNet(中國移動)、阿里云物聯(lián)網(wǎng)、騰訊云物聯(lián)網(wǎng) 平臺的接入案例。

OneNet(中國移動): https://xiaolong.blog.csdn.net/article/details/107385118

騰訊云物聯(lián)網(wǎng): https://xiaolong.blog.csdn.net/article/details/117167261

阿里云物聯(lián)網(wǎng): https://xiaolong.blog.csdn.net/article/details/107311897

這篇文章就介紹如何使用STM32接入華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺，完成數(shù)據(jù)交互，設(shè)計案例是基于華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺設(shè)計智能家居控制系統(tǒng)(模型)，硬件采用STM32+ESP8266完成上云組合；通過云平臺可以遠(yuǎn)程控制家里的各種電器開關(guān)，并且可以遠(yuǎn)程收集家里煤氣、天然氣、煙霧、光照度、溫度濕度等信息。

硬件介紹:

主控MCU: STM32F103ZET6

煙霧檢測傳感器: MQ2

天然氣檢測傳感:MQ5

溫度濕度檢測傳感器: DHT11

光照強度檢測傳感器: BH1750

物聯(lián)網(wǎng)云平臺: 華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺

電器開關(guān)模擬采用板載的LED燈、繼電器。

WIFI: ESP8266 這是支持串口AT指令控制的WIFI模塊，聯(lián)網(wǎng)比較方便。

與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺通信的協(xié)議: MQTT

說明: 當(dāng)前程序里的MQTT協(xié)議代碼是參考MQTT官方文檔編寫的，不是使用ESP8266內(nèi)置的，所以程序并不依賴ESP8266專用或者指定的SDK，使用任意可以上網(wǎng)的網(wǎng)卡都可以套用，并不是一定非要使用ESP8266。

2. 登錄華為云創(chuàng)建云端設(shè)備

2.1 創(chuàng)建產(chǎn)品

華為運官網(wǎng): https://www.huaweicloud.com/

在這里可以查看接入的協(xié)議的端口號和地址。

我們設(shè)備接入的協(xié)議選擇MQTT，端口對應(yīng)是1883

接下來繼續(xù)創(chuàng)建產(chǎn)品，點擊產(chǎn)品頁面，點擊右上角創(chuàng)建產(chǎn)品：

2.2 創(chuàng)建設(shè)備

設(shè)備ID
61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot

設(shè)備密鑰
1126626497
    
{
    "device_id": "61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot",
    "secret": "1126626497"
}

2.3 產(chǎn)品模型定義

這一步就是設(shè)置上報設(shè)備的屬性，也就是設(shè)備的數(shù)據(jù)類型定義。

2.4 生成MQTT登錄密匙

創(chuàng)建完產(chǎn)品、設(shè)備之后，接下來就需要知道如何通過MQTT協(xié)議登陸華為云服務(wù)器。

官方的詳細(xì)介紹在這里: https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_01_2127.html#ZH-CN_TOPIC_0240834853__zh-cn_topic_0251997880_li365284516112

MQTT設(shè)備登陸密匙生成地址: https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/

下面就得到了MQTT協(xié)議設(shè)備登錄的參數(shù)。

2.5 使用MQTT客戶端軟件登錄

所有的參數(shù)已經(jīng)得到，接下來采用MQTT客戶端登錄華為云進(jìn)行測試。

下面這個軟件是自己開發(fā)的，為了方便測試MQTT協(xié)議登錄。

華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺的域名是: a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com

華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺的IP地址是: 121.36.42.100

在軟件里參數(shù)填充正確之后，就看到設(shè)備已經(jīng)連接成功了。

接下來打開設(shè)備頁面，可以看到設(shè)備已經(jīng)在線了。

2.6 上報數(shù)據(jù)

官方文檔: https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_01_2127.html#ZH-CN_TOPIC_0240834853__zh-cn_topic_0251997880_li365284516112

在這個文檔里介紹了MQTT上報數(shù)據(jù)的格式。

總結(jié)的格式:

//訂閱主題: 平臺下發(fā)消息給設(shè)備
$oc/devices/61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot/sys/messages/down

//設(shè)備上報數(shù)據(jù)
$oc/devices/61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot/sys/properties/report

//上報的屬性消息 (一次可以上報多個屬性,在json里增加就行了)
{"services": [{"service_id": "dht11","properties":{"DHT11-C":50}}]}

下面采用MQTT軟件上報數(shù)據(jù):

到此，設(shè)備數(shù)據(jù)已經(jīng)上報成功，如果需要增加更多的屬性，按照流程繼續(xù)增加即可。

3. STM32+ESP8266上報數(shù)據(jù)到華為云

3.1 硬件設(shè)備效果圖

3.2 BH1750.c 光照度傳感器

#include "bh1750.h"
float Read_BH1750_Data()
{
    unsigned char t0;
    unsigned char t1;
    float t;
    u8 r_s=0;
    IIC_Start(); //發(fā)送起始信號
    IIC_WriteOneByteData(0x46);
    r_s=IIC_GetACK();//獲取應(yīng)答
    if(r_s)printf("error:1\r\n");
    IIC_WriteOneByteData(0x01);
    r_s=IIC_GetACK();//獲取應(yīng)答
     if(r_s)printf("error:2\r\n");
    IIC_Stop(); //停止信號 
    
    IIC_Start(); //發(fā)送起始信號
    IIC_WriteOneByteData(0x46);
    r_s=IIC_GetACK();//獲取應(yīng)答
    if(r_s)printf("error:3\r\n");
    IIC_WriteOneByteData(0x01);
    r_s=IIC_GetACK();//獲取應(yīng)答
    if(r_s)printf("error:4\r\n");
    IIC_Stop(); //停止信號 
    
    IIC_Start(); //發(fā)送起始信號
    IIC_WriteOneByteData(0x46);
    r_s=IIC_GetACK();//獲取應(yīng)答
    if(r_s)printf("error:5\r\n");
    IIC_WriteOneByteData(0x10);
    r_s=IIC_GetACK();//獲取應(yīng)答
    if(r_s)printf("error:6\r\n");
    IIC_Stop(); //停止信號 
    
    DelayMs(300); //等待
    
    IIC_Start(); //發(fā)送起始信號
    IIC_WriteOneByteData(0x47);
    r_s=IIC_GetACK();//獲取應(yīng)答
    if(r_s)printf("error:7\r\n");
    
    t0=IIC_ReadOneByteData(); //接收數(shù)據(jù)
    IIC_SendACK(0); //發(fā)送應(yīng)答信號
    t1=IIC_ReadOneByteData(); //接收數(shù)據(jù)
    IIC_SendACK(1); //發(fā)送非應(yīng)答信號
    IIC_Stop(); //停止信號
    
     t=(((t0<<8)|t1)/1.2);
     return t;  
}

3.3 ESP8266.c WIFI代碼

#include "esp8266.h"
u8 ESP8266_IP_ADDR[16]; //255.255.255.255
u8 ESP8266_MAC_ADDR[18]; //硬件地址
/*
函數(shù)功能: ESP8266命令發(fā)送函數(shù)
函數(shù)返回值:0表示成功  1表示失敗
*/
u8 ESP8266_SendCmd(char *cmd)
{
    u8 i,j;
    for(i=0;i<10;i++) //檢測的次數(shù)--發(fā)送指令的次數(shù)
    {
        USARTx_StringSend(USART3,cmd);
        for(j=0;j<100;j++) //等待的時間
        {
            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;
}

/*
函數(shù)功能: ESP8266硬件初始化檢測函數(shù)
函數(shù)返回值:0表示成功  1表示失敗
*/
u8 ESP8266_Init(void)
{
    //退出透傳模式
    USARTx_StringSend(USART3,"+++");
    delay_ms(50);
    return ESP8266_SendCmd("AT\r\n");
}


/*
函數(shù)功能: TCP服務(wù)器模式下的發(fā)送函數(shù)
發(fā)送指令: 
*/
u8 ESP8266_ServerSendData(u8 id,u8 *data,u16 len)
{
    u8 i,j,n;
    char ESP8266_SendCMD[100]; //組合發(fā)送過程中的命令
    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,">"))
                {
                    //繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)
                    USARTx_DataSend(USART3,data,len);
                    //等待數(shù)據(jù)發(fā)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;
}

/*
函數(shù)功能: 配置WIFI為STA模式+TCP客戶端模式
函數(shù)參數(shù):
char *ssid  創(chuàng)建的熱點名稱
char *pass  創(chuàng)建的熱點密碼 （最少8位）
char *p     將要連接的服務(wù)器IP地址
u16 port    將要連接的服務(wù)器端口號
u8 flag     1表示開啟透傳模式 0表示關(guān)閉透傳模式
函數(shù)返回值:0表示成功  其他值表示對應(yīng)的錯誤
*/
u8 ESP8266_STA_TCP_Client_Mode(char *ssid,char *pass,char *ip,u16 port,u8 flag)
{
    char ESP8266_SendCMD[100]; //組合發(fā)送過程中的命令
    //退出透傳模式
    //USARTx_StringSend(USART3,"+++");
    //delay_ms(50);
    /*1. 測試硬件*/
    if(ESP8266_SendCmd("AT\r\n"))return 1;
    /*2. 關(guān)閉回顯*/
    if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 2;
    /*3. 設(shè)置WIFI模式*/
    if(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=1\r\n"))return 3;
    /*4. 復(fù)位*/
    ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n");
    delay_ms(1000);
    delay_ms(1000);
    delay_ms(1000);
    /*5. 關(guān)閉回顯*/
    if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 5;
    /*6. 配置將要連接的WIFI熱點信息*/
    sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"\r\n",ssid,pass);
    if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 6;
    /*7. 設(shè)置單連接*/
    if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=0\r\n"))return 7;
    /*8. 配置要連接的TCP服務(wù)器信息*/
    sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CIPSTART=\"TCP\",\"%s\",%d\r\n",ip,port);
    if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 8;
    /*9. 開啟透傳模式*/
    if(flag)
    {
       if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=1\r\n"))return 9; //開啟
       if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPSEND\r\n"))return 10;  //開始透傳
       if(!(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,">")))
       {
            return 11;
       }
        //如果想要退出發(fā)送:  "+++"
    }
    
     //打印總體信息
    USART1_Printf("WIFI模式:STA+TCP客戶端\n");
    USART1_Printf("Connect_WIFI熱點名稱:%s\n",ssid);
    USART1_Printf("Connect_WIFI熱點密碼:%s\n",pass);
    USART1_Printf("TCP服務(wù)器端口號:%d\n",port);
    USART1_Printf("TCP服務(wù)器IP地址:%s\n",ip);
    return 0;
}


/*
函數(shù)功能: TCP客戶端模式下的發(fā)送函數(shù)
發(fā)送指令: 
*/
u8 ESP8266_ClientSendData(u8 *data,u16 len)
{
    u8 i,j,n;
    char ESP8266_SendCMD[100]; //組合發(fā)送過程中的命令
    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,">"))
                {
                    //繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)
                    USARTx_DataSend(USART3,data,len);
                    //等待數(shù)據(jù)發(fā)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;
}

3.4 main.c 主函數(shù)

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include 
#include "timer.h"
#include "esp8266.h"
#include "mqtt.h"
#include "oled.h"
#include "fontdata.h"
#include "bh1750.h"
#include "iic.h"
#include "sht3x.h"


#define ESP8266_WIFI_AP_SSID  "CMCC-Cqvn"   //將要連接的路由器名稱 --不要出現(xiàn)中文、空格等特殊字符
#define ESP8266_AP_PASSWORD "99pu58cb"     //將要連接的路由器密碼


//華為云服務(wù)器的設(shè)備信息
#define MQTT_ClientID "61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot_0_0_2021113002"
#define MQTT_UserName "61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot"
#define MQTT_PassWord "74af3bf3024cf9c41b13d6c63fc86e25012b54141ecfcdff3516f08665140e6f"

//訂閱與發(fā)布的主題
#define SET_TOPIC  "$oc/devices/61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot/sys/messages/down"  //訂閱
#define POST_TOPIC "$oc/devices/61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot/sys/properties/report"  //發(fā)布


char mqtt_message[200];//上報數(shù)據(jù)緩存區(qū)
char OLED_ShowBuff[100];
u8 ESP8266_Stat=0;


/*
函數(shù)功能: 溫濕度\光強度顯示
*/
void ShowTemperatureAndHumidity(float temp,float humi,float light)
{
    sprintf(OLED_ShowBuff,"T: %.2f",temp);
	OLED_ShowString(40,16*0,16,OLED_ShowBuff); 
    sprintf(OLED_ShowBuff,"H: %.2f%%",humi);
	OLED_ShowString(40,16*1,16,OLED_ShowBuff);
    sprintf(OLED_ShowBuff,"L: %.2f%%",light);
	OLED_ShowString(40,16*2,16,OLED_ShowBuff); 
}

/*
函數(shù)功能: ESP8266顯示頁面
*/
void ESP8266_ShowPageTable(void)
{
    if(ESP8266_Stat)OLED_ShowString(0,16*0,16,"WIFI STAT:ERROR");
    else OLED_ShowString(0,16*0,16,"WIFI STAT:OK");

    //顯示字符串
    sprintf((char*)OLED_ShowBuff,"%s",ESP8266_WIFI_AP_SSID);
    OLED_ShowString(0,16*1,16,OLED_ShowBuff);	
    
    sprintf((char*)OLED_ShowBuff,"%s",ESP8266_AP_PASSWORD);   
    OLED_ShowString(0,16*2,16,OLED_ShowBuff);    
}


int main()
{
   u32 time_cnt=0;
   u32 i;
   u8 key;
   u8 page=0;
   float temp=0;
   float humi=0;
   float light=0;
   u8 motor_state=0;
   float Humidity;
   float Temperature;
    
   delay_ms(1000);
   delay_ms(1000);
    
   LED_Init();
   KEY_Init();
   IIC_Init();
    
    //OLED初始化
   OLED_Init(0xc8,0xa1); //OLED顯示屏初始化--正常顯示;
     //清屏
   OLED_Clear(0);
    
   USART1_Init(115200);
   TIMER1_Init(72,20000); //超時時間20ms

   USART3_Init(115200);//串口-WIFI
   TIMER3_Init(72,20000); //超時時間20ms
    
   Init_SHT30();
    
   USART1_Printf("正在初始化WIFI請稍等.\n");
   
   if(ESP8266_Init())
   {
      ESP8266_Stat=1;
      USART1_Printf("ESP8266硬件檢測錯誤.\n");  
   }
   else
   {
      //非加密端口
      USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode(ESP8266_WIFI_AP_SSID,ESP8266_AP_PASSWORD,"121.36.42.100",1883,1));
   }
   
    //2. MQTT協(xié)議初始化	
    MQTT_Init(); 
   
    //3. 連接華為云IOT服務(wù)器        
    while(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord))
    {
        USART1_Printf("服務(wù)器連接失敗,正在重試...\n");
        delay_ms(500);
    }
    USART1_Printf("服務(wù)器連接成功.\n");
    
    
    //3. 訂閱主題
    if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1))
    {
        USART1_Printf("主題訂閱失敗.\n");
    }
    else
    {
        USART1_Printf("主題訂閱成功.\n");
    }        
        
    while(1)
    {    
        //按鍵可以測試
        key=KEY_Scan(0);
        if(key==1)
        {
            //清屏
            OLED_Clear(0);
            
            //翻頁
            if(page>=1)
            {
                page=0;
            }
            else
            {
                 page++;
            }         
        
            LED1=!LED1;  //LEd狀態(tài)燈
        }
        else if(key==2)
        {
            LED1=!LED1;  //LEd狀態(tài)燈
            time_cnt=0;
            //電機(jī)狀態(tài)改變
            MOTOR_DEV=!MOTOR_DEV;
            //電機(jī)狀態(tài)
            motor_state=MOTOR_DEV;
            //補光燈
            LIGHT_DEV=!LIGHT_DEV;      
        }  
        
        //接收WIFI返回的數(shù)據(jù)
        if(USART3_RX_FLAG)
        {
            USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
            
            //向串口打印返回的數(shù)據(jù)
            for(i=0;i;i++)>

審核編輯：湯梓紅