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基于STM32设计的智慧路灯(太阳能+华为云IOT)
1. 前言
随着工业和城市的快速发展，道路照明系统的产业也在迅速发展，并趋于复杂化,为了更经济地控制和维护复杂的路灯系统，市面上各大科技公司开发了各种路灯控制系统，并且路灯都连上物联网云端，连上了政府网络，可以远程了解路灯的工作情况，运行情况。
为了方便了解物联网平台，学习物联网开发，了解智慧路灯的开发，本文就采用华为云IOT物联网平台，选择STM32作为主控芯片，再配合相关的传感器完成智慧路灯开发。2. 具体实现的功能以及相关的硬件
当前设计的智慧路灯采用NBIOT模块-BC20连接华为云物联网服务器，上传路灯的各种参数信息：环境光强度、太阳能充电板电压、锂电池电量等信息。设计了一款手机APP，可以通过华为云物联网平台的应用侧提供的开发接口，获取路灯上传的参数信息，并且可以在手机APP上远程手动控制路灯开关，设置路灯的开启和关闭时间等。 智慧路灯的的主控芯片采用STM32F103C8T6、NBIOT联网模块采用BC20,BC20内置了MQTT协议，可以通过AT指令连接物联网平台实现通信。智慧路灯采用锂电池供电，并且配有太阳能充电板，可以使用太阳进行充电补偿电量。使用了功率监控器，电池电量检测芯片，可以检测充电效率、电流、电压、电池电量等信息。BC20带了GPS功能，可以上报路灯的GPS位置到云端服务器，手机APP获取之后，可以调用百度地图显示出路灯的位置。
3. 硬件选型
3.1 STM32F103C8T6
3.2 太阳能板
3.3 锂电池充电模块
3.4 功率检测模块
3.5 BH1750光敏传感器
3.6 LED灯
3.7 BC20-NBIOT模块
型号: BC20+BD+GPS 品牌: 创思 产地: 中国大陆 接口类型: TTL 适用场景: NBIOT 尺寸: 40x40x12mm 工作电流: 0.5A 支持TCP/IP协议: 支持传输速率: 115200Kbps 工作电压: 5V 是否支持语音电话: 否 模块类型: 其他 是否支持短信: 否 支持制式标准: GSM/GPRS(2G) 是否支持电话簿: 否- 1
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4. 创建产品与设备
4.1 创建产品
地址：https://www.huaweicloud.com/?locale=zh-cn
4.2 自定义模型
地址: https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-dev/all-product/7211833377cf435c8c0580de390eedbe/product-detail/6276134223aaf461a0f6e515
4.3 创建设备
{ "device_id": "6276134223aaf461a0f6e515_1126626497", "secret": "12345678" }- 1
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4.4 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 6276134223aaf461a0f6e515_1126626497 DeviceSecret 12345678 ClientId 6276134223aaf461a0f6e515_1126626497_0_0_2022050706 Username 6276134223aaf461a0f6e515_1126626497 Password 73ebe0779dbd5b2e2fd3db8ab8f642b78d7a532576f2e14d2799d4f78d37bcc8- 1
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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。
4.5 主题订阅与发布
//订阅主题: 平台下发消息给设备 $oc/devices/6276134223aaf461a0f6e515_1126626497/sys/messages/down //设备上报数据 $oc/devices/6276134223aaf461a0f6e515_1126626497/sys/properties/report //上报的属性消息 (一次可以上报多个属性,在json里增加就行了) {"services": [{"service_id": "led","properties":{"GPS":"lat:12.345,lng:45.678"}}]}- 1
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通过MQTT客户端软件模拟上报测试：
4.6 应用侧开发
为了更方便的展示设备数据，与设备完成交互，还需要开发一个配套的上位机，官方提供了应用侧开发的API接口、SDK接口，为了方便通用一点，我这里采用了API接口完成数据交互，上位机软件采用QT开发。
帮助文档地址: ttps://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0034.html
设备属性就是设备上传的传感器状态数据信息，应用侧提供了API接口，可以主动向设备端下发请求指令；设备端收到指令之后需要按照约定的数据格式上报数据；所以，要实现应用层与设备端的数据交互，需要应用层与设备端配合才能完成。
5. STM32程序设计
STM32连接华为云IOT的工程案例: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/81993720
5.1 BC20连接华为云物联网服务器-调试
连接MQTT服务器 AT+QMTOPEN=0,"a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com",1883 OK +QMTOPEN: 0,0 登录MQTT服务器 命令格式: AT+QMTCONN=<tcpconnectID>,<clientID>,<username>,<password> AT+QMTCONN=0,"6210e8acde9933029be8facf_dev1_0_0_2022021913","6210e8acde9933029be8facf_dev1","6cea55404b463e666cd7a6060daba745bbaa17fe7078dfef45f8151cdf19673d" OK +QMTCONN: 0,0,0 订阅主题 命令格式: AT+QMTSUB=<tcpconnectID>,<msgID>,"<topic1>”,<qos1>[,"<topic2>”,<qos2>…] AT+QMTSUB=0,1,"$oc/devices/6210e8acde9933029be8facf_dev1/sys/messages/down",2 OK +QMTSUB: 0,1,0,2 发布主题 命令格式:AT+QMTPUB=<tcpconnectID>,<msgID>,<qos>,<retain>,"<topic>","<msg>" 先发送指令: AT+QMTPUB=0,0,0,0,"$oc/devices/6210e8acde9933029be8facf_dev1/sys/properties/repor" 等待返回 ">" 接着发送数据.不需要加回车。 "{"services": [{"service_id": "gps","properties":{"longitude":12.345,"latitude":33.345}}]}" 数据发送完毕，再发送结束符。 十六进制的值--0x1a 。某些串口调试助手可以适应ctrl+z 快捷键输入0xA 等待模块返回"OK",到此数据发送完成。 OK +QMTPUB: 0,0,0- 1
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5.2 测试模块
第一步接上之后，串口调试助手选择波特率为115200，勾选软件上的发送新行选项。发送
AT过去，正常模块会返回OK。查询模块是否正常 AT OK 获取卡号,查询卡是否插好 AT+CIMI 460041052911195 OK 激活网络 AT+CGATT=1 OK 获取网络激活状态 AT+CGATT? +CGATT: 1 OK 查询网络质量 AT+CSQ +CSQ: 26,0 OK AT+CEREG=? //检查网络状态 +CEREG: 0,1 //找网成功 OK- 1
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5.3 keil工程代码
MQTT协议连接华为云IOT源码工程: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/81993720
5.4 功率检测
#include "INA226.h" #include "delay.h" // 接线说明： // 模拟IIC: //IIC_SCL -- 时钟线PB6(推挽、开漏输出) //IIC_SDA -- 双向数据线PB7 INA226 ina226_data; //初始化INA226 void INA226_Init(void) { IIC_Init(); INA226_SendData(INA226_ADDR1,CFG_REG,0x8000); //重新启动 INA226_SendData(INA226_ADDR1,CFG_REG,0x484f); //设置转换时间204us,求平均值次数128，采样时间为204*128，设置模式为分流和总线连续模式 INA226_SendData(INA226_ADDR1,CAL_REG,CAL); //设置分辨率 //INA226_SendData(INA226_ADDR1,CAL_REG,0x0012);//设置分流电压转电流转换参数 INA226_Get_ID(INA226_ADDR1); //获取ina226的id } //设置寄存器指针 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(); } //发送,写入数据 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(); } //读取数据 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; } //获取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; } //获取校准值 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; } //获取电压 void GetVoltage(float *Voltage)//mV { *Voltage = INA226_GetVoltage(INA226_ADDR1)*Voltage_LSB; } //获取分流电压 void Get_Shunt_voltage(float *Voltage)//uV { *Voltage = (INA226_GetShuntVoltage(INA226_ADDR1)*INA226_VAL_LSB);//如需矫正电流分流参数请将这里改为2.5 } //获取电流 void Get_Shunt_Current(float *Current)//mA { *Current = (INA226_GetShunt_Current(INA226_ADDR1)* CURRENT_LSB); } //获取功率= 总线电压 * 电流 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 } //获取功率装载值,ina226内部计算的的功率，由于未经校准，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; } //获取功率,ina226内部计算，不准确，不采用 void Get_Power(float *Power)//W { *Power = (INA226_Get_Power(INA226_ADDR1)*POWER_LSB); } //不设置报警，舍弃 /* u8 INA226_AlertAddr() { u8 temp; IIC_Start(); IIC_Send_Byte(INA226_GETALADDR); IIC_Wait_Ack(); temp = IIC_Read_Byte(1); IIC_Stop(); return temp; } */- 1
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5.5 BH1750环境光强度
#include "bh1750.h" float Read_BH1750_Data() { unsigned char t0; unsigned char t1; float t; u8 r_s=0; IIC_Start(); //发送起始信号 IIC_WriteOneByteData(0x46); r_s=IIC_GetACK();//获取应答 if(r_s)printf("error:1\r\n"); IIC_WriteOneByteData(0x01); r_s=IIC_GetACK();//获取应答 if(r_s)printf("error:2\r\n"); IIC_Stop(); //停止信号 IIC_Start(); //发送起始信号 IIC_WriteOneByteData(0x46); r_s=IIC_GetACK();//获取应答 if(r_s)printf("error:3\r\n"); IIC_WriteOneByteData(0x01); r_s=IIC_GetACK();//获取应答 if(r_s)printf("error:4\r\n"); IIC_Stop(); //停止信号 IIC_Start(); //发送起始信号 IIC_WriteOneByteData(0x46); r_s=IIC_GetACK();//获取应答 if(r_s)printf("error:5\r\n"); IIC_WriteOneByteData(0x10); r_s=IIC_GetACK();//获取应答 if(r_s)printf("error:6\r\n"); IIC_Stop(); //停止信号 DelayMs(100); //等待 IIC_Start(); //发送起始信号 IIC_WriteOneByteData(0x47); r_s=IIC_GetACK();//获取应答 if(r_s)printf("error:7\r\n"); t0=IIC_ReadOneByteData(); //接收数据 IIC_SendACK(0); //发送应答信号 t1=IIC_ReadOneByteData(); //接收数据 IIC_SendACK(1); //发送非应答信号 IIC_Stop(); //停止信号 t=(((t0<<8)|t1)/1.2); return t; }- 1
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/125290027