基於STM32+華爲雲IOT設計智能稱重系統

摘要：選擇部署多個重量傳感器和必要的算法、通過WiFi 通信模塊、GPS定位模塊，採集車輛稱重數據一地理位置信息，並通過網絡發送至雲平臺，設計圖形化UI界面展示稱重、地圖位置等重要信息，實現對稱重系統的遠程監測。

本文分享自華爲雲社區《基於STM32+華爲雲IOT設計智能稱重系統》，作者：DS小龍哥

伴隨着網絡技術，各種通訊技術，傳感器技術的飛速發展，物聯網技術成爲了當今技術領域發展爲迅速的技術。而物聯網技術的核心仍然是以互聯網技術爲基礎的，物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，也是信息化時代的重要發展階段。物聯網通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知技術，廣泛應用於網絡的融合中，也因此被稱爲繼計算機、互聯網之後世界信息產業發展的第三次浪潮。

本設計的模型來源於物流、礦山、高速公路等場合，車輛稱重地螃的智能化升級要求，設計基於物聯網的智能在線稱重方案，開發智能稱重控制器，合理選擇部署多個重量傳感器和必要的算法、通過WIFF通信模塊、GPS定位模塊，採集車輛重數據一地理位置信息，並通過網絡發送至雲平臺，設計圖形化UI界面展示稱重、地圖位置等重要信息，實現對稱重系統的遠程監測。

隨着物聯網技術的逐步發展和日趨成熟，物聯網技術是一個大而廣的應用技術，並非僅僅侷限於延伸應用。相信對地磅來說必然會有更多創新的應用實踐。總的來說，地磅現代化、信息化、智能化一定緊隨物聯網技術的發展，而物聯網技術的發展也必將促使地磅興起新的技術革命。

1.設計的技術與硬件選項總結：

（1）雲端通信模塊採用ESP8266-WIFI

（2）聯網通信模塊採用：ESP8266

（3）GPS模塊：採用ATGM336H雙模GPS模塊

（4）電子秤模塊：用於稱重

（5）物聯網雲平臺：採用華爲雲物聯網平臺

設計總結：

（1）採用ESP8266連接OneNet上傳稱重數據和GPS數據到雲端（採用HTTP協議）

雲端上顯示2個數據：GPS定位數據–地圖顯示，稱重傳感器的數據值

（2）3個稱重傳感器接一個秤面稱重計算平均值

（3）本地OLED顯示屏顯示GPS經緯度數據、稱重傳感器的數據值。

（4）OLED設計一個頁面顯示並設置當前的報警上限。通過按鍵進行加減

當稱重的閥值超出了設置閥值，蜂鳴器報警。

2. 硬件選型

2.1 STM32F103C8T6

STM32F103C8T6是一款基於ARM Cortex-M 內核STM32系列的32位的微控制器，程序存儲器容量是64KB，需要電壓2V~3.6V，工作溫度爲-40°C ~ 85°C。

2.2 電子秤傳感器

HX711 是一款專爲高精度稱重傳感器而設計的24位A/D 轉換器芯片。

2.3 ESP8266-wifi

2.4 GPS模塊

2.5 蜂鳴器

3. 創建雲端產品與設備

{
    "device_id": "6277d70223aaf461a0f72a56_weigh",
    "secret": "12345678"
}

服務ID: weigh
屬性名稱    數據類型    訪問方式    描述        
weigh       int(整型)    可讀       重量          
GPS       string(字符串)    可讀      GPS定位信息

3.4 MQTT密匙生成

創建完產品、設備之後，接下來就需要知道如何通過MQTT協議登陸華爲雲服務器。

官方的詳細介紹在這裏:
https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_01_2127.html#ZH-CN_TOPIC_0240834853__zh-cn_topic_0251997880_li365284516112

屬性上報格式:
https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_3010.html

MQTT設備登陸密匙生成地址: 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

華爲雲物聯網平臺的域名是: 161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com
華爲雲物聯網平臺的IP地址是:121.36.42.100
在軟件裏參數填充正確之後，就看到設備已經連接成功了。
接下來打開設備頁面，可以看到設備已經在線了。

3.5 主題訂閱與發佈

//訂閱主題: 平臺下發消息給設備
$oc/devices/6277d70223aaf461a0f72a56_weigh/sys/messages/down
//設備上報數據
$oc/devices/6277d70223aaf461a0f72a56_weigh/sys/properties/report
//上報的屬性消息 (一次可以上報多個屬性,在json裏增加就行了)
{"services": [{"service_id": "weigh","properties":{"GPS":"lat:12.345,lng:45.678"}}]}

通過MQTT客戶端軟件模擬上報測試：

查看控制檯頁面，數據已經上傳成功了。

3.6 應用側開發

爲了更方便的展示設備數據，與設備完成交互，還需要開發一個配套的上位機，官方提供了應用側開發的API接口、SDK接口，爲了方便通用一點，我這裏採用了API接口完成數據交互，上位機軟件採用QT開發。

幫助文檔地址: https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0034.html

設備屬性就是設備上傳的傳感器狀態數據信息，應用側提供了API接口，可以主動向設備端下發請求指令；設備端收到指令之後需要按照約定的數據格式上報數據；所以，要實現應用層與設備端的數據交互，需要應用層與設備端配合才能完成。

在使用接口時，最好先使用華爲自己的調試接口測試。
https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/doc?product=IoTDA&api=ListProperties

上位機軟件採用Qt框架設計，Qt是一個跨平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架。Qt是一個1991年由Qt Company開發的跨平臺C++圖形用戶界面應用程序開發框架。它既可以開發GUI程序，也可用於開發非GUI程序，比如控制檯工具和服務器。簡單來說，QT可以很輕鬆的幫你做帶界面的軟件，甚至不需要你投入很大精力。

QT官網: https://www.qt.io/

4. STM32設備端開發

4.1 程序下載

4.2 原理圖

4.3 硬件接線

（1）OLED顯示屏接線:
D0----(SCK)------------------->>PB14
D1----(MOSI)------------------>>PB13
RES—(復位腳低電平有效)-------->>PB12
DC--(數據和命令控制管腳)------>>PB1
CS--(片選引腳)---------------->>PA7
GND--------------------------->>GND
VCC--------------------------->>3.3V或者5V

（2）ATK-ESP8266 WIFI接線
PA2(TX)--RXD 模塊接收腳
PA3(RX)--TXD 模塊發送腳
GND---GND 地
VCC---VCC 電源（3.3V~5.0V）

（3）外接蜂鳴器模塊: 高電平響
BEEP----->PB8

（4）外接按鍵：
KEY1 -PB3 按下是低電平  清零
KEY2 -PB2 按下是低電平  翻頁
KEY3 -PB6 按下是低電平  加
KEY4 -PB7 按下是低電平  減

（5）外接LED燈模塊：
LED1-PB4 低電平亮
LED2-PB5 低電平亮

（6）稱重傳感器1
VCC--->5V
SCK--->PA4   時序控制腳--對STM32--輸出模式
DT---->PA5   輸出輸出腳-對STM32--輸入模式
GND--->GND

（7）稱重傳感器2
VCC--->5V
SCK--->PA11   時序控制腳--對STM32--輸出模式
DT---->PA12   輸出輸出腳-對STM32--輸入模式
GND--->GND

（8）稱重傳感器3
VCC--->5V
SCK--->PA6   時序控制腳--對STM32--輸出模式
DT---->PA8   輸出輸出腳-對STM32--輸入模式
GND--->GND

（9）GPS模塊接線說明
GND----GND
VCC---3.3V
PB11----GPS_TX
PB10----GPS_RX

（--）板載LED燈:低電平亮
LED1--PC13  
BEEP2--PC14

（--）板載按鍵: 
KEY1--PA0  按下爲高電平

4.4 MQTT連接代碼

#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"

//華爲物聯網服務器的設備信息
#define MQTT_ClientID "61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510"
#define MQTT_UserName "61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497"
#define MQTT_PassWord "385ce91dfe7da5b7431868d5d87e7998163c493344040935d5a00024d6324242"

//訂閱與發佈的主題
#define SET_TOPIC  "$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/messages/down"  //訂閱
#define POST_TOPIC "$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/properties/report"  //發佈

char mqtt_message[200];//上報數據緩存區

int main()
{
   u32 time_cnt=0;
   u32 i;
   u8 key;
   LED_Init();
   BEEP_Init();
   KEY_Init();
   USART1_Init(115200);
   TIMER1_Init(72,20000); //超時時間20ms
   USART2_Init(9600);//串口-藍牙
   TIMER2_Init(72,20000); //超時時間20ms
   USART3_Init(115200);//串口-WIFI
   TIMER3_Init(72,20000); //超時時間20ms
   USART1_Printf("正在初始化WIFI請稍等.\n");
   if(ESP8266_Init())
   {
      USART1_Printf("ESP8266硬件檢測錯誤.\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協議初始化    
    MQTT_Init(); 
    //3. 連接華爲服務器        
    while(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord))
    {
        USART1_Printf("服務器連接失敗,正在重試...\n");
        delay_ms(500);
    }
    USART1_Printf("服務器連接成功.\n");
    
    //3. 訂閱主題
    if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1))
    {
        USART1_Printf("主題訂閱失敗.\n");
    }
    else
    {
        USART1_Printf("主題訂閱成功.\n");
    }        
    
    .........

4.5 ESP8266代碼

#include "esp8266.h"
u8 ESP8266_IP_ADDR[16]; //255.255.255.255
u8 ESP8266_MAC_ADDR[18]; //硬件地址
/*
函數功能: ESP8266命令發送函數
函數返回值:0表示成功  1表示失敗
*/
u8 ESP8266_SendCmd(char *cmd)
{
    u8 i,j;
    for(i=0;i<10;i++) //檢測的次數--發送指令的次數
    {
        USARTx_StringSend(USART3,cmd);
        for(j=0;j<100;j++) //等待的時間
        {
            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;
}

/*
函數功能: ESP8266硬件初始化檢測函數
函數返回值:0表示成功  1表示失敗
*/
u8 ESP8266_Init(void)
{
    //退出透傳模式
    USARTx_StringSend(USART3,"+++");
    delay_ms(50);
    return ESP8266_SendCmd("AT\r\n");
}

/*
函數功能: 一鍵配置WIFI爲AP+TCP服務器模式
函數參數:
char *ssid  創建的熱點名稱
char *pass  創建的熱點密碼 （最少8位）
u16 port    創建的服務器端口號
函數返回值: 0表示成功 其他值表示對應錯誤值
*/
u8 ESP8266_AP_TCP_Server_Mode(char *ssid,char *pass,u16 port)
{
    char *p;
    u8 i;
    char ESP8266_SendCMD[100]; //組合發送過程中的命令
    /*1. 測試硬件*/
    if(ESP8266_SendCmd("AT\r\n"))return 1;
    /*2. 關閉回顯*/
    if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 2;
    /*3. 設置WIFI模式*/
    if(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=2\r\n"))return 3;
    /*4. 復位*/
    ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n");
    delay_ms(1000);
    delay_ms(1000);
    delay_ms(1000);
    /*5. 關閉回顯*/
    if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 5;
    /*6. 設置WIFI的AP模式參數*/
    sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CWSAP=\"%s\",\"%s\",1,4\r\n",ssid,pass);
    if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 6;
    /*7. 開啓多連接*/
    if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=1\r\n"))return 7;
    /*8. 設置服務器端口號*/
    sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CIPSERVER=1,%d\r\n",port);
    if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 8;
    /*9. 查詢本地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';
    }
    
    //打印總體信息
    USART1_Printf("當前WIFI模式:AP+TCP服務器\n");
    USART1_Printf("當前WIFI熱點名稱:%s\n",ssid);
    USART1_Printf("當前WIFI熱點密碼:%s\n",pass);
    USART1_Printf("當前TCP服務器端口號:%d\n",port);
    USART1_Printf("當前TCP服務器IP地址:%s\n",ESP8266_IP_ADDR);
    USART1_Printf("當前TCP服務器MAC地址:%s\n",ESP8266_MAC_ADDR);
    return 0;
}

/*
函數功能: TCP服務器模式下的發送函數
發送指令: 
*/
u8 ESP8266_ServerSendData(u8 id,u8 *data,u16 len)
{
    u8 i,j,n;
    char ESP8266_SendCMD[100]; //組合發送過程中的命令
    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,">"))
                {
                    //繼續發送數據
                    USARTx_DataSend(USART3,data,len);
                    //等待數據發送成功
                    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;
}

/*
函數功能: 配置WIFI爲STA模式+TCP客戶端模式
函數參數:
char *ssid  創建的熱點名稱
char *pass  創建的熱點密碼 （最少8位）
char *p     將要連接的服務器IP地址
u16 port    將要連接的服務器端口號
u8 flag     1表示開啓透傳模式 0表示關閉透傳模式
函數返回值:0表示成功  其他值表示對應的錯誤
*/
u8 ESP8266_STA_TCP_Client_Mode(char *ssid,char *pass,char *ip,u16 port,u8 flag)
{
    char ESP8266_SendCMD[100]; //組合發送過程中的命令
    //退出透傳模式
    //USARTx_StringSend(USART3,"+++");
    //delay_ms(50);
    /*1. 測試硬件*/
    if(ESP8266_SendCmd("AT\r\n"))return 1;
    /*2. 關閉回顯*/
    if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 2;
    /*3. 設置WIFI模式*/
    if(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=1\r\n"))return 3;
    /*4. 復位*/
    ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n");
    delay_ms(1000);
    delay_ms(1000);
    delay_ms(1000);
    /*5. 關閉回顯*/
    if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 5;
    /*6. 配置將要連接的WIFI熱點信息*/
    sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"\r\n",ssid,pass);
    if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 6;
    /*7. 設置單連接*/
    if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=0\r\n"))return 7;
    /*8. 配置要連接的TCP服務器信息*/
    sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CIPSTART=\"TCP\",\"%s\",%d\r\n",ip,port);
    if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 8;
    /*9. 開啓透傳模式*/
    if(flag)
    {
       if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=1\r\n"))return 9; //開啓
       if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPSEND\r\n"))return 10;  //開始透傳
       if(!(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,">")))
       {
            return 11;
       }
        //如果想要退出發送:  "+++"
    }
    
     //打印總體信息
    USART1_Printf("當前WIFI模式:STA+TCP客戶端\n");
    USART1_Printf("當前連接的WIFI熱點名稱:%s\n",ssid);
    USART1_Printf("當前連接的WIFI熱點密碼:%s\n",pass);
    USART1_Printf("當前連接的TCP服務器端口號:%d\n",port);
    USART1_Printf("當前連接的TCP服務器IP地址:%s\n",ip);
    return 0;
}
/*
函數功能: TCP客戶端模式下的發送函數
發送指令: 
*/
u8 ESP8266_ClientSendData(u8 *data,u16 len)
{
    u8 i,j,n;
    char ESP8266_SendCMD[100]; //組合發送過程中的命令
    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,">"))
                {
                    //繼續發送數據
                    USARTx_DataSend(USART3,data,len);
                    //等待數據發送成功
                    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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基於STM32+華爲雲IOT設計智能稱重系統

1.設計的技術與硬件選項總結：

設計總結：

2. 硬件選型

2.1 STM32F103C8T6

2.2 電子秤傳感器

2.3 ESP8266-wifi

2.4 GPS模塊

2.5 蜂鳴器

3. 創建雲端產品與設備

3.1 創建產品

3.2 創建設備

3.3 自定義模型數據

3.4 MQTT密匙生成

3.5 主題訂閱與發佈

3.6 應用側開發

4. STM32設備端開發

4.1 程序下載

4.2 原理圖

4.3 硬件接線

4.4 MQTT連接代碼

4.5 ESP8266代碼

爲什麼要⽤ Foundry

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