基于STM32的智能太阳能路灯设计与华为云IOT集成方案

篇首语：本文由编程笔记#小编为大家整理，主要介绍了基于STM32设计的智慧路灯(太阳能+华为云IOT)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1. 前言

随着工业和城市的快速发展&＃xff0c;道路照明系统的产业也在迅速发展&＃xff0c;并趋于复杂化,为了更经济地控制和维护复杂的路灯系统&＃xff0c;市面上各大科技公司开发了各种路灯控制系统&＃xff0c;并且路灯都连上物联网云端&＃xff0c;连上了政府网络&＃xff0c;可以远程了解路灯的工作情况&＃xff0c;运行情况。
为了方便了解物联网平台&＃xff0c;学习物联网开发&＃xff0c;了解智慧路灯的开发&＃xff0c;本文就采用华为云IOT物联网平台&＃xff0c;选择STM32作为主控芯片&＃xff0c;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&＃xff0c;上传路灯的各种参数信息&＃xff1a;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&＃xff0c;可以通过华为云物联网平台的应用侧提供的开发接口&＃xff0c;获取路灯上传的参数信息&＃xff0c;并且可以在手机APP上远程手动控制路灯开关&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;并且配有太阳能充电板&＃xff0c;可以使用太阳进行充电补偿电量。使用了功率监控器&＃xff0c;电池电量检测芯片&＃xff0c;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&＃xff0c;可以上报路灯的GPS位置到云端服务器&＃xff0c;手机APP获取之后&＃xff0c;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&＃43;BD&＃43;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


4. 创建产品与设备

4.1 创建产品

地址&＃xff1a;https://www.huaweicloud.com/?locale&＃61;zh-cn

4.2 自定义模型

地址: https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region&＃61;cn-north-4#/dm-dev/all-product/7211833377cf435c8c0580de390eedbe/product-detail/6276134223aaf461a0f6e515

4.3 创建设备


"device_id": "6276134223aaf461a0f6e515_1126626497",
"secret": "12345678"



4.4 MQTT密匙生成

创建完产品、设备之后&＃xff0c;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


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&＃xff0c;就看到设备已经连接成功了。
接下来打开设备页面&＃xff0c;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"]


通过MQTT客户端软件模拟上报测试&＃xff1a;

4.6 应用侧开发

为了更方便的展示设备数据&＃xff0c;与设备完成交互&＃xff0c;还需要开发一个配套的上位机&＃xff0c;官方提供了应用侧开发的API接口、SDK接口&＃xff0c;为了方便通用一点&＃xff0c;我这里采用了API接口完成数据交互&＃xff0c;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&＃xff0c;应用侧提供了API接口&＃xff0c;可以主动向设备端下发请求指令&＃xff1b;设备端收到指令之后需要按照约定的数据格式上报数据&＃xff1b;所以&＃xff0c;要实现应用层与设备端的数据交互&＃xff0c;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&＃43;QMTOPEN&＃61;0,"a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com",1883
OK
&＃43;QMTOPEN: 0,0
登录MQTT服务器
命令格式: AT&＃43;QMTCONN&＃61;<tcpconnectID>,<clientID>,<username>,<password>
AT&＃43;QMTCONN&＃61;0,"6210e8acde9933029be8facf_dev1_0_0_2022021913","6210e8acde9933029be8facf_dev1","6cea55404b463e666cd7a6060daba745bbaa17fe7078dfef45f8151cdf19673d"
OK
&＃43;QMTCONN: 0,0,0
订阅主题
命令格式: AT&＃43;QMTSUB&＃61;<tcpconnectID>,<msgID>,"”,[,"<topic2>”,<qos2>…]
AT&＃43;QMTSUB&＃61;0,1,"$oc/devices/6210e8acde9933029be8facf_dev1/sys/messages/down",2
OK
&＃43;QMTSUB: 0,1,0,2
发布主题
命令格式:AT&＃43;QMTPUB&＃61;<tcpconnectID>,<msgID>,<qos>,<retain>,"",""
先发送指令:
AT&＃43;QMTPUB&＃61;0,0,0,0,"$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&＃xff0c;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&＃43;z 快捷键输入0xA
等待模块返回"OK",到此数据发送完成。
OK
&＃43;QMTPUB: 0,0,0


5.2 测试模块

第一步接上之后&＃xff0c;串口调试助手选择波特率为115200&＃xff0c;勾选软件上的发送新行选项。发送AT过去&＃xff0c;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&＃43;CIMI
460041052911195
OK
激活网络
AT&＃43;CGATT&＃61;1
OK
获取网络激活状态
AT&＃43;CGATT?
&＃43;CGATT: 1
OK
查询网络质量
AT&＃43;CSQ
&＃43;CSQ: 26,0
OK

AT&＃43;CEREG&＃61;? //检查网络状态
&＃43;CEREG: 0,1 //找网成功
OK


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&＃xff1a;
// 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&＃xff0c;采样时间为204*128&＃xff0c;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&＃61;0;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(addr);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(reg);
IIC_Wait_Ack();

temp &＃61; (u8)(data>>8);
IIC_Send_Byte(temp);
IIC_Wait_Ack();
temp &＃61; (u8)(data&0x00FF);
IIC_Send_Byte(temp);
IIC_Wait_Ack();

IIC_Stop();

//读取数据
u16 INA226_ReadData(u8 addr)

u16 temp&＃61;0;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(addr&＃43;1);
IIC_Wait_Ack();

temp &＃61; IIC_Read_Byte(1);
temp<<&＃61;8;
temp |&＃61; IIC_Read_Byte(0);

IIC_Stop();
return temp;

//1mA/bit
u16 INA226_GetShunt_Current(u8 addr)

u16 temp&＃61;0;
INA226_SetRegPointer(addr,CUR_REG);
temp &＃61; INA226_ReadData(addr);
if(temp&0x8000) temp &＃61; ~(temp - 1);
return temp;

//获取id
void INA226_Get_ID(u8 addr)

u32 temp&＃61;0;
INA226_SetRegPointer(addr,INA226_GET_ADDR);
temp &＃61; INA226_ReadData(addr);
ina226_data.ina226_id &＃61; temp;

//获取校准值
u16 INA226_GET_CAL_REG(u8 addr)

u32 temp&＃61;0;
INA226_SetRegPointer(addr,CAL_REG);
temp &＃61; INA226_ReadData(addr);
return (u16)temp;

//1.25mV/bit
u16 INA226_GetVoltage(u8 addr)

u32 temp &＃61; 0;
INA226_SetRegPointer(addr,BV_REG);
temp &＃61; INA226_ReadData(addr);
return (u16)temp;

//2.5uV/bit
u16 INA226_GetShuntVoltage(u8 addr)

int16_t temp &＃61; 0;
INA226_SetRegPointer(addr,SV_REG);
temp &＃61; INA226_ReadData(addr);
if(temp&0x8000) temp &＃61; ~(temp - 1);
return (u16)temp;

//获取电压
void GetVoltage(float *Voltage)//mV

*Voltage &＃61; INA226_GetVoltage(INA226_ADDR1)*Voltage_LSB;

//获取分流电压
void Get_Shunt_voltage(float *Voltage)//uV

*Voltage &＃61; (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 &＃61; (INA226_GetShunt_Current(INA226_ADDR1)* CURRENT_LSB);

//获取功率&＃61; 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 &＃61; 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&＃xff0c;由于未经校准&＃xff0c;故不采用
u16 INA226_Get_Power(u8 addr)

int16_t temp&＃61;0;
INA226_SetRegPointer(addr,PWR_REG);
temp &＃61; INA226_ReadData(addr);
return (u16)temp;

//获取功率,ina226内部计算&＃xff0c;不准确&＃xff0c;不采用
void Get_Power(float *Power)//W

*Power &＃61; (INA226_Get_Power(INA226_ADDR1)*POWER_LSB);

//不设置报警&＃xff0c;舍弃
/*
u8 INA226_AlertAddr()
u8 temp;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(INA226_GETALADDR);
IIC_Wait_Ack();

temp &＃61; IIC_Read_Byte(1);

IIC_Stop();
return temp;
*/


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&＃61;0;
IIC_Start(); //发送起始信号
IIC_WriteOneByteData(0x46);
r_s&＃61;IIC_GetACK();//获取应答
if(r_s)printf("error:1\\r\\n");
IIC_WriteOneByteData(0x01);
r_s&＃61;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&＃61;IIC_GetACK();//获取应答
if(r_s)printf("error:3\\r\\n");
IIC_WriteOneByteData(0x01);
r_s&＃61;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&＃61;IIC_GetACK();//获取应答
if(r_s)printf("error:5\\r\\n");
IIC_WriteOneByteData(0x10);
r_s&＃61;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&＃61;IIC_GetACK();//获取应答
if(r_s)printf("error:7\\r\\n");

t0&＃61;IIC_ReadOneByteData(); //接收数据
IIC_SendACK(0); //发送应答信号
t1&＃61;IIC_ReadOneByteData(); //接收数据
IIC_SendACK(1); //发送非应答信号
IIC_Stop(); //停止信号

t&＃61;(((t0<<8)|t1)/1.2);
return t;