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一、環(huán)境介紹
MCU: 采用意法半導(dǎo)體低功耗芯片 STM32L431RCT6
編譯軟件: Keil5 +CubeMX
云平臺: 采用騰訊物聯(lián)網(wǎng)云平臺
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二、功能與硬件介紹
2.1 功能介紹
這是采用STM32L431 + ES8266設(shè)計的云端綠化管理系統(tǒng),可以通過ESP8266 WIFI連接騰訊云物聯(lián)網(wǎng)平臺,使用微信小程序遠程進行綠化管理,比如:實時獲取光照強度、溫度、濕度、遠程控制水泵進行澆水灌溉,在任何地方都可以給自己種的花花草草澆水,了解周邊環(huán)境情況。
騰訊物聯(lián)網(wǎng)平臺支持微信小程序+WIFI一鍵配網(wǎng),想學(xué)習(xí)如何配網(wǎng)的請看這里:基于STM32+ESP8266設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品(重點:支持微信小程序一鍵配網(wǎng)連接騰訊云平臺)_DS小龍哥的博客-CSDN博客_基于esp8266設(shè)計
2.2 硬件介紹
開發(fā)板采用的是小熊開發(fā)板,包括完成綠化管理系統(tǒng)的所有功能都是采用小熊派開發(fā)板的配套套件完成。
小熊開發(fā)板板載了一個stlink調(diào)試器(就是STM32F103C8T6實現(xiàn)的),程序下載非常方便。串口1用來調(diào)試打印數(shù)據(jù),ESP8266是接在串口LPUART1上的。
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小熊派開發(fā)板本身自帶的例子程序也比較豐富,自帶例子里采用的云平臺是華為的物聯(lián)網(wǎng)云平臺,工程比較龐大使用了LiteOS操作系統(tǒng)。本文里的工程是重新編寫的代碼,使用裸機完成項目功能,沒有跑操作系統(tǒng),MQTT協(xié)議和ESP8266驅(qū)動代碼都是重新編寫,框架、邏輯比較清晰,代碼量也較少,適合初學(xué)者入門學(xué)習(xí)。
相關(guān)傳感器模塊型號:(采用的是小熊開發(fā)板配套的E53_IA1擴展板)
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WIFI采用:ESP8266
溫濕度檢測傳感器采用:SHT30
光照強度檢測傳感器采用:BH1750
電機采用:微型直流電機
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三、騰訊物聯(lián)網(wǎng)云平臺
關(guān)于騰訊物聯(lián)網(wǎng)平臺的創(chuàng)建已經(jīng)介紹很多篇了,如果之前沒有使用過騰訊物聯(lián)網(wǎng)云平臺,先參考這里學(xué)習(xí)了解一下:STM32+ESP8266+MQTT協(xié)議連接騰訊物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺_DS小龍哥的博客-CSDN博客_esp8266mqtt協(xié)議
下面就截圖介紹一下云端綠化管理系統(tǒng)用到的產(chǎn)品功能。
用到的功能屬性:
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小程序面板配置:
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手機微信小程序運行效果:
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串口打印的提示:
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四、STM32源代碼
STM32的代碼主要分為以下幾個部分:
1. ESP8266底層驅(qū)動代碼: 完成ESP8266模式配置、數(shù)據(jù)發(fā)送,應(yīng)答檢測等底層網(wǎng)絡(luò)接口。
2. MQTT協(xié)議代碼:這是參考標準MQTT編寫C語言版本MQTT協(xié)議框架代碼,實現(xiàn)了重要的幾個接口(主題訂閱、主題發(fā)布、心跳包、登錄MQTT服務(wù)器),底層采用ESP8266發(fā)送數(shù)據(jù)。 這個MQTT協(xié)議不是使用ESP8266本身的SDK,是根據(jù)MQTT協(xié)議自己實現(xiàn)的,所以如果使用其他的網(wǎng)卡,移植也很方便,不挑網(wǎng)卡設(shè)備。
3. 傳感器初始化代碼: 完成溫濕度傳感器、光照強度傳感器的驅(qū)動代碼編寫。
4. LCD屏代碼: LCD是SPI接口的,可以顯示溫濕度、光照強度數(shù)據(jù)。
5. main函數(shù): 完成整個邏輯代碼編寫,檢測微信小程序是否有下發(fā)的指令,進行分析,完成水泵的開關(guān)控制;當(dāng)溫室和濕度到達某個閥值,自動控制水泵澆水,并上報給微信小程序;主程序里1秒檢測一次溫濕度、光照強度、電機狀態(tài)主動上報給微信小程序;在設(shè)備端按下按鍵(模擬現(xiàn)場實體開關(guān))也可以控制水泵澆水或者關(guān)閉,這些狀態(tài)都會實時上報給云平臺,微信小程序。
工程的get地址:https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/19246016
程序的模板是使用CubeMX生成的。
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4.1 main.c代碼: 邏輯代碼
/**
******************************************************************************
* @file : main.c
* @brief : Main program body
******************************************************************************
** This notice applies to any and all portions of this file
* that are not between comment pairs USER CODE BEGIN and
* USER CODE END. Other portions of this file, whether
* inserted by the user or by software development tools
* are owned by their respective copyright owners.
*
* COPYRIGHT(c) 2019 STMicroelectronics
*
* Redistribution and use in source and binary forms, with or without modification,
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* may be used to endorse or promote products derived from this software
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* DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR
* SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER
* CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
* OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
* OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
*
******************************************************************************
*/
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "stm32l4xx_hal.h"
#include "i2c.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
#include "E53_IA1.h"
#include "lcd.h"
#include "spi.h"
#include "mqtt.h"
#include "esp8266.h"
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
/* USER CODE END Includes */
void SystemClock_Config(void);
#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
//騰訊物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的設(shè)備信息
#define MQTT_ClientID "6142CX41XESmartAgriculture"
#define MQTT_UserName "6142CX41XESmartAgriculture;12010126;HUA2G;1624271589"
#define MQTT_PassWord "a8aadebe9721f70e6f9e14fe56ff1d2b5cac9625fa1f96af2f0e0098597fe78b;hmacsha256"
//訂閱與發(fā)布的主題
#define SET_TOPIC "$thing/down/property/6142CX41XE/SmartAgriculture" //訂閱
#define POST_TOPIC "$thing/up/property/6142CX41XE/SmartAgriculture" //發(fā)布
//保存溫濕度、光照強度
E53_IA1_Data_TypeDef E53_IA1_Data;
//顯示文本
char lcd_text_str[50];
UART_HandleTypeDef at_usart;
//低功耗串口初始化
int32_t at_usart_init(void)
{
at_usart.Instance = LPUART1;
at_usart.Init.BaudRate = 115200;
at_usart.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
at_usart.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
at_usart.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
at_usart.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
at_usart.Init.Mode = UART_MODE_RX | UART_MODE_TX;
if(HAL_UART_Init(&at_usart) != HAL_OK)
{
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
// __HAL_UART_CLEAR_FLAG(usart, UART_FLAG_TC);
__HAL_UART_ENABLE_IT(&at_usart, UART_IT_IDLE);
__HAL_UART_ENABLE_IT(&at_usart, UART_IT_RXNE);
HAL_NVIC_EnableIRQ(LPUART1_IRQn); //使能USART1中斷通道
HAL_NVIC_SetPriority(LPUART1_IRQn, 3, 3); //搶占優(yōu)先級3,子優(yōu)先級3
return 0;
}
unsigned char ESP8266_RecvBuf[MAX_RECV_CNT];
unsigned int ESP8266_Recv_cnt=0;
unsigned int ESP8266_Recv_flag=0;
void LPUART1_IRQHandler()
{
//接收到數(shù)據(jù)
if(__HAL_UART_GET_FLAG(&at_usart, UART_FLAG_RXNE) != RESET)
{
if(ESP8266_Recv_cntRDR & 0x00FF);
}
else
{
ESP8266_Recv_flag=1;
}
}
else if (__HAL_UART_GET_FLAG(&at_usart, UART_FLAG_IDLE) != RESET)
{
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&at_usart);
ESP8266_Recv_flag=1;
}
}
void AT_SendData(unsigned char *p,unsigned int len)
{
int i=0;
for(i=0;iISR & 0X40) == 0); //循環(huán)發(fā)送,直到發(fā)送完畢
LPUART1->TDR = p[i];
}
}
char mqtt_message[200];
int main(void)
{
int i=0;
int cnt=0;
int motor_state=0;
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_I2C1_Init();
MX_SPI2_Init();
MX_USART1_UART_Init();
at_usart_init();
//初始化硬件 STM32L431RC_BearPiBH1750_I2C1\STM32L431RC_BearPiBH1750_I2C1.axf: Error: L6218E: Undefined symbol printf (referred from main.o).
Init_E53_IA1();
LCD_Init();
LCD_Clear(BLACK);//清屏為黑色
LCD_ShowString(0, 00, 240, 32, 32, "Init ESP8266");//顯示字符串,字體大小32*32
if(ESP8266_Init())
{
printf("ESP8266硬件檢測錯誤.\n");
LCD_Clear(BLACK);//清屏為黑色
LCD_ShowString(0, 00, 240, 32, 32, "ESP8266 ERROR");//顯示字符串,字體大小32*32
}
else
{
LCD_Clear(BLACK);//清屏為黑色
LCD_ShowString(0, 00, 240, 32, 32, "ESP8266 OK");//顯示字符串,字體大小32*32
printf("準備連接到指定的服務(wù)器.\n");
//非加密端口
printf("WIFI:%d\r\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode(ESP8266_WIFI_AP_SSID,ESP8266_AP_PASSWORD,"106.55.124.154",1883,1));
}
//2. MQTT協(xié)議初始化
MQTT_Init();
//3. 連接騰訊云IOT服務(wù)器
while(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord))
{
printf("服務(wù)器連接失敗,正在重試...\n");
HAL_Delay(500);
}
printf("服務(wù)器連接成功.\n");
//3. 訂閱主題
if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1))
{
printf("主題訂閱失敗.\n");
}
else
{
printf("主題訂閱成功.\n");
}
while (1)
{
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port,KEY1_Pin)==GPIO_PIN_RESET)//查詢按鍵KEY1低電平
{
HAL_Delay(10);//消抖
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port,KEY1_Pin)==GPIO_PIN_RESET)//查詢按鍵KEY1低電平
{
HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin,GPIO_PIN_SET);//亮
//補光燈亮
HAL_GPIO_WritePin(IA1_Light_GPIO_Port, IA1_Light_Pin, GPIO_PIN_SET);
//電機轉(zhuǎn)
HAL_GPIO_WritePin(IA1_Motor_GPIO_Port, IA1_Motor_Pin, GPIO_PIN_SET);
motor_state=1;
}
}
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port,KEY2_Pin)==GPIO_PIN_RESET)//查詢按鍵KEY2低電平
{
HAL_Delay(10);//消抖
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port,KEY2_Pin)==GPIO_PIN_RESET)//查詢按鍵KEY2低電平
{
HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin,GPIO_PIN_RESET);//滅
//補光燈滅
HAL_GPIO_WritePin(IA1_Light_GPIO_Port, IA1_Light_Pin, GPIO_PIN_RESET);
//電機停
HAL_GPIO_WritePin(IA1_Motor_GPIO_Port, IA1_Motor_Pin, GPIO_PIN_RESET);
motor_state=0;
}
}
cnt++;
HAL_Delay(10);
if(cnt>=100)
{
cnt=0;
E53_IA1_Read_Data();
printf("光照強度:%d %%\r\n", (int)E53_IA1_Data.Lux);
printf("濕度:%d %%\r\n",(int)E53_IA1_Data.Humidity);
printf("溫度:%d ℃\r\n", (int)E53_IA1_Data.Temperature);
sprintf(lcd_text_str,"L: %d %%",(int)E53_IA1_Data.Lux);
LCD_ShowString(40, 50+10+32*1, 240, 32, 32,lcd_text_str);
sprintf(lcd_text_str,"H: %d %%",(int)E53_IA1_Data.Humidity);
LCD_ShowString(40, 50+10+32*2, 240, 32, 32,lcd_text_str);
sprintf(lcd_text_str,"T: %d C",(int)E53_IA1_Data.Temperature);
LCD_ShowString(40, 50+10+32*3, 240, 32, 32,lcd_text_str);
//切換引腳的狀態(tài)
HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin);
//上傳數(shù)據(jù)
sprintf(mqtt_message,"{"method":"report","clientToken":"123","params":{"temperature":%d,"humidity":%d,"machine":%d,"illumination":%d}}",
(int)E53_IA1_Data.Temperature,(int)E53_IA1_Data.Humidity,motor_state,(int)E53_IA1_Data.Lux);
MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0);
//根據(jù)濕度自動灌溉
if((int)E53_IA1_Data.Humidity<50) //小于50自動灌溉
{
printf("自動灌溉....\n");
motor_state=1; //電機狀態(tài)更新
//電機轉(zhuǎn)
HAL_GPIO_WritePin(IA1_Motor_GPIO_Port, IA1_Motor_Pin, GPIO_PIN_SET);
}
}
//接收到數(shù)據(jù)
if(ESP8266_Recv_flag)
{
//如果是下發(fā)了屬性,判斷是開鎖還是關(guān)鎖
if(ESP8266_Recv_cnt>5)
{
ESP8266_RecvBuf[ESP8266_Recv_cnt]='\0';
//使用字符串查找函數(shù)
if(strstr((char*)&ESP8266_RecvBuf[5],""machine":1"))
{
motor_state=1; //電機狀態(tài)更新
//電機轉(zhuǎn)
HAL_GPIO_WritePin(IA1_Motor_GPIO_Port, IA1_Motor_Pin, GPIO_PIN_SET);
printf("開啟電機...\n");
}
else if(strstr((char*)&ESP8266_RecvBuf[5],""machine":0"))
{
//電機停
HAL_GPIO_WritePin(IA1_Motor_GPIO_Port, IA1_Motor_Pin, GPIO_PIN_RESET);
motor_state=0;
printf("關(guān)閉電機...\n");
}
for(i=0;i;i++)printf("%c",esp8266_recvbuf[i]);>;i++)>)>
4.2 mqtt.c : MQTT協(xié)議代碼
#include "mqtt.h"
u8 *mqtt_rxbuf;
u8 *mqtt_txbuf;
u16 mqtt_rxlen;
u16 mqtt_txlen;
u8 _mqtt_txbuf[256];//發(fā)送數(shù)據(jù)緩存區(qū)
u8 _mqtt_rxbuf[256];//接收數(shù)據(jù)緩存區(qū)
typedef enum
{
//名字 值 報文流動方向 描述
M_RESERVED1 =0 , // 禁止 保留
M_CONNECT , // 客戶端到服務(wù)端 客戶端請求連接服務(wù)端
M_CONNACK , // 服務(wù)端到客戶端 連接報文確認
M_PUBLISH , // 兩個方向都允許 發(fā)布消息
M_PUBACK , // 兩個方向都允許 QoS 1消息發(fā)布收到確認
M_PUBREC , // 兩個方向都允許 發(fā)布收到(保證交付第一步)
M_PUBREL , // 兩個方向都允許 發(fā)布釋放(保證交付第二步)
M_PUBCOMP , // 兩個方向都允許 QoS 2消息發(fā)布完成(保證交互第三步)
M_SUBSCRIBE , // 客戶端到服務(wù)端 客戶端訂閱請求
M_SUBACK , // 服務(wù)端到客戶端 訂閱請求報文確認
M_UNSUBSCRIBE , // 客戶端到服務(wù)端 客戶端取消訂閱請求
M_UNSUBACK , // 服務(wù)端到客戶端 取消訂閱報文確認
M_PINGREQ , // 客戶端到服務(wù)端 心跳請求
M_PINGRESP , // 服務(wù)端到客戶端 心跳響應(yīng)
M_DISCONNECT , // 客戶端到服務(wù)端 客戶端斷開連接
M_RESERVED2 , // 禁止 保留
}_typdef_mqtt_message;
//連接成功服務(wù)器回應(yīng) 20 02 00 00
//客戶端主動斷開連接 e0 00
const u8 parket_connetAck[] = {0x20,0x02,0x00,0x00};
const u8 parket_disconnet[] = {0xe0,0x00};
const u8 parket_heart[] = {0xc0,0x00};
const u8 parket_heart_reply[] = {0xc0,0x00};
const u8 parket_subAck[] = {0x90,0x03};
void MQTT_Init(void)
{
//緩沖區(qū)賦值
mqtt_rxbuf = _mqtt_rxbuf;
mqtt_rxlen = sizeof(_mqtt_rxbuf);
mqtt_txbuf = _mqtt_txbuf;
mqtt_txlen = sizeof(_mqtt_txbuf);
memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);
memset(mqtt_txbuf,0,mqtt_txlen);
// //無條件先主動斷開
// MQTT_Disconnect();
// HAL_Delay(100);
// MQTT_Disconnect();
// HAL_Delay(100);
}
/*
函數(shù)功能: 登錄服務(wù)器
函數(shù)返回值: 0表示成功 1表示失敗
*/
u8 MQTT_Connect(char *ClientID,char *Username,char *Password)
{
u8 i,j;
int ClientIDLen = strlen(ClientID);
int UsernameLen = strlen(Username);
int PasswordLen = strlen(Password);
int DataLen;
mqtt_txlen=0;
//可變報頭+Payload 每個字段包含兩個字節(jié)的長度標識
DataLen = 10 + (ClientIDLen+2) + (UsernameLen+2) + (PasswordLen+2);
//固定報頭
//控制報文類型
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x10; //MQTT Message Type CONNECT
//剩余長度(不包括固定頭部)
do
{
u8 encodedByte = DataLen % 128;
DataLen = DataLen / 128;
// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
if ( DataLen > 0 )
encodedByte = encodedByte | 128;
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
}while ( DataLen > 0 );
//可變報頭
//協(xié)議名
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0; // Protocol Name Length MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4; // Protocol Name Length LSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'M'; // ASCII Code for M
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'Q'; // ASCII Code for Q
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T'; // ASCII Code for T
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T'; // ASCII Code for T
//協(xié)議級別
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4; // MQTT Protocol version = 4 對于 3.1.1 版協(xié)議,協(xié)議級別字段的值是 4(0x04)
//連接標志
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xc2; // conn flags
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0; // Keep-alive Time Length MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 100; // Keep-alive Time Length LSB 100S心跳包 ?;顣r間
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(ClientIDLen);// Client ID length MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(ClientIDLen);// Client ID length LSB
memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],ClientID,ClientIDLen);
mqtt_txlen += ClientIDLen;
if(UsernameLen > 0)
{
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(UsernameLen); //username length MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(UsernameLen); //username length LSB
memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],Username,UsernameLen);
mqtt_txlen += UsernameLen;
}
if(PasswordLen > 0)
{
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(PasswordLen); //password length MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(PasswordLen); //password length LSB
memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],Password,PasswordLen);
mqtt_txlen += PasswordLen;
}
memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);
ESP8266_Recv_flag=0;
ESP8266_Recv_cnt=0;
MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf,mqtt_txlen);
HAL_Delay(200);
memcpy((char *)mqtt_rxbuf,ESP8266_RecvBuf,ESP8266_Recv_cnt);
for(i=0;i;i++)printf("%#x>
?
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