基於STM32+ESP8266的物聯網環境監測系統設計

STM32+UCOSII+ESP8266

參考鏈接：https://blog.csdn.net/qq_38410730/article/details/86538288

參考資料：朱有鵬老師網絡編程部分教程、正點原子官方資料、百度查詢

因爲很早之前就一直想做一套完整的物聯網系統，所以趁着這段時間的一個設計，就一邊學一邊嘗試着做一套。系統數據採集部分採用大衆化的STM32作爲主控，再加上一些具有代表性的傳感器；數據傳輸部分即聯網媒介選擇ESP8266串口WIFI模塊；數據處理部分採用LAMP環境的雲服務器處理，再加上前端網頁共同組成一套完整的IOT系統(功能相對簡單)。

數據採集部分。室內環境幾個具有代表性的參數，主要是甲醛、可燃性氣體、PM顆粒、溫溼度等，故本系統分別用到了ZE08-CH2O甲醛模組、MQ2、PM、DHT11幾個傳感器。主控採用STM32F103C8T6,這一塊因爲網上資料非常多，全部開源，所以就不不一一講述了。這部分主要講一下我在移植UCOSII的時候，遇到的問題。因爲系統涉及到很多傳感器，需要進行大量任務，如果一條主任務，肯定是滿足不了需求的，所以移植了自己相對較熟悉的UCOSII操作系統。參考教程即爲正點原子官方提供的UCOSII移植資料，移植完了後，遇到了一些小問題，比如浮點數8字節對齊（ __align(8) 和任務棧大小的設置，這些都可能會影響到某個任務出現卡死的現象，因爲這些問題以及解決方法移植資料上面都會提及，就不一一贅述，此處說明是希望大家注意細節。

數據傳輸部分。數據上傳到互聯網則需要聯網媒介作爲中轉，聯網的方式有很多，無線、有線，無線又分很多種：無線串口、zigbee、WIFI、藍牙、GPRS等等，基於多方面考慮，本系統採用ESP8266串口WIFI模塊作爲聯網媒介。關於ESP8266的資料也非常多，原理、代碼都講得非常清楚，因爲我採用的是正點原子開發板配套的WIFI模塊，所以直接移植了自帶的例程，採用的是TCP透傳模式，採集終端作爲客戶端，不斷向服務器上傳數據。因爲MiniStm32例程是自帶TFTLCD顯示屏的例程，加上WIFI模塊，配合按鍵，可以手動輸入模式、IP等等信息，當然了例程運行一切正常。但是因爲我暫時不需要顯示屏，所以就取消顯示屏部分，只需要wifi部分，但是這時候出錯了，始終連接不了服務器。此處卡死：

開始以爲是服務器的問題，結果調試了很久終於發現了問題，因爲例程是自帶的配置串口2作爲WIFI傳輸部分，我換了一個串口3馬上就好了,當然了並不是串口2配置不對，而是因爲例程是開啓了DMA傳輸，即串口2採用DMA傳輸，可能是因爲取消掉顯示屏的原因，導致DMA配置部分有一些遺漏，所以DMA傳輸失敗從而導致串口2通信失敗，取消DMA傳輸立即OK。希望大家遇到了類似的問題引起注意。後面調試甲醛傳感器的時候，因爲其支持兩種通信協議，分別是串口和ADC，剛開始採用串口3，後面發現一直失敗，而且顯示屏字體顏色變淡，讀不到數據導致系統卡死，後面發現是因爲TFTLCD顯示屏和串口3的引腳複用了，PB10,PB11都被顯示屏數據口占用，此時想到了端口複用功能，隨後參考數據手冊發現串口3的複用重映射引腳也同樣被佔用了，馬上看了串口4、5都是一樣的結果，沒辦法，只好改成ADC，採集模擬量，最後成功。

後臺處理部分。本系統租用了一臺騰訊雲服務器，環境爲LAMP(Linux+Apache+Mysql+Php)。因爲服務器需要不斷接收來自採集終端部分的數據，所以接收服務器採用了socket監聽端口的方式來監聽接收數據。參考:朱有鵬老師網絡編程部分教程。代碼附在後面。接收到數據後，需要實時存儲到數據庫，以更新數據，保證數據的實時性。

前端網頁部分。採用CSS+DIV佈局，PHP和服務器交互，目前實現了一部分，能夠實時顯示採集到的數據，但是目前採用的是比較古老的刷新頁面的方法來刷新數據，後面將會加上AJAX局部刷新技術來更新動態數據，並且附上數據動態曲線走勢圖。

當前效果還比較簡陋，暫不貼圖，後面完善了再附上詳細代碼和效果圖。望各位見諒...

附代碼：

數據傳輸部分(esp8266)：

/***********************************************************
** 函數名: wifi_sta_trans_config
** 功能描述: ATK-ESP8266模塊TCP透傳模式配置
** 輸入: 無
** 輸出: 無
** 返回值: 無
** 日期: 2019/4/23
************************************************************/
void wifi_sta_trans_config(void)
{
       //一、設置工作模式(需重啓生效) 1：station模式 2：AP模式 3：兼容 AP+station模式
       atk_8266_send_cmd("AT+CWMODE=1","OK",50);

       //二、Wifi模塊重啓生效
       atk_8266_send_cmd("AT+RST","ready",20);

       delay_ms(1000); //延時3S等待重啓成功
       delay_ms(1000);
       delay_ms(1000);
       delay_ms(1000);

       //三、模塊連接上自己的路由
       while(atk_8266_send_cmd("AT+CWJAP=\"MERCURY\",\"12345678\"","WIFI GOT IP",600));

       //四、是否啓用多路連接 0:單路連接模式 1:多路連接模式
       atk_8266_send_cmd("AT+CIPMUX=0","OK",20);

       //五、建立TCP連接這四項分別代表了：要連接的ID號0~4 連接類型遠程服務器IP地址遠程服務器端口號
       while(atk_8266_send_cmd("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"192.168.x.x\",5000","CONNECT",200));

       //六、開啓透傳模式 0：表示關閉 1：表示開啓透傳
       atk_8266_send_cmd("AT+CIPMODE=1","OK",200);

       //七、透傳模式下開始發送數據這個指令之後就可以直接發數據了
       atk_8266_send_cmd("AT+CIPSEND","OK",50);
}

/***********************************************************
** 函數名: atk_8266_send_cmd
** 功能描述: 向ATK-ESP8266發送命令
** 輸入: cmd:發送的命令字符串 ack:期待的應答結果,如果爲空,則表示不需要等待應答 waittime:等待時間(單位:10ms)
** 輸出: 無
** 返回值: 0,發送成功(得到了期待的應答結果) 1,發送失敗
** 日期: 2019/3/23
************************************************************/
u8 atk_8266_send_cmd(u8 *cmd,u8 *ack,u16 waittime)
{
   u8 res=0;
   USART2_RX_STA=0;
   u2_printf("%s\r\n",cmd);   //發送命令 (向WiFi模塊發送)

   if(ack&&waittime)       //需要等待應答
   {
       while(--waittime)   //等待倒計時
       {
           delay_ms(10);
           if(USART2_RX_STA&0X8000)//接收到期待的應答結果
           {
               if(atk_8266_check_cmd(ack))
               {
                   printf("ack:%s\r\n",(u8*)ack);
                   break;//得到有效數據
               }
               USART2_RX_STA=0;
           }
       }
       if(waittime==0)res=1;
   }
   return res;
}

/***********************************************************
** 函數名: atk_8266_send_data
** 功能描述: 向ATK-ESP8266發送指定數據
** 輸入: data:發送的數據(不需要添加回車了) ack:期待的應答結果,如果爲空,則表示不需要等待應答 waittime:等待時間(單位:10ms)
** 輸出: 無
** 返回值: 0,發送成功(得到了期待的應答結果)
** 日期: 2019/3/23
************************************************************/
u8 atk_8266_send_data(u8 *data,u8 *ack,u16 waittime)
{
   u8 res=0;
   USART2_RX_STA=0;
   u2_printf("%s",data);   //發送命令

   if(ack&&waittime)       //需要等待應答
   {
       while(--waittime)   //等待倒計時
       {
           delay_ms(10);
           if(USART2_RX_STA&0X8000) //接收到期待的應答結果
           {
               if(atk_8266_check_cmd(ack))break;//得到有效數據
               USART2_RX_STA=0;
           }
       }
       if(waittime==0)res=1;
   }
   return res;
}

數據接收部分：

<?php
   $my_severIP = "x.x.x.x"; //服務器IP
   $my_serverPORT = 5000; //服務器端口號
   $my_databs_server = "localhost";   //數據庫服務器
   $my_databs_user = "root"; //數據庫用戶名
   $my_databs_passwd = "xxxxxxxxx"; //數據庫密碼
   $my_databs_name = "xxx"; //數據庫名稱

   //連接數據庫服務器
   $con = mysql_connect($my_databs_server,$my_databs_user,$my_databs_passwd);//連接數據庫
   if (!$con)
   {
       die('can`t connect to database $my_databs_user: ' . mysql_error());
   }
   else
   {
       echo "connect success...";
   }

   //選擇數據庫
   mysql_select_db($my_databs_name, $con);

//**********第1步：socket_create 打開一個網絡文件描述符****************
$socket_fd = socket_create(AF_INET,SOCK_STREAM,SOL_TCP);

//**********第2步：socket_bind 綁定sokfd、服務端IP和端口號*************
if(socket_bind($socket_fd,$my_severIP,$my_serverPORT) == false) //
{
       echo 'server bind fail:'.socket_strerror(socket_last_error());
}

//**********第3步：socket_listen 監聽端口******************************
if(socket_listen($socket_fd,4)==false)
{
       echo 'server listen fail:'.socket_strerror(socket_last_error());
}

//**********第4步：socket_accept 阻塞等待客戶端連接服務器**************
$client_fd = socket_accept($socket_fd);
//echo 'clieid :'.$client_fd;
   //**********第5步：建立連接之後,進行通信(服務端接收)*******************************
while(true)
{
       $string = (int)socket_read($client_fd,1024);//PHP_BINARY_READ
       //echo 'receive_data:'.$string.PHP_EOL; //PHP_EOL爲php的換行預定義常量
       //$string = "66";
       //更新數據表信息
       var_dump($string);
       $result = mysql_query("update indoor set value = '{$string}' where paraname = 'temp' ");
       echo "update indoor set value = '{$string}' where paraname = 'temp' ";
       var_dump($result);

   }

//關掉數據庫
mysql_close($con);

?>

前端網頁部分代碼：

<html>

<head>

<meta http-equiv="refresh" content="5" />
<title>室內環境監測系統</title>
<style type="text/css">
body {background-color: white}
</style>
</head>

<body>
<br>
<center><font face = 楷體 color = "blue" size = 7>室內環境在線監測系統</font></center>
<br>
<br>
<hr align = center color = "black" width = 100% size = 2>

<?php

   $my_databs_server = "localhost"; //數據庫服務器
   $my_databs_user = "root"; //數據庫用戶名
   $my_databs_passwd = "xxxxxx"; //數據庫密碼
   $my_databs_name = "xxx"; //數據庫名稱

   //連接數據庫服務器
   $con = mysql_connect($my_databs_server,$my_databs_user,$my_databs_passwd);//連接數據庫
   if (!$con)
   {
       die('can`t connect to database $my_databs_user: ' . mysql_error());
   }

   //選擇數據庫
   mysql_select_db($my_databs_name, $con);

//選擇數據表查看
$result = mysql_query("SELECT * FROM indoor");

   //以表格形式輸出
   echo "<table border='1'>
   <tr>
   <th>參數</th>
   <th>值</th>
   <th>走勢曲線</th>
   <th>單位</th>
   </tr>";

   //從數據表中讀取數據
   while($row = mysql_fetch_array($result))
   {
       //echo "<br />";
       //echo $row['paraname'] . " " . $row['value']. " " . $row['unit'];
       //echo "<br />";

       echo "<tr>";
       echo "<td align=center width='300' height='200'> ".$row['paraname']." </td>";
       echo "<td align=center width='300' height='200'> ".$row['value']. " </td>";
       echo "<td align=center width='1000' height='200'> &nbsp </td>";
       echo "<td align=center width='300' height='200'> ".$row['unit']." </td>";
       echo "</tr>";
   }
   echo "</table>";

   //關閉數據庫
   mysql_close($con);
?>

</html>

持續更新中。。。

基於STM32+ESP8266的物聯網環境監測系統設計

SQL優化-20231016

STM32使用CJSON的一些注意事項

基於STM32+ESP8266的物聯網環境監測系統設計

虛擬機ubuntu14.04搭建dhcp服務器並在客戶端windows上面做自動獲取IP的測試

關於Linux系統中用debug宏代替printf的一些小細節

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結