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1. 功能介紹

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，智能家居控制系統(tǒng)成為了人們追求便捷、舒適和安全生活的重要組成部分。為了滿足用戶對智能家居的需求，設計了一款基于華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺的智能家居控制系統(tǒng)，硬件采用了STM32和ESP8266的組合，實現(xiàn)了設備的上云連接。

傳統(tǒng)的家居控制系統(tǒng)存在一些不足，比如需要人工操作、無法實現(xiàn)遠程控制等。而我們的智能家居控制系統(tǒng)，通過與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺的連接，可以實現(xiàn)遠程控制各種電器開關(guān)，并且可以遠程收集家里煤氣、天然氣、煙霧、光照度、溫度濕度等信息，為用戶提供更加智能化和便捷的家居體驗。

智能家居控制系統(tǒng)具有以下主要特點和功能：

遠程控制：通過與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺的連接，用戶可以通過手機APP或者Web界面實現(xiàn)對家里各種電器開關(guān)的遠程控制。比如，可以遠程打開空調(diào)、關(guān)閉燈光等，無論身在何處都能夠?qū)崿F(xiàn)對家居設備的控制。
多種傳感器數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)采用了多種傳感器，包括煤氣傳感器、天然氣傳感器、煙霧傳感器、光照度傳感器、溫濕度傳感器等，可以實時采集家里的環(huán)境信息。這些數(shù)據(jù)通過ESP8266模塊上傳到華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺，用戶可以隨時查看家居環(huán)境的狀態(tài)。
安全監(jiān)測：通過煤氣傳感器、天然氣傳感器和煙霧傳感器等，我們的系統(tǒng)可以實時監(jiān)測家里的安全狀況。一旦檢測到異常情況，比如煤氣泄漏或者火災，系統(tǒng)會立即發(fā)送警報通知用戶，保障家庭安全。
智能化場景設置：基于華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)處理能力，智能家居控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)智能化的場景設置。比如，用戶可以根據(jù)時間、溫度、濕度等條件，設置自動調(diào)節(jié)空調(diào)溫度，實現(xiàn)節(jié)能和舒適的效果。

硬件介紹:

主控MCU: STM32F103ZET6

煙霧檢測傳感器: MQ2

天然氣檢測傳感:MQ5

溫度濕度檢測傳感器: DHT11

光照強度檢測傳感器: BH1750

物聯(lián)網(wǎng)云平臺: 華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺

電器開關(guān)模擬采用板載的LED燈、繼電器。

WIFI: ESP8266 這是支持串口AT指令控制的WIFI模塊，聯(lián)網(wǎng)比較方便。

與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺通信的協(xié)議: MQTT

說明: 當前程序里的MQTT協(xié)議代碼是參考MQTT官方文檔編寫的，不是使用ESP8266內(nèi)置的，所以程序并不依賴ESP8266專用或者指定的SDK，使用任意可以上網(wǎng)的網(wǎng)卡都可以套用，并不是一定非要使用ESP8266。

2. 登錄華為云創(chuàng)建云端設備

2.1 創(chuàng)建產(chǎn)品

華為運官網(wǎng): https://www.huaweicloud.com/

在這里可以查看接入的協(xié)議的端口號和地址。

MQTT (1883) a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com

我們設備接入的協(xié)議選擇MQTT，端口對應是1883

接下來繼續(xù)創(chuàng)建產(chǎn)品，點擊產(chǎn)品頁面，點擊右上角創(chuàng)建產(chǎn)品：

2.2 創(chuàng)建設備

這是我的設備信息:

設備ID
 61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot
 ?
 設備密鑰
 1126626497
     
 {
     "device_id": "61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot",
     "secret": "1126626497"
 }

2.3 產(chǎn)品模型定義

這一步就是設置上報設備的屬性，也就是設備的數(shù)據(jù)類型定義。

2.4 生成MQTT登錄密匙

創(chuàng)建完產(chǎn)品、設備之后，接下來就需要知道如何通過MQTT協(xié)議登陸華為云服務器。

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

MQTT設備登陸密匙生成地址: https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/

下面就得到了MQTT協(xié)議設備登錄的參數(shù)。

2.5 使用MQTT客戶端軟件登錄

所有的參數(shù)已經(jīng)得到，接下來采用MQTT客戶端登錄華為云進行測試。

下面這個軟件是自己開發(fā)的，為了方便測試MQTT協(xié)議登錄。

華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺的域名是: a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com

華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺的IP地址是: 121.36.42.100

在軟件里參數(shù)填充正確之后，就看到設備已經(jīng)連接成功了。

接下來打開設備頁面，可以看到設備已經(jīng)在線了。

2.6 上報數(shù)據(jù)

官方文檔: https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_01_2127.html#ZH-CN_TOPIC_0240834853__zh-cn_topic_0251997880_li365284516112

在這個文檔里介紹了MQTT上報數(shù)據(jù)的格式。

總結(jié)的格式:

//訂閱主題: 平臺下發(fā)消息給設備
 $oc/devices/61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot/sys/messages/down
 ?
 //設備上報數(shù)據(jù)
 $oc/devices/61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot/sys/properties/report
 ?
 //上報的屬性消息 (一次可以上報多個屬性,在json里增加就行了)
 {"services": [{"service_id": "dht11","properties":{"DHT11-C":50}}]}

下面采用MQTT軟件上報數(shù)據(jù):

到此，設備數(shù)據(jù)已經(jīng)上報成功，如果需要增加更多的屬性，按照流程繼續(xù)增加即可。

3. STM32+ESP8266上報數(shù)據(jù)到華為云

項目源碼下載： https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/81993720

3.1 硬件設備效果圖

3.2 BH1750.c 光照度傳感器

#include "bh1750.h"
float Read_BH1750_Data()
{
    unsigned char t0;
    unsigned char t1;
    float t;
    u8 r_s=0;
    IIC_Start(); //發(fā)送起始信號
    IIC_WriteOneByteData(0x46);
    r_s=IIC_GetACK();//獲取應答
    if(r_s)printf("error:1\\r\\n");
    IIC_WriteOneByteData(0x01);
    r_s=IIC_GetACK();//獲取應答
     if(r_s)printf("error:2\\r\\n");
    IIC_Stop(); //停止信號 
    
    IIC_Start(); //發(fā)送起始信號
    IIC_WriteOneByteData(0x46);
    r_s=IIC_GetACK();//獲取應答
    if(r_s)printf("error:3\\r\\n");
    IIC_WriteOneByteData(0x01);
    r_s=IIC_GetACK();//獲取應答
    if(r_s)printf("error:4\\r\\n");
    IIC_Stop(); //停止信號 
    
    IIC_Start(); //發(fā)送起始信號
    IIC_WriteOneByteData(0x46);
    r_s=IIC_GetACK();//獲取應答
    if(r_s)printf("error:5\\r\\n");
    IIC_WriteOneByteData(0x10);
    r_s=IIC_GetACK();//獲取應答
    if(r_s)printf("error:6\\r\\n");
    IIC_Stop(); //停止信號 
    
    DelayMs(300); //等待
    
    IIC_Start(); //發(fā)送起始信號
    IIC_WriteOneByteData(0x47);
    r_s=IIC_GetACK();//獲取應答
    if(r_s)printf("error:7\\r\\n");
    
    t0=IIC_ReadOneByteData(); //接收數(shù)據(jù)
    IIC_SendACK(0); //發(fā)送應答信號
    t1=IIC_ReadOneByteData(); //接收數(shù)據(jù)
    IIC_SendACK(1); //發(fā)送非應答信號
    IIC_Stop(); //停止信號
    
     t=(((t0< 8)|t1)/1.2);
     return t;  
}

3.3 ESP8266.c WIFI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(shù)功能: ESP8266命令發(fā)送函數(shù)
函數(shù)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(shù)--發(fā)送指令的次數(shù)
    {
        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(shù)功能: ESP8266硬件初始化檢測函數(shù)
函數(shù)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(shù)功能: TCP服務器模式下的發(fā)送函數(shù)
發(fā)送指令: 
*/
u8 ESP8266_ServerSendData(u8 id,u8 *data,u16 len)
{
    u8 i,j,n;
    char ESP8266_SendCMD[100]; //組合發(fā)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(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)
                    USARTx_DataSend(USART3,data,len);
                    //等待數(shù)據(jù)發(fā)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(shù)功能: 配置WIFI為STA模式+TCP客戶端模式
函數(shù)參數(shù):
char *ssid  創(chuàng)建的熱點名稱
char *pass  創(chuàng)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表示開啟透傳模式 0表示關(guān)閉透傳模式
函數(shù)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(fā)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(guān)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(guān)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. 開啟透傳模式*/
    if(flag)
    {
       if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=1\\r\\n"))return 9; //開啟
       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(fā)送:  "+++"
    }
    
     //打印總體信息
    USART1_Printf("WIFI模式:STA+TCP客戶端\\n");
    USART1_Printf("Connect_WIFI熱點名稱:%s\\n",ssid);
    USART1_Printf("Connect_WIFI熱點密碼:%s\\n",pass);
    USART1_Printf("TCP服務器端口號:%d\\n",port);
    USART1_Printf("TCP服務器IP地址:%s\\n",ip);
    return 0;
}


/*
函數(shù)功能: TCP客戶端模式下的發(fā)送函數(shù)
發(fā)送指令: 
*/
u8 ESP8266_ClientSendData(u8 *data,u16 len)
{
    u8 i,j,n;
    char ESP8266_SendCMD[100]; //組合發(fā)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(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)
                    USARTx_DataSend(USART3,data,len);
                    //等待數(shù)據(jù)發(fā)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;
}

3.4 main.c 主函數(shù)

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include < string.h >
#include "timer.h"
#include "esp8266.h"
#include "mqtt.h"
#include "oled.h"
#include "fontdata.h"
#include "bh1750.h"
#include "iic.h"
#include "sht3x.h"


#define ESP8266_WIFI_AP_SSID  "CMCC-Cqvn"   //將要連接的路由器名稱 --不要出現(xiàn)中文、空格等特殊字符
#define ESP8266_AP_PASSWORD "99pu58cb"     //將要連接的路由器密碼


//華為云服務器的設備信息
#define MQTT_ClientID "61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot_0_0_2021113002"
#define MQTT_UserName "61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot"
#define MQTT_PassWord "74af3bf3024cf9c41b13d6c63fc86e25012b54141ecfcdff3516f08665140e6f"

//訂閱與發(fā)布的主題
#define SET_TOPIC  "$oc/devices/61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot/sys/messages/down"  //訂閱
#define POST_TOPIC "$oc/devices/61a580fad28ce3028832c2d8_esp8266_iot/sys/properties/report"  //發(fā)布


char mqtt_message[200];//上報數(shù)據(jù)緩存區(qū)
char OLED_ShowBuff[100];
u8 ESP8266_Stat=0;


/*
函數(shù)功能: 溫濕度\\光強度顯示
*/
void ShowTemperatureAndHumidity(float temp,float humi,float light)
{
    sprintf(OLED_ShowBuff,"T: %.2f",temp);
	OLED_ShowString(40,16*0,16,OLED_ShowBuff); 
    sprintf(OLED_ShowBuff,"H: %.2f%%",humi);
	OLED_ShowString(40,16*1,16,OLED_ShowBuff);
    sprintf(OLED_ShowBuff,"L: %.2f%%",light);
	OLED_ShowString(40,16*2,16,OLED_ShowBuff); 
}

/*
函數(shù)功能: ESP8266顯示頁面
*/
void ESP8266_ShowPageTable(void)
{
    if(ESP8266_Stat)OLED_ShowString(0,16*0,16,"WIFI STAT:ERROR");
    else OLED_ShowString(0,16*0,16,"WIFI STAT:OK");

    //顯示字符串
    sprintf((char*)OLED_ShowBuff,"%s",ESP8266_WIFI_AP_SSID);
    OLED_ShowString(0,16*1,16,OLED_ShowBuff);	
    
    sprintf((char*)OLED_ShowBuff,"%s",ESP8266_AP_PASSWORD);   
    OLED_ShowString(0,16*2,16,OLED_ShowBuff);    
}


int main()
{
   u32 time_cnt=0;
   u32 i;
   u8 key;
   u8 page=0;
   float temp=0;
   float humi=0;
   float light=0;
   u8 motor_state=0;
   float Humidity;
   float Temperature;
    
   delay_ms(1000);
   delay_ms(1000);
    
   LED_Init();
   KEY_Init();
   IIC_Init();
    
    //OLED初始化
   OLED_Init(0xc8,0xa1); //OLED顯示屏初始化--正常顯示;
     //清屏
   OLED_Clear(0);
    
   USART1_Init(115200);
   TIMER1_Init(72,20000); //超時時間20ms

   USART3_Init(115200);//串口-WIFI
   TIMER3_Init(72,20000); //超時時間20ms
    
   Init_SHT30();
    
   USART1_Printf("正在初始化WIFI請稍等.\\n");
   
   if(ESP8266_Init())
   {
      ESP8266_Stat=1;
      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(ESP8266_WIFI_AP_SSID,ESP8266_AP_PASSWORD,"121.36.42.100",1883,1));
   }
   
    //2. MQTT協(xié)議初始化	
    MQTT_Init(); 
   
    //3. 連接華為云IOT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");
    }        
        
    while(1)
    {    
        //按鍵可以測試
        key=KEY_Scan(0);
        if(key==1)
        {
            //清屏
            OLED_Clear(0);
            
            //翻頁
            if(page >=1)
            {
                page=0;
            }
            else
            {
                 page++;
            }         
        
            LED1=!LED1;  //LEd狀態(tài)燈
        }
        else if(key==2)
        {
            LED1=!LED1;  //LEd狀態(tài)燈
            time_cnt=0;
            //電機狀態(tài)改變
            MOTOR_DEV=!MOTOR_DEV;
            //電機狀態(tài)
            motor_state=MOTOR_DEV;
            //補光燈
            LIGHT_DEV=!LIGHT_DEV;      
        }  
        
        //接收WIFI返回的數(shù)據(jù)
        if(USART3_RX_FLAG)
        {
            USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\\0';
            
            //向串口打印返回的數(shù)據(jù)
            for(i=0;i< USART3_RX_CNT;i++)
            {
                USART1_Printf("%c",USART3_RX_BUFFER[i]);
            }
            
            USART3_RX_CNT=0;
            USART3_RX_FLAG=0;
        }
              
        //定時與保持與華為云物聯(lián)網(wǎng)的同步--1秒一次
        delay_ms(10);
        time_cnt++;
        if(time_cnt==50)
        {
            time_cnt=0;
            
            //狀態(tài)燈 --表示程序還活著
            LED2=!LED2;
            
            //讀取光強度
            light=Read_BH1750_Data();
           
            //讀取溫濕度
            SHT3x_ReadData(&Humidity,&Temperature);
            humi=Humidity;
            temp=Temperature;
            
            //上傳數(shù)據(jù)--溫度
			sprintf(mqtt_message,"{\"services\": [{\"service_id\": \"dht11\",\"properties\":{\"DHT11-C\":%d}}]}",temp);
			
            MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0);
            //根據(jù)濕度自動灌溉
            if(humi< 50.0)  //小于50自動灌溉
            {
                 motor_state=1; //電機狀態(tài)更新
                 MOTOR_DEV=1;  //開電機
            } 
        }
         
        //OLED顯示屏
        if(page==0)
        {
            ShowTemperatureAndHumidity(temp,humi,light);
        }
        else if(page==1)
        {
            ESP8266_ShowPageTable();
        }
    }
}

審核編輯：湯梓紅

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