STM32+华为云IOT制作酒驾监控系统：上车就监控

摘要：设计一种安装在驾驶室内，能根据具体功能进行鉴别酒精浓度的系统，一起监督行车安全。

本文分享自华为云社区《基于STM32+华为云IOT设计的酒驾监控系统【玩转华为云】》，作者： DS小龙哥。

1. 前言

随着人们生活水平的提高，为了减少和杜绝车祸的现象越来越多，所引发的交通事故也引起了人们的重视，为了减少和杜绝酒后驾车导致事故发生，当前设计了一种安装在驾驶室内，能根据具体功能进行鉴别酒精浓度的系统，当识别到酒驾之后会发出警报，并发送短信给指定紧急联系人，通知家人通知酒驾，一起监督行车安全。并将GPS数据上传到华为云物联网平台，调用地图模块显示具体位置，主控芯片采用STM32单片机，GSM模块采用IM800C。系统还带了一块LCD显示屏，可以实时显示检测的酒精含量，酒精超标后，本地蜂鸣器也会发出警报，提醒驾驶员。

测量酒驾的标准是：

（1）饮酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于20mg/100ml，小于80mg/100ml的驾驶行为。（2）醉酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100ml的驾驶行为。

需要使用的硬件如下:

（1）STM32系统板

（2）酒精检测传感器

（3）LCD显示屏

（4）供电模块

（5）SIM800C模块

（6）蜂鸣器模块

（7）GPS模块–采用SIM800C内部的GPS功能获取GPS数据。

为了测试，搞了几口二锅头。

上位机采用QT开发，调用华为云的应用侧接口获取设备上传的数据。再调用百度接口，获取GPS定位的位置。

2. 登录华为云创建云端设备

2.1 创建产品

华为运官网: https://www.huaweicloud.com/

在这里可以查看接入的协议的端口号和地址。

MQTT (1883)    a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com

我们设备接入的协议选择MQTT，端口对应是1883

接下来继续创建产品，点击产品页面，点击右上角创建产品：

2.2 创建设备

这是我的设备信息:

设备ID
625cd29cecf9c41c38215ba5_1126626497

设备密钥
1126626497

{
    "device_id": "625cd29cecf9c41c38215ba5_1126626497",
    "secret": "1126626497"
}

2.3 产品模型定义

这一步就是设置上报设备的属性，也就是设备的数据类型定义。

2.4 生成MQTT登录密匙

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

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

下面就得到了MQTT协议设备登录的参数。

2.5 使用MQTT客户端软件登录

所有的参数已经得到，接下来采用MQTT客户端登录华为云进行测试。

华为云物联网平台的域名是: a161a58a78.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。

2.6 上报数据

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

在这个文档里介绍了MQTT上报数据的格式。

总结的格式:

//订阅主题: 平台下发消息给设备
$oc/devices/625cd29cecf9c41c38215ba5_1126626497/sys/messages/down

//设备上报数据
$oc/devices/625cd29cecf9c41c38215ba5_1126626497/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": "MQ3","properties":{"MQ3":50}}]}

到此，设备数据已经上报成功，如果需要增加更多的属性，按照流程继续增加即可。

3. STM32代码实现

酒精浓度传感器的预热时间要20秒~1分钟左右，这段时间之后采集的数据才会稳定。预热模块会发热，烫手，这个是正常现象。

3.1 系统原理图

3.2 程序下载

通过USB进行程序下载： 下载软件在软件包目录下。

点击开始编程之后，点击板子上的复位键即可下载程序，如果失败，重试几次即可。正常的效果如下。

正常程序运行之后，打开串口调试助手看到的初始化信息如下：

3.3 字体取模

3.4 main.c代码

keil工程可以在这里get: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/81993720

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include <string.h>
#include "timer.h"
#include "oled.h"
#include "adc.h"
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "font.h"
#include "sim800c.h"
#include "mqtt.h"

/*
硬件连接方式:
1. TFT 1.44 寸彩屏接线
GND   电源地
VCC   接5V或3.3v电源
SCL   接PC8（SCL）
SDA   接PC9（SDA）
RST   接PC10
DC    接PB7
CS    接PB8
BL      接PB11

2. 蜂鸣器
VCC--->3.3V
DAT--->PA6
GND--->GND

3. 酒精检测传感器MQ3
VCC--->3.3V
GND--->GND
DAT--->PA1

4. 板载LED灯接线
LED1---PA8
LED2---PD2

5. 板载按键接线
K0---PA0
K1---PC5
K2---PA15

6. SIM800C--GSM模块
GND----GND
VCC--->3.3V
PA2----SIM800C_RXD
PA3----SIM800C_TXD
*/

//华为物联网服务器的设备信息
#define MQTT_ClientID "62381267575fb713ee164ad2_xl_1_0_0_2022032106"
#define MQTT_UserName "62381267575fb713ee164ad2_xl_1"
#define MQTT_PassWord "124344feff3e3d96ff6af13cf36af36766619ff1eeee40e99cbae9b7b9739fe4"

//订阅与发布的主题
#define SET_TOPIC  "$oc/devices/62381267575fb713ee164ad2_xl_1/sys/messages/down"  //订阅
#define POST_TOPIC "$oc/devices/62381267575fb713ee164ad2_xl_1/sys/properties/report"  //发布
//设置连接的路由器信息
#define CONNECT_WIFI  "Xiaomi_meizi6"   //将要连接的路由器名称 --不要出现中文、空格等特殊字符
#define CONNECT_PASS "12170307yu"       //将要连接的路由器密码

#define CONNECT_SERVER_IP "a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com"   //服务器IP地址
#define CONNECT_SERVER_PORT 1883            //服务器端口

//JTAG模式设置,用于设置JTAG的模式
//mode:jtag,swd模式设置;00,全使能;01,使能SWD;10,全关闭;
#define JTAG_SWD_DISABLE   0X02
#define SWD_ENABLE         0X01
#define JTAG_SWD_ENABLE    0X00
void JTAG_Set(u8 mode)
{
    u32 temp;
    temp=mode;
    temp<<=25;
    RCC->APB2ENR|=1<<0;     //开启辅助时钟
    AFIO->MAPR&=0XF8FFFFFF; //清除MAPR的[26:24]
    AFIO->MAPR|=temp;       //设置jtag模式
}
u16 MQ3_data=0; //酒精浓度
float MQ3_data_float=0; //mg/l

char data_buff[100];
//酒精超标提示
u8 sim800c_buff[100]="Drunk driving reminder";

int main()
{
    u8 state=0;
    u8 key=0;
    u32 time_cnt=0;
    JTAG_Set(JTAG_SWD_DISABLE); //释放PA15
    LED_Init();  //LED灯初始化
    BEEP_Init(); //蜂鸣器初始化
    KEY_Init();  //按键初始化
    USART1_Init(115200); //串口1初始化-打印调试信息
    Lcd_Init();    //LCD初始化
    Lcd_Clear(0);  //清屏为黑色
    LCD_LED_SET;   //通过IO控制背光亮
    AdcInit();     //ADC初始化--检测酒精传感器的值
    TIMER2_Init(72,20000);//辅助串口2接收，超时时间为20ms
    USART2_Init(115200); //可能的波特率(测试):  57600 、9600、115200
    USART3_Init(115200);//串口-WIFI
    TIMER3_Init(72,20000); //超时时间20ms

    //预热视频
    LCD_ShowChineseFont(0,16*3,16,HZ_FONT_16[20],RED,0);
    LCD_ShowChineseFont(16,16*3,16,HZ_FONT_16[21],RED,0);
    LCD_ShowChineseFont(16*2,16*3,16,HZ_FONT_16[22],RED,0);
    LCD_ShowChineseFont(16*3,16*3,16,HZ_FONT_16[23],RED,0);
    LCD_ShowChineseFont(16*4,16*3,16,HZ_FONT_16[24],RED,0);
    LCD_ShowChineseFont(16*5,16*3,16,HZ_FONT_16[25],RED,0);
    LCD_ShowChineseFont(16*6,16*3,16,HZ_FONT_16[26],RED,0);
    LCD_ShowChineseFont(16*7,16*3,16,HZ_FONT_16[27],RED,0);
    //delay_ms(30000); //初始化时间30秒
    delay_ms(5000); //初始化时间5秒
    Lcd_Clear(0);  //清屏为黑色

   //采集数据的真实数据
   LCD_ShowChineseFont(0,16*2,16,HZ_FONT_16[0],RED,0);
   LCD_ShowChineseFont(16,16*2,16,HZ_FONT_16[1],RED,0);
   LCD_ShowChineseFont(16*2,16*2,16,HZ_FONT_16[2],RED,0);
   LCD_ShowChineseFont(16*3,16*2,16,HZ_FONT_16[3],RED,0);

   //酒精含量计算结果
   LCD_ShowChineseFont(0,16*3,16,HZ_FONT_16[4],RED,0);
   LCD_ShowChineseFont(16,16*3,16,HZ_FONT_16[5],RED,0);
   LCD_ShowChineseFont(16*2,16*3,16,HZ_FONT_16[6],RED,0);
   LCD_ShowChineseFont(16*3,16*3,16,HZ_FONT_16[7],RED,0);

    //酒精超标显示
    Gui_DrawFont_GBK16(0,16*4,RED,0,(u8*)"        ");
    LCD_ShowChineseFont(0,16*4,16,HZ_FONT_16[16],RED,0);
    LCD_ShowChineseFont(16,16*4,16,HZ_FONT_16[17],RED,0);
    LCD_ShowChineseFont(16*2,16*4,16,HZ_FONT_16[18],RED,0);
    LCD_ShowChineseFont(16*3,16*4,16,HZ_FONT_16[19],RED,0);

    //初始化SIM800C
    state=SIM800C_InitCheck();
    printf("SIM800C初始化状态:%d\r\n",state);
    DelayMs(1000);

    //设置文本模式
    state=SIM800C_SetNoteTextMode();
    printf("设置文本模式状态:%d\r\n",state);
    DelayMs(1000);

    //

      printf("正在初始化WIFI请稍等.\r\n");

    for(i=0;i<5;i++)
    {
        if(ESP8266_Init()==0)
        {
            esp8266_state=1;
            break;
        }
        else
        {
            esp8266_state=0;
            printf("ESP8266硬件检测错误.\n");
        }
    }

   if(esp8266_state)
   {
       printf("准备连接服务器....\r\n");
        //非加密端口
        printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode(CONNECT_WIFI,CONNECT_PASS,CONNECT_SERVER_IP,CONNECT_SERVER_PORT,1));

        //2. MQTT协议初始化
        MQTT_Init(); 

        //3. 连接服务器
        for(i=0;i<5;i++)
        {
            if(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord)==0)
            {
                esp8266_state=1;
                break;
            }
            esp8266_state=0;
            printf("服务器连接失败,正在重试...\n");
            delay_ms(500);
        }
        printf("服务器连接成功.\n");

        //3. 订阅主题
        if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1))
        {
           printf("主题订阅失败.\n");
        }
        else
        {
           printf("主题订阅成功.\n");
        }
   }

   while(1)
   {
        key=KEY_Scan();
        if(key)
        {
            printf("key=%d\r\n",key);
        }

        //控制LED灯
        if(key==2)
        {
            LED2=!LED2;
        }    

        //手动控制蜂鸣器测试
        //手动发送短信测试
        if(key==1)
        {
            BEEP=1;
            delay_ms(100);
            BEEP=0;

            sprintf((char*)sim800c_buff,"Drunk driving reminder:%d",MQ3_data);
            //发送短信
            if(SIM800C_SendNote((u8*)"13800138000",sim800c_buff,strlen((char*)sim800c_buff))==0)
            printf("短信发送成功\r\n");
            else
            printf("短信发送失败\r\n");
        }

        //轮询时间到达
        if(time_cnt>300)
        {
            time_cnt=0;
            LED1=!LED1;
            //获取空气质量
            MQ3_data=GetAdcCHxDATA(1);
            printf("采集MQ3数据:%d\r\n",MQ3_data);

             //上报数据
            sprintf(data_buff,"{\"services\": [{\"service_id\":\"STM32\",\"properties\":{\"MQ3\":%d}]}",
            MQ3_data);

            MQTT_PublishData(POST_TOPIC,data_buff,0);

               //上报数据
            sprintf(data_buff,"{\"services\": [{\"service_id\":\"STM32\",\"properties\":{\"MQ3\":%d}]}",
            MQ3_data);

            MQTT_PublishData(POST_TOPIC,data_buff,0);

            //LCD屏实时显示酒精浓度
            //采集数据
            sprintf(data_buff,"%d",MQ3_data);
            Gui_DrawFont_GBK16(72,16*2,RED,0,(u8*)"       ");
            Gui_DrawFont_GBK16(72,16*2,RED,0,(u8*)data_buff);

            //酒精含量
            //MQ3_data_float=((float)MQ3_data*(5.0/4096))*0.36-1.08;
            MQ3_data_float=((float)MQ3_data*(5.0/4096))*0.36;
            sprintf(data_buff,"%0.2f mg/L",MQ3_data_float);
            printf("计算酒精浓度:%s\r\n",data_buff);
            Gui_DrawFont_GBK16(72,16*3,RED,0,(u8*)"        ");
            Gui_DrawFont_GBK16(72,16*3,RED,0,(u8*)data_buff);  

             //判断酒精浓度是否超标，设置阀值
            if(MQ3_data>2000)
            {
                sprintf((char*)sim800c_buff," :%d",MQ3_data);
                //发送短信
                if(SIM800C_SendNote((u8*)"18171571217",sim800c_buff,strlen((char*)sim800c_buff))==0)
                printf("短信发送成功\r\n");
                else
                printf("短信发送失败\r\n");
            }

            //采集的值越小，表明酒精浓度越高。反之越大。
            //根据阀值显示不同的文字提示
            if(MQ3_data>2000)
            {
                 //你已酒驾
                Gui_DrawFont_GBK16(0,16*4,RED,0,(u8*)"        ");
                LCD_ShowChineseFont(0,16*4,16,HZ_FONT_16[8],RED,0);
                LCD_ShowChineseFont(16,16*4,16,HZ_FONT_16[9],RED,0);
                LCD_ShowChineseFont(16*2,16*4,16,HZ_FONT_16[10],RED,0);
                LCD_ShowChineseFont(16*3,16*4,16,HZ_FONT_16[11],RED,0);
            }
            //正常稳定范围采集的值是500左右
            else
            {
                //安全范围
                Gui_DrawFont_GBK16(0,16*4,RED,0,(u8*)"        ");
                LCD_ShowChineseFont(0,16*4,16,HZ_FONT_16[16],RED,0);
                LCD_ShowChineseFont(16,16*4,16,HZ_FONT_16[17],RED,0);
                LCD_ShowChineseFont(16*2,16*4,16,HZ_FONT_16[18],RED,0);
                LCD_ShowChineseFont(16*3,16*4,16,HZ_FONT_16[19],RED,0);
            }
        }

        DelayMs(10);
        time_cnt++;
     }
}

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