基于STM32+华为云IOT设计智能称重系统

摘要：选择部署多个重量传感器和必要的算法、通过WiFi 通信模块、GPS定位模块，采集车辆称重数据一地理位置信息，并通过网络发送至云平台，设计图形化UI界面展示称重、地图位置等重要信息，实现对称重系统的远程监测。

本文分享自华为云社区《基于STM32+华为云IOT设计智能称重系统》，作者：DS小龙哥

伴随着网络技术，各种通讯技术，传感器技术的飞速发展，物联网技术成为了当今技术领域发展为迅速的技术。而物联网技术的核心仍然是以互联网技术为基础的，物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是信息化时代的重要发展阶段。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

本设计的模型来源于物流、矿山、高速公路等场合，车辆称重地螃的智能化升级要求，设计基于物联网的智能在线称重方案，开发智能称重控制器，合理选择部署多个重量传感器和必要的算法、通过WIFF通信模块、GPS定位模块，采集车辆重数据一地理位置信息，并通过网络发送至云平台，设计图形化UI界面展示称重、地图位置等重要信息，实现对称重系统的远程监测。

随着物联网技术的逐步发展和日趋成熟，物联网技术是一个大而广的应用技术，并非仅仅局限于延伸应用。相信对地磅来说必然会有更多创新的应用实践。总的来说，地磅现代化、信息化、智能化一定紧随物联网技术的发展，而物联网技术的发展也必将促使地磅兴起新的技术革命。

1.设计的技术与硬件选项总结：

（1）云端通信模块采用ESP8266-WIFI

（2）联网通信模块采用：ESP8266

（3）GPS模块：采用ATGM336H双模GPS模块

（4）电子秤模块：用于称重

（5）物联网云平台：采用华为云物联网平台

设计总结：

（1）采用ESP8266连接OneNet上传称重数据和GPS数据到云端（采用HTTP协议）

云端上显示2个数据：GPS定位数据–地图显示，称重传感器的数据值

（2）3个称重传感器接一个秤面称重计算平均值

（3）本地OLED显示屏显示GPS经纬度数据、称重传感器的数据值。

（4）OLED设计一个页面显示并设置当前的报警上限。通过按键进行加减

当称重的阀值超出了设置阀值，蜂鸣器报警。

2. 硬件选型

2.1 STM32F103C8T6

STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M 内核STM32系列的32位的微控制器，程序存储器容量是64KB，需要电压2V~3.6V，工作温度为-40°C ~ 85°C。

2.2 电子秤传感器

HX711 是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D 转换器芯片。

2.3 ESP8266-wifi

2.4 GPS模块

2.5 蜂鸣器

3. 创建云端产品与设备

{

    "device_id": "6277d70223aaf461a0f72a56_weigh",

    "secret": "12345678"

}

服务ID: weigh

属性名称    数据类型    访问方式    描述

weigh       int(整型)    可读       重量

GPS       string(字符串)    可读      GPS定位信息

3.4 MQTT密匙生成

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

属性上报格式:
https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_3010.html

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

DeviceId         6277d70223aaf461a0f72a56_weigh

DeviceSecret     12345678

ClientId        6277d70223aaf461a0f72a56_weigh_0_0_2022050814

Username        6277d70223aaf461a0f72a56_weigh

Password       0a3d097c6449b8526a562006a74c8c5e61ce63d6c831ea291560736a3332cf77

华为云物联网平台的域名是: 161a58a78.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。

3.5 主题订阅与发布

//订阅主题: 平台下发消息给设备

$oc/devices/6277d70223aaf461a0f72a56_weigh/sys/messages/down

//设备上报数据

$oc/devices/6277d70223aaf461a0f72a56_weigh/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": "weigh","properties":{"GPS":"lat:12.345,lng:45.678"}}]}

通过MQTT客户端软件模拟上报测试：

查看控制台页面，数据已经上传成功了。

3.6 应用侧开发

为了更方便的展示设备数据，与设备完成交互，还需要开发一个配套的上位机，官方提供了应用侧开发的API接口、SDK接口，为了方便通用一点，我这里采用了API接口完成数据交互，上位机软件采用QT开发。

帮助文档地址: https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0034.html

设备属性就是设备上传的传感器状态数据信息，应用侧提供了API接口，可以主动向设备端下发请求指令；设备端收到指令之后需要按照约定的数据格式上报数据；所以，要实现应用层与设备端的数据交互，需要应用层与设备端配合才能完成。

在使用接口时，最好先使用华为自己的调试接口测试。
https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/doc?product=IoTDA&api=ListProperties

上位机软件采用Qt框架设计，Qt是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架。Qt是一个1991年由Qt Company开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。简单来说，QT可以很轻松的帮你做带界面的软件，甚至不需要你投入很大精力。

QT官网: https://www.qt.io/

4. STM32设备端开发

4.1 程序下载

4.2 原理图

4.3 硬件接线

（1）OLED显示屏接线:

D0----(SCK)------------------->>PB14

D1----(MOSI)------------------>>PB13

RES—(复位脚低电平有效)-------->>PB12

DC--(数据和命令控制管脚)------>>PB1

CS--(片选引脚)---------------->>PA7

GND--------------------------->>GND

VCC--------------------------->>3.3V或者5V

（2）ATK-ESP8266 WIFI接线

PA2(TX)--RXD 模块接收脚

PA3(RX)--TXD 模块发送脚

GND---GND 地

VCC---VCC 电源（3.3V~5.0V）

（3）外接蜂鸣器模块: 高电平响

BEEP----->PB8

（4）外接按键：

KEY1 -PB3 按下是低电平  清零

KEY2 -PB2 按下是低电平  翻页

KEY3 -PB6 按下是低电平  加

KEY4 -PB7 按下是低电平  减

（5）外接LED灯模块：

LED1-PB4 低电平亮

LED2-PB5 低电平亮

（6）称重传感器1

VCC--->5V

SCK--->PA4   时序控制脚--对STM32--输出模式

DT---->PA5   输出输出脚-对STM32--输入模式

GND--->GND

（7）称重传感器2

VCC--->5V

SCK--->PA11   时序控制脚--对STM32--输出模式

DT---->PA12   输出输出脚-对STM32--输入模式

GND--->GND

（8）称重传感器3

VCC--->5V

SCK--->PA6   时序控制脚--对STM32--输出模式

DT---->PA8   输出输出脚-对STM32--输入模式

GND--->GND

（9）GPS模块接线说明

GND----GND

VCC---3.3V

PB11----GPS_TX

PB10----GPS_RX

（--）板载LED灯:低电平亮

LED1--PC13

BEEP2--PC14

（--）板载按键:

KEY1--PA0  按下为高电平

4.4 MQTT连接代码

#include "stm32f10x.h"

#include "led.h"

#include "delay.h"

#include "key.h"

#include "usart.h"

#include <string.h>

#include "timer.h"

#include "bluetooth.h"

#include "esp8266.h"

#include "mqtt.h"

//华为物联网服务器的设备信息

#define MQTT_ClientID "61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510"

#define MQTT_UserName "61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497"

#define MQTT_PassWord "385ce91dfe7da5b7431868d5d87e7998163c493344040935d5a00024d6324242"

//订阅与发布的主题

#define SET_TOPIC  "$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/messages/down"  //订阅

#define POST_TOPIC "$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/properties/report"  //发布

char mqtt_message[200];//上报数据缓存区

int main()

{

   u32 time_cnt=0;

   u32 i;

   u8 key;

   LED_Init();

   BEEP_Init();

   KEY_Init();

   USART1_Init(115200);

   TIMER1_Init(72,20000); //超时时间20ms

   USART2_Init(9600);//串口-蓝牙

   TIMER2_Init(72,20000); //超时时间20ms

   USART3_Init(115200);//串口-WIFI

   TIMER3_Init(72,20000); //超时时间20ms

   USART1_Printf("正在初始化WIFI请稍等.\n");

   if(ESP8266_Init())

   {

      USART1_Printf("ESP8266硬件检测错误.\n");

   }

   else

   {

      //非加密端口

      USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode("CMCC-Cqvn","99pu58cb","121.36.42.100",1883,1));

   }

    //2. MQTT协议初始化

    MQTT_Init();

    //3. 连接华为服务器

    while(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord))

    {

        USART1_Printf("服务器连接失败,正在重试...\n");

        delay_ms(500);

    }

    USART1_Printf("服务器连接成功.\n");

    //3. 订阅主题

    if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1))

    {

        USART1_Printf("主题订阅失败.\n");

    }

    else

    {

        USART1_Printf("主题订阅成功.\n");

    }        

    .........

4.5 ESP8266代码

#include "esp8266.h"

u8 ESP8266_IP_ADDR[16]; //255.255.255.255

u8 ESP8266_MAC_ADDR[18]; //硬件地址

/*

函数功能: ESP8266命令发送函数

函数返回值:0表示成功  1表示失败

*/

u8 ESP8266_SendCmd(char *cmd)

{

    u8 i,j;

    for(i=0;i<10;i++) //检测的次数--发送指令的次数

    {

        USARTx_StringSend(USART3,cmd);

        for(j=0;j<100;j++) //等待的时间

        {

            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;

}

/*

函数功能: ESP8266硬件初始化检测函数

函数返回值:0表示成功  1表示失败

*/

u8 ESP8266_Init(void)

{

    //退出透传模式

    USARTx_StringSend(USART3,"+++");

    delay_ms(50);

    return ESP8266_SendCmd("AT\r\n");

}

/*

函数功能: 一键配置WIFI为AP+TCP服务器模式

函数参数:

char *ssid  创建的热点名称

char *pass  创建的热点密码 （最少8位）

u16 port    创建的服务器端口号

函数返回值: 0表示成功 其他值表示对应错误值

*/

u8 ESP8266_AP_TCP_Server_Mode(char *ssid,char *pass,u16 port)

{

    char *p;

    u8 i;

    char ESP8266_SendCMD[100]; //组合发送过程中的命令

    /*1. 测试硬件*/

    if(ESP8266_SendCmd("AT\r\n"))return 1;

    /*2. 关闭回显*/

    if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 2;

    /*3. 设置WIFI模式*/

    if(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=2\r\n"))return 3;

    /*4. 复位*/

    ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n");

    delay_ms(1000);

    delay_ms(1000);

    delay_ms(1000);

    /*5. 关闭回显*/

    if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 5;

    /*6. 设置WIFI的AP模式参数*/

    sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CWSAP=\"%s\",\"%s\",1,4\r\n",ssid,pass);

    if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 6;

    /*7. 开启多连接*/

    if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=1\r\n"))return 7;

    /*8. 设置服务器端口号*/

    sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CIPSERVER=1,%d\r\n",port);

    if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 8;

    /*9. 查询本地IP地址*/

    if(ESP8266_SendCmd("AT+CIFSR\r\n"))return 9;

    //提取IP地址

    p=strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"APIP");

    if(p)

    {

        p+=6;

        for(i=0;*p!='"';i++)

        {

            ESP8266_IP_ADDR[i]=*p++;

        }

        ESP8266_IP_ADDR[i]='\0';

    }

    //提取MAC地址

    p=strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"APMAC");

    if(p)

    {

        p+=7;

        for(i=0;*p!='"';i++)

        {

            ESP8266_MAC_ADDR[i]=*p++;

        }

        ESP8266_MAC_ADDR[i]='\0';

    }

    //打印总体信息

    USART1_Printf("当前WIFI模式:AP+TCP服务器\n");

    USART1_Printf("当前WIFI热点名称:%s\n",ssid);

    USART1_Printf("当前WIFI热点密码:%s\n",pass);

    USART1_Printf("当前TCP服务器端口号:%d\n",port);

    USART1_Printf("当前TCP服务器IP地址:%s\n",ESP8266_IP_ADDR);

    USART1_Printf("当前TCP服务器MAC地址:%s\n",ESP8266_MAC_ADDR);

    return 0;

}

/*

函数功能: TCP服务器模式下的发送函数

发送指令:

*/

u8 ESP8266_ServerSendData(u8 id,u8 *data,u16 len)

{

    u8 i,j,n;

    char ESP8266_SendCMD[100]; //组合发送过程中的命令

    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,">"))

                {

                    //继续发送数据

                    USARTx_DataSend(USART3,data,len);

                    //等待数据发送成功

                    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;

}

/*

函数功能: 配置WIFI为STA模式+TCP客户端模式

函数参数:

char *ssid  创建的热点名称

char *pass  创建的热点密码 （最少8位）

char *p     将要连接的服务器IP地址

u16 port    将要连接的服务器端口号

u8 flag     1表示开启透传模式 0表示关闭透传模式

函数返回值:0表示成功  其他值表示对应的错误

*/

u8 ESP8266_STA_TCP_Client_Mode(char *ssid,char *pass,char *ip,u16 port,u8 flag)

{

    char ESP8266_SendCMD[100]; //组合发送过程中的命令

    //退出透传模式

    //USARTx_StringSend(USART3,"+++");

    //delay_ms(50);

    /*1. 测试硬件*/

    if(ESP8266_SendCmd("AT\r\n"))return 1;

    /*2. 关闭回显*/

    if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 2;

    /*3. 设置WIFI模式*/

    if(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=1\r\n"))return 3;

    /*4. 复位*/

    ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n");

    delay_ms(1000);

    delay_ms(1000);

    delay_ms(1000);

    /*5. 关闭回显*/

    if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 5;

    /*6. 配置将要连接的WIFI热点信息*/

    sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"\r\n",ssid,pass);

    if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 6;

    /*7. 设置单连接*/

    if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=0\r\n"))return 7;

    /*8. 配置要连接的TCP服务器信息*/

    sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CIPSTART=\"TCP\",\"%s\",%d\r\n",ip,port);

    if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 8;

    /*9. 开启透传模式*/

    if(flag)

    {

       if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=1\r\n"))return 9; //开启

       if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPSEND\r\n"))return 10;  //开始透传

       if(!(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,">")))

       {

            return 11;

       }

        //如果想要退出发送:  "+++"

    }

     //打印总体信息

    USART1_Printf("当前WIFI模式:STA+TCP客户端\n");

    USART1_Printf("当前连接的WIFI热点名称:%s\n",ssid);

    USART1_Printf("当前连接的WIFI热点密码:%s\n",pass);

    USART1_Printf("当前连接的TCP服务器端口号:%d\n",port);

    USART1_Printf("当前连接的TCP服务器IP地址:%s\n",ip);

    return 0;

}

/*

函数功能: TCP客户端模式下的发送函数

发送指令:

*/

u8 ESP8266_ClientSendData(u8 *data,u16 len)

{

    u8 i,j,n;

    char ESP8266_SendCMD[100]; //组合发送过程中的命令

    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,">"))

                {

                    //继续发送数据

                    USARTx_DataSend(USART3,data,len);

                    //等待数据发送成功

                    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;

}

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