基于STM32+華為云IOT設(shè)計(jì)的智慧路燈
1. 前言
隨著工業(yè)和城市的快速發(fā)展，道路照明系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)也在迅速發(fā)展，并趨于復(fù)雜化,為了更經(jīng)濟(jì)地控制和維護(hù)復(fù)雜的路燈系統(tǒng)，市面上各大科技公司開發(fā)了各種路燈控制系統(tǒng)，并且路燈都連上物聯(lián)網(wǎng)云端，連上了政府網(wǎng)絡(luò)，可以遠(yuǎn)程了解路燈的工作情況，運(yùn)行情況。
為了方便了解物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)，了解智慧路燈的開發(fā)，本文就采用華為云IOT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，選擇STM32作為主控芯片，再配合相關(guān)的傳感器完成智慧路燈開發(fā)。
2. 具體實(shí)現(xiàn)的功能以及相關(guān)的硬件
當(dāng)前設(shè)計(jì)的智慧路燈采用NBIOT模塊-BC20連接華為云物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，上傳路燈的各種參數(shù)信息：環(huán)境光強(qiáng)度、太陽能充電板電壓、鋰電池電量等信息。設(shè)計(jì)了一款手機(jī)APP，可以通過華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的應(yīng)用側(cè)提供的開發(fā)接口，獲取路燈上傳的參數(shù)信息，并且可以在手機(jī)APP上遠(yuǎn)程手動(dòng)控制路燈開關(guān)，設(shè)置路燈的開啟和關(guān)閉時(shí)間等。 智慧路燈的的主控芯片采用STM32F103C8T6、NBIOT聯(lián)網(wǎng)模塊采用BC20,BC20內(nèi)置了MQTT協(xié)議，可以通過AT指令連接物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)通信。智慧路燈采用鋰電池供電，并且配有太陽能充電板，可以使用太陽進(jìn)行充電補(bǔ)償電量。使用了功率監(jiān)控器，電池電量檢測(cè)芯片，可以檢測(cè)充電效率、電流、電壓、電池電量等信息。BC20帶了GPS功能，可以上報(bào)路燈的GPS位置到云端服務(wù)器，手機(jī)APP獲取之后，可以調(diào)用百度地圖顯示出路燈的位置。
3. 硬件選型
3.1 STM32F103C8T6
3.2 太陽能板
3.3 鋰電池充電模塊
3.4 功率檢測(cè)模塊
3.5 BH1750光敏傳感器
3.6 LED燈
3.7 BC20-NBIOT模塊
型號(hào): BC20+BD+GPS
品牌: 創(chuàng)思
產(chǎn)地: 中國(guó)大陸
接口類型: TTL
適用場(chǎng)景: NBIOT
尺寸: 40x40x12mm
工作電流: 0.5A
支持TCP/IP協(xié)議:
支持傳輸速率: 115200Kbps
工作電壓: 5V
是否支持語音電話: 否
模塊類型: 其他
是否支持短信: 否
支持制式標(biāo)準(zhǔn): GSM/GPRS(2G)
是否支持電話簿: 否
4. 創(chuàng)建產(chǎn)品與設(shè)備
4.1 創(chuàng)建產(chǎn)品
地址：https://www.huaweicloud.com/?locale=zh-cn
4.2 自定義模型
地址: https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-dev/all-product/7211833377cf435c8c0580de390eedbe/product-detail/6276134223aaf461a0f6e515
4.3 創(chuàng)建設(shè)備
{
"device_id": "6276134223aaf461a0f6e515_1126626497",
"secret": "12345678"
}
4.4 MQTT密匙生成
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
屬性上報(bào)格式:
https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_3010.html
MQTT設(shè)備登陸密匙生成地址: https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/
DeviceId 6276134223aaf461a0f6e515_1126626497
DeviceSecret 12345678
ClientId 6276134223aaf461a0f6e515_1126626497_0_0_2022050706
Username 6276134223aaf461a0f6e515_1126626497
Password 73ebe0779dbd5b2e2fd3db8ab8f642b78d7a532576f2e14d2799d4f78d37bcc8
華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的域名是: 161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com
華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)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。
4.5 主題訂閱與發(fā)布
//訂閱主題: 平臺(tái)下發(fā)消息給設(shè)備
$oc/devices/6276134223aaf461a0f6e515_1126626497/sys/messages/down
//設(shè)備上報(bào)數(shù)據(jù)
$oc/devices/6276134223aaf461a0f6e515_1126626497/sys/properties/report
//上報(bào)的屬性消息 (一次可以上報(bào)多個(gè)屬性,在json里增加就行了)
{"services": [{"service_id": "led","properties":{"GPS":"lat:12.345,lng:45.678"}}]}
通過MQTT客戶端軟件模擬上報(bào)測(cè)試：
4.6 應(yīng)用側(cè)開發(fā)
為了更方便的展示設(shè)備數(shù)據(jù)，與設(shè)備完成交互，還需要開發(fā)一個(gè)配套的上位機(jī)，官方提供了應(yīng)用側(cè)開發(fā)的API接口、SDK接口，為了方便通用一點(diǎn)，我這里采用了API接口完成數(shù)據(jù)交互，上位機(jī)軟件采用QT開發(fā)。
幫助文檔地址: ttps://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0034.html
設(shè)備屬性就是設(shè)備上傳的傳感器狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，應(yīng)用側(cè)提供了API接口，可以主動(dòng)向設(shè)備端下發(fā)請(qǐng)求指令；設(shè)備端收到指令之后需要按照約定的數(shù)據(jù)格式上報(bào)數(shù)據(jù)；所以，要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層與設(shè)備端的數(shù)據(jù)交互，需要應(yīng)用層與設(shè)備端配合才能完成。
5. STM32程序設(shè)計(jì)
STM32連接華為云IOT的工程案例: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/81993720
5.1 BC20連接華為云物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器-調(diào)試
連接MQTT服務(wù)器
AT+QMTOPEN=0,"a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com",1883
OK
+QMTOPEN: 0,0
登錄MQTT服務(wù)器
命令格式: AT+QMTCONN=,,,
AT+QMTCONN=0,"6210e8acde9933029be8facf_dev1_0_0_2022021913","6210e8acde9933029be8facf_dev1","6cea55404b463e666cd7a6060daba745bbaa17fe7078dfef45f8151cdf19673d"
OK
+QMTCONN: 0,0,0
訂閱主題
命令格式: AT+QMTSUB=,,"”,[,"”,…]
AT+QMTSUB=0,1,"$oc/devices/6210e8acde9933029be8facf_dev1/sys/messages/down",2
OK
+QMTSUB: 0,1,0,2
發(fā)布主題
命令格式:AT+QMTPUB=,,,,"",""
先發(fā)送指令:
AT+QMTPUB=0,0,0,0,"$oc/devices/6210e8acde9933029be8facf_dev1/sys/properties/repor"
等待返回 ">"
接著發(fā)送數(shù)據(jù).不需要加回車。
"{"services": [{"service_id": "gps","properties":{"longitude":12.345,"latitude":33.345}}]}"
數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，再發(fā)送結(jié)束符。 十六進(jìn)制的值--0x1a 。某些串口調(diào)試助手可以適應(yīng)ctrl+z 快捷鍵輸入0xA
等待模塊返回"OK",到此數(shù)據(jù)發(fā)送完成。
OK
+QMTPUB: 0,0,0
5.2 測(cè)試模塊
第一步接上之后，串口調(diào)試助手選擇波特率為115200，勾選軟件上的發(fā)送新行選項(xiàng)。發(fā)送AT過去，正常模塊會(huì)返回OK。
查詢模塊是否正常
AT
OK
獲取卡號(hào),查詢卡是否插好
AT+CIMI
460041052911195
OK
激活網(wǎng)絡(luò)
AT+CGATT=1
OK
獲取網(wǎng)絡(luò)激活狀態(tài)
AT+CGATT?
+CGATT: 1
OK
查詢網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量
AT+CSQ
+CSQ: 26,0
OK
AT+CEREG=? //檢查網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)
+CEREG: 0,1 //找網(wǎng)成功
OK
5.3 keil工程代碼
5.4 功率檢測(cè)
#include "INA226.h"
#include "delay.h"
// 接線說明：
// 模擬IIC:
//IIC_SCL -- 時(shí)鐘線PB6(推挽、開漏輸出)
//IIC_SDA -- 雙向數(shù)據(jù)線PB7
INA226 ina226_data;
//初始化INA226
void INA226_Init(void)
{
IIC_Init();
INA226_SendData(INA226_ADDR1,CFG_REG,0x8000); //重新啟動(dòng)
INA226_SendData(INA226_ADDR1,CFG_REG,0x484f); //設(shè)置轉(zhuǎn)換時(shí)間204us,求平均值次數(shù)128，采樣時(shí)間為204*128，設(shè)置模式為分流和總線連續(xù)模式
INA226_SendData(INA226_ADDR1,CAL_REG,CAL); //設(shè)置分辨率
//INA226_SendData(INA226_ADDR1,CAL_REG,0x0012);//設(shè)置分流電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換參數(shù)
INA226_Get_ID(INA226_ADDR1); //獲取ina226的id
}
//設(shè)置寄存器指針
void INA226_SetRegPointer(u8 addr,u8 reg)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(addr);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(reg);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Stop();
}
//發(fā)送,寫入數(shù)據(jù)
void INA226_SendData(u8 addr,u8 reg,u16 data)
{
u8 temp=0;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(addr);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(reg);
IIC_Wait_Ack();
temp = (u8)(data>>8);
IIC_Send_Byte(temp);
IIC_Wait_Ack();
temp = (u8)(data&0x00FF);
IIC_Send_Byte(temp);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Stop();
}
//讀取數(shù)據(jù)
u16 INA226_ReadData(u8 addr)
{
u16 temp=0;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(addr+1);
IIC_Wait_Ack();
temp = IIC_Read_Byte(1);
temp<<=8;
temp |= IIC_Read_Byte(0);
IIC_Stop();
return temp;
}
//1mA/bit
u16 INA226_GetShunt_Current(u8 addr)
{
u16 temp=0;
INA226_SetRegPointer(addr,CUR_REG);
temp = INA226_ReadData(addr);
if(temp&0x8000) temp = ~(temp - 1);
return temp;
}
//獲取id
void INA226_Get_ID(u8 addr)
{
u32 temp=0;
INA226_SetRegPointer(addr,INA226_GET_ADDR);
temp = INA226_ReadData(addr);
ina226_data.ina226_id = temp;
}
//獲取校準(zhǔn)值
u16 INA226_GET_CAL_REG(u8 addr)
{
u32 temp=0;
INA226_SetRegPointer(addr,CAL_REG);
temp = INA226_ReadData(addr);
return (u16)temp;
}
//1.25mV/bit
u16 INA226_GetVoltage(u8 addr)
{
u32 temp = 0;
INA226_SetRegPointer(addr,BV_REG);
temp = INA226_ReadData(addr);
return (u16)temp;
}
//2.5uV/bit
u16 INA226_GetShuntVoltage(u8 addr)
{
int16_t temp = 0;
INA226_SetRegPointer(addr,SV_REG);
temp = INA226_ReadData(addr);
if(temp&0x8000) temp = ~(temp - 1);
return (u16)temp;
}
//獲取電壓
void GetVoltage(float *Voltage)//mV
{
*Voltage = INA226_GetVoltage(INA226_ADDR1)*Voltage_LSB;
}
//獲取分流電壓
void Get_Shunt_voltage(float *Voltage)//uV
{
*Voltage = (INA226_GetShuntVoltage(INA226_ADDR1)*INA226_VAL_LSB);//如需矯正電流分流參數(shù)請(qǐng)將這里改為2.5
}
//獲取電流
void Get_Shunt_Current(float *Current)//mA
{
*Current = (INA226_GetShunt_Current(INA226_ADDR1)* CURRENT_LSB);
}
//獲取功率= 總線電壓 * 電流
void get_power()//W
{
GetVoltage(&ina226_data.voltageVal); //mV
Get_Shunt_voltage(&ina226_data.Shunt_voltage); //uV
Get_Shunt_Current(&ina226_data.Shunt_Current); //mA
Get_Power(&ina226_data.Power);
ina226_data.Power_Val = ina226_data.voltageVal*0.001f * ina226_data.Shunt_Current*0.001f; //mV*mA
}
//獲取功率裝載值,ina226內(nèi)部計(jì)算的的功率，由于未經(jīng)校準(zhǔn)，故不采用
u16 INA226_Get_Power(u8 addr)
{
int16_t temp=0;
INA226_SetRegPointer(addr,PWR_REG);
temp = INA226_ReadData(addr);
return (u16)temp;
}
//獲取功率,ina226內(nèi)部計(jì)算，不準(zhǔn)確，不采用
void Get_Power(float *Power)//W
{
*Power = (INA226_Get_Power(INA226_ADDR1)*POWER_LSB);
}
//不設(shè)置報(bào)警，舍棄
/*
u8 INA226_AlertAddr()
{
u8 temp;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(INA226_GETALADDR);
IIC_Wait_Ack();
temp = IIC_Read_Byte(1);
IIC_Stop();
return temp;
}
*/
5.5 BH1750環(huán)境光強(qiáng)度
#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(hào)
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(hào)
IIC_Start(); //發(fā)送起始信號(hào)
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(hào)
IIC_Start(); //發(fā)送起始信號(hào)
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(hào)
DelayMs(100); //等待
IIC_Start(); //發(fā)送起始信號(hào)
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(hào)
t1=IIC_ReadOneByteData(); //接收數(shù)據(jù)
IIC_SendACK(1); //發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)
IIC_Stop(); //停止信號(hào)
t=(((t0<<8)|t1)/1.2);
return t;
}
審核編輯：湯梓紅
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