#夏日挑战赛# 基于STM32+华为云IOT设计智能称重系统原创精华

DS小龙哥

发布于 2022-7-20 10:29

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1.前言

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。

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连接华为云上传称重数据和GPS数据到云端（采用MQTT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。
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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。

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2.2 电子秤传感器

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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

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2.4 GPS模块

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2.5 蜂鸣器

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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	


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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
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MQTT设备登陆密匙生成地址: https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/
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DeviceId 		6277d70223aaf461a0f72a56_weigh
DeviceSecret 	12345678
ClientId		6277d70223aaf461a0f72a56_weigh_0_0_2022050814
Username		6277d70223aaf461a0f72a56_weigh
Password       0a3d097c6449b8526a562006a74c8c5e61ce63d6c831ea291560736a3332cf77
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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。
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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"}}]}
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通过MQTT客户端软件模拟上报测试：
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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。

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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
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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/
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4. STM32设备端开发

4.1 程序下载

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4.2 原理图

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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


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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");
    }        
    
    .........
        
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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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DS小龙哥

如果需要整个工程源码的话，评论区留下邮箱即可。

2022-8-2 09:48:11

Whyalone 回复了 DS小龙哥

如果需要整个工程源码的话，评论区留下邮箱即可。

建议上个gitee链接。

另外，如果最终产品化的话，收集用户定位信息是不是有点.......

2022-8-2 10:31:59

DS小龙哥回复了 Whyalone

建议上个gitee链接。另外，如果最终产品化的话，收集用户定位信息是不是有点.......

好的，后面准备上传Git仓库。

2022-8-2 11:37:06

qq6626d9a9b6f9b

小龙哥，还可以要这个程序的源代码吗？

2024-4-23 05:42:31

qq6626d9a9b6f9b 回复了 DS小龙哥

如果需要整个工程源码的话，评论区留下邮箱即可。

1701516796@qq.com,小龙哥，还可以要这个程序的源代码吗?谢谢

2024-4-23 05:43:23

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#夏日挑战赛# 基于STM32+华为云IOT设计智能称重系统原创精华

1.前言

2. 硬件选型

2.1 STM32F103C8T6

2.2 电子秤传感器

2.3 ESP8266-wifi

2.4 GPS模块

2.5 蜂鸣器

3. 创建云端产品与设备

3.1 创建产品

3.2 创建设备

3.3 自定义模型数据

3.4 MQTT密匙生成

3.5 主题订阅与发布

3.6 应用侧开发

4. STM32设备端开发

4.1 程序下载

4.2 原理图

4.3 硬件接线

4.4 MQTT连接代码

4.5 ESP8266代码

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2.2 电子秤传感器

2.3 ESP8266-wifi

2.4 GPS模块

2.5 蜂鸣器

3. 创建云端产品与设备

3.1 创建产品

3.2 创建设备

3.3 自定义模型数据

3.4 MQTT密匙生成

3.5 主题订阅与发布

3.6 应用侧开发

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