[单片机]基于STM32的ONENET云平台操控系统

1 项目描述

本次项目借用Keil uVision5单片机C语言开发系统编写，通过J-Link驱动下载HEX程序，烧录到STM32F407开发板中运行。
实现DHT11读取温湿度、配置ADC3通道获取光照强度、SR04超声波测距、利用w25q128 Flash芯片存取比较值、通过MPU6050运动处理组件获取三轴坐标、使用RC522模块读卡、将获取的数据在OLED屏上显示、再利用WIFI模块连接热点将数据传输到onenet云平台，通过串口中断实现云平台或手机无线控制功能。

2 项目需求

（1） 温湿度的获取
（2）光照强度的获取
（3）陀螺仪
（4）测距
（5）比较值存取
（6）刷卡
（7）OLED屏显示
（8）上传云平台
（9）超值报警

3 搭建环境

开发环境
软件环境:window
硬件环境：STM32F407

开发工具
Keil uVision5、字模PCtoLCD2002、串口调试stc-isp-15xx
使用模块

• DHT11
• 光敏传感器
• MPU6050
• wifi模块ESP8266
• OLED屏
• RC522
• W25Q128
• SR04

数字温湿度传感器DHT11

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传
感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高
的可靠性与卓越的长期稳定性。
DHT11的供电电压为 3－5.5V。 传感器上电后， 要等待 1s 以越过不稳定状态在此期无需发送任何指令。
电源引脚（ VDD， GND）之间可增加一个100nF 的电容， 用以去耦滤波

DHT11				STM32
VCC				--->3.3V
DQ数字输出 		---> PG9
GND 			--->GND

实体图：

光敏传感器

光敏传感器检测的是模拟信号，随着光的亮度变化，光敏传感器的电阻值发生变化，我们需要把模拟信号转变成为电信号，提取数据，即是ADC模数转换。
（ADC是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。模/数转换器可以实现这个功能，在各种不同的产品中都可以找到它的身影。）
原理图：

实体图：

MPU6050

MPU-6000（6050）为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间。当连接到三轴磁强计时，MPU-60X0提供完整的9轴运动融合输出到其主I2C或SPI端口(SPI仅在MPU-6000上可用)。
实体图：

wifi模块ESP8266

ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi 透传模块，拥有业内极富竞争力的封装尺寸和超低能耗技术，专为移动设备和物联网应用设计，可将用户的物理设备连接到Wi-Fi 无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。
管脚排列图：

实体图：

OLED屏

OLED，即有机发光二极管（ Organic Light Emitting Diode ）。 OLED 由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。
连接方式

1. GND 电源地
2. VCC 电源正（3～5.5V）
3. SCL OLED 的 D0 脚，在 IIC 通信中为时钟管脚
4. SDA OLED 的 D1 脚，在 IIC 通信中为数据管脚

实体图:

RC522

MF RC522是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成度的读写卡芯片，是针对“三表”应用推出的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携式手持设备研发的较好选择。它与主机间通信采用SPI模式，有利于减少连线，缩小PCB板体积，降低成本。
RC522框图：

实体图：

W25Q128

串行 flash 存储器 W25Q128BV 为那些对空间大小，引脚数，功耗有限制的系统提供了一个存储解决方案。W25Q128BV 由 65536 可编程的页组成的，每页有 256 个字节。一次最多可以写 256 个字节。可以一次擦除 16 页，128 页,256 页或者擦除一整片。W25Q128BV 支持标准 SPI 接口，以及更高性能的 DUAL/QUAD SPI ，对应的管脚为时钟，片选，（I/O0）DI，（I/O1）DO，I/O2（/WP），I/O3（/HOLD）。
实体图：

SR04超声波

超声波测距是借助于超声脉冲回波渡越时间法来实现的。设超声波脉冲由传感器发
出到接收所经历的时间为 t ，超声波在空气中的传播速度为 c ，则从传感器到目标物体
的距离 D 可用下式求出：D = ct /2
系统框图：

实体图

4 技术描述

模块	功能	协议
LED	超值报警
KEY	中断切换界面
BEEP	云平台控制停响
TIM	呼吸灯
Systick	滴答定时器
ADC	光照
DHT11	测温湿度	单总线协议
MPU6050	测姿势	IIC协议
ESP8266	上传云平台 （温湿度/光照/距离）	UART协议
OLED	显示（温湿度/光照/距离/坐标值/比较值/卡号)	IIC协议
RC522	刷卡	SPI协议
W25Q128	存比较值(温湿度/光照/距离)	SPI协议

5 概要设计

整体项目框架设计图：

6 界面一

主要实现
实时获取温湿度、光照强度、超声波距离，与系统设置的各比较值对比，做超值亮灯报警判断，再将各数据上传到ONENET云平台中。同时实时等待云平台是否发送蜂鸣器报警指令，若有指令发送，则判断蜂鸣器响或停。
具体效果和代码如下：
实体效果

部分代码

/************************** 硬件初始化 **************************/
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);   //配置优先级分组:抢占优先级和响应优先级
	Systick_Init();        //滴答定时器初始化
	TIM14_Init(84,100);
	W25Q128_Init();        //SPI初始化W25Q128
	usartx_init(USART1,115200);             //初始化串口1，不开启接收中断，主要用做发送数据串口显示调试
	usartx_init(USART3,115200);             //初始化串口3，开启接收中断，设置中断向量表分组和优先级 
	BEEP_Init();
	LED_Init();           //LED灯初始化
	EXTI0234_Init();      //按键中断初始化
	OLED_Init();          //OLED初始化
	SR04_Init();          //超声波初始化
	DHT11_Init();         //温湿度引脚初始化
	adc1_init();          //光照强度初始化
	MPU6050_Init();				//MPU6050初始化
	MFRC522_Initializtion();			//MFRC522初始化
	ESP8266_init();                                      //初始化ESP8266模块，连接WIFI,接入平台IP
	OneNet_DevLink(DEVID,APIKEY);                        //接入平台设备。
	mode = 1;					//串口3接收进入接收命令模式
	delay_s(1);            //延时一秒
	printf("HardWare Init Success!\r\n");
	TIM_SetCompare4(TIM1,100);//灭LED3灯
	/************************** W25Q128读取比较值 **************************/
	W25Q128_Read(Data,0,4);
	temp_compare=Data[0];//温度比较值
	humi_compare=Data[1];//湿度比较值
	sun_compare=Data[2];//光照比较值
	distance_compare=Data[3];//距离比较值
	/************************** 界面显示 **************************/
	if(page1_tmp==0)//温湿度光照界面
			{
				/*********************---获取值---*******************************/		  
				 sun_tmp=100-(get_adcvalue()/40);     //获取光照强度
				 distance_tmp=sr04_get_distance();        //获取超声波距离
				 DHT11_ReadData(buffer);  // 获取温湿度   ERROR SUCCESS
				 if(clear_oled==1)//清屏
				 {
				    OLED_Clear();
					clear_oled=0;
				 }  
                    OLED_ShowCHinese16X16(0,0,Chinese16X16 ,0);//温度 
					OLED_ShowCHinese16X16(16,0,Chinese16X16 ,1);
					OLED_ShowCHinese16X16(0,2,Chinese16X16 ,2);//湿度 
					OLED_ShowCHinese16X16(16,2,Chinese16X16 ,3);	
					OLED_ShowCHinese16X16(0,4,Chinese16X16 ,4);//光照强度
					OLED_ShowCHinese16X16(16,4,Chinese16X16 ,5);
					OLED_ShowCHinese16X16(32,4,Chinese16X16 ,6);
					OLED_ShowCHinese16X16(48,4,Chinese16X16 ,7);	
					OLED_ShowCHinese16X16(0,6,zhuangtai16X16 ,0);//距离
					OLED_ShowCHinese16X16(16,6,zhuangtai16X16 ,1);

			        sprintf(humi,"%u.%u %%RH",buffer[0],buffer[1]);
					sprintf(temp,"%u.%u %%C",buffer[2],buffer[3]);
					OLED_ShowStr(32, 0, temp, 2);//显示温度
					OLED_ShowStr(32, 2, humi, 2);	//显示湿度	
					sprintf(sun,"%d",sun_tmp);
					OLED_ShowStr(64, 4, sun, 2);//显示光照
					//显示距离
					OLED_Cleardistance();
					sprintf(distance,"%dmm",distance_tmp);
					OLED_ShowStr(32, 6, distance, 2);		
					/*************************---超值亮灯警报---***********************/		
					if(buffer[2]>=temp_compare || buffer[0]>=humi_compare)//温度或者湿度超值判断
					{LED1(0);}
					else{LED1(1);}
					if(sun_tmp<=sun_compare)//光照低于值判断
					{LED2(0);}
					else{LED2(1);}
					if(distance_tmp<=distance_compare)//距离低于值判断
					{LED3(0);}
					else{LED3(1);}
					/*************************---上传数据---***********************/		
					//将数据上传网站
					OneNet_SendData(send_but,"Temp",buffer[2]);   //第二个参数不是随便写的，这个是你要上传的数据流的名字
					OneNet_SendData(send_but,"Humi",buffer[0]);
					OneNet_SendData(send_but,"Sun",sun_tmp);
					OneNet_SendData(send_but,"distance",distance_tmp);	
			}

7 界面二

主要实现
当用户通过KEY3按键切换到比较值界面时，读取W25Q128中的各比较值数据并显示，通过按键中断去选择其他功能：KEY0按键可切换不同比较值，KEY1增加比较值，KEY2减小比较值，KEY3界面切换。当修改完比较值，切换界面时，将各比较值重新存进W25Q128中，修改原来的数据。
具体效果和代码如下：
实体效果：

部分代码：

	while(WorkType==2)
	{
	       //显示温度比较值
	    	sprintf(temp,"%u",temp_compare);
			OLED_ShowStr(80, 0,temp, 2);
   	       //显示温度比较值
	       sprintf(humi,"%u",humi_compare);
			OLED_ShowStr(80, 2,humi, 2);	
			//显示光照比较值
			sprintf(sun,"%u",sun_compare);
			OLED_ShowStr(80, 4,sun, 2);
            //显示距离比较值
			sprintf(distance,"%d",distance_compare);
			OLED_ShowStr(80, 6,distance, 2);
			 
			if(humi_compare==99)//最小值
			{
			 OLED_Clearhumidata();
			}
			
			if(temp_compare==9)//最小值
			{
			 OLED_Cleartempdata();
			}
		  if(distance_compare==95)//最小值
			{
			  OLED_Cleardis();
			}
	}

8 界面三

主要实现
当跳转到界面三，RC522模块实时等待卡的到来，若有卡靠近时，通过SPI协议读取RFID卡的数据，获取到卡号，将卡号显示到OLED屏上。同时呼吸灯亮起…
具体效果与代码如下：
实体效果

部分代码

void  show_face3()//显示界面3：读卡
{
	int cnt = 100;
	int led_tmp=0;
	
	
	
   OLED_Clear();
	/*********************显示屏幕****************************/
	//请将卡放置感应区
	OLED_ShowCHinese16X16(0,0,rfid16X16 ,0);
	OLED_ShowCHinese16X16(16,0,rfid16X16 ,1);
	OLED_ShowCHinese16X16(32,0,rfid16X16 ,2);
	OLED_ShowCHinese16X16(48,0,rfid16X16 ,3);
	OLED_ShowCHinese16X16(64,0,rfid16X16 ,4);
	OLED_ShowCHinese16X16(80,0,rfid16X16 ,5);
	OLED_ShowCHinese16X16(96,0,rfid16X16 ,6);
	OLED_ShowCHinese16X16(112,0,rfid16X16 ,7);

    while(WorkType==3)
    	{
    		MFRC522Test();//读卡    
           //呼吸灯
    		if(led_tmp==0)
    		{
    			TIM_SetCompare1(TIM14,cnt);
    			cnt-=10;	
    			if(cnt==20) led_tmp=1;
    		}
    		else if(led_tmp==1)
    		{
    			TIM_SetCompare1(TIM14,cnt);
    			cnt+=10;	
    			if(cnt==100) led_tmp=0;
    		}
    	    	delay_ms(200);
    	}
    }

读卡

 //MFRC522读卡
void MFRC522Test(void)
{
	u8 status;
	u8  card_pydebuf[2];
  u8  card_numberbuf[5];
	u8  card_key0Abuf[6]={0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};
	u8  card_writebuf[16]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,44,12,13,14,15};
	u8  card_readbuf[18];
	char  card_id[32];	
	status=MFRC522_Request(0x52, card_pydebuf);			//寻卡
	//
	if(status==0)		//如果读到卡
	{
		status=MFRC522_Anticoll(card_numberbuf);			//防撞处理		
		MFRC522_SelectTag(card_numberbuf);	//选卡   
		status=MFRC522_Auth(0x60, 4, card_key0Abuf, card_numberbuf);	//验卡
		status=MFRC522_Write(4, card_writebuf);				//写卡（写卡要小心，特别是各区的块3）
		status=MFRC522_Read(4, card_readbuf);					//读卡
		
		//显示卡号
		OLED_ShowStr(32, 2,"card ID:", 2);	
		sprintf(card_id,"%X%X%X%X",card_numberbuf[0],card_numberbuf[1],card_numberbuf[2],card_numberbuf[3]);
		OLED_ShowStr(32,4,card_id, 2);
		
		
		MFRC522_Initializtion();			//初始化MFRC522
	}	
}    

9 界面四

主要实现
当跳转到界面四，MPU6050通过IIC协议测得当前三轴坐标值，通过坐标值与屏幕像素计算出显示的位置，实现像素点在屏幕上根据开发板的倾斜而发生移动…
具体效果和代码如下：
实体效果

部分代码

                else if (page1_tmp==1)//陀螺仪界面
				{
					
						/*********************---获取值---*******************************/		  
						 MPU6050_Get_Angle(&data);            // 获取三轴倾角
						if(clear_oled==0)//清屏
						{
							OLED_Clear();
							clear_oled=1;
						}	
						//显示三轴坐标值
						OLED_ShowCHinese16X16(16,0,xyz16X16 ,0);
						OLED_ShowCHinese16X16(32,0,xyz16X16 ,1);
						OLED_ShowCHinese16X16(48,0,xyz16X16 ,2);
						OLED_ShowCHinese16X16(64,0,xyz16X16 ,3);	
						OLED_ShowCHinese16X16(80,0,xyz16X16 ,4);

						if(data.X_Angle>105)
						{
							if(j>2)
							{
								j--;
								j%=8;
								n=j+1;
								OLED_ShowStr(i,j,"*", 1);
								OLED_ShowStr(i, n," ", 1);
							}
						}
						else if(data.X_Angle<85)
						{
							if(j<7)
							{
								j++;
								j%=8;
								n=j-1;
								OLED_ShowStr(i,j,"*", 1);
								OLED_ShowStr(i, n," ", 1);
							}				
						}		
						if(data.Y_Angle>105)
						{
							if(i>=6)
							{
								i-=6;
								i%=122;
								m=i+6;
								OLED_ShowStr(i,j,"*", 1);
								OLED_ShowStr(m,j," ", 1);
							}
						}
						else if(data.Y_Angle<85)
						{
							if(i<120)
							{
								i+=6;
								i%=122;
								m=i-6;
								OLED_ShowStr(i,j,"*", 1);
								OLED_ShowStr(m,j," ", 1);
							}				
						}		
				}

10 ONENET云平台界面

主要实现
当OLED屏显示为界面一的时候，实时获取到各项数据后，将各项数据通过WIFI模块发送到平台上，再通过平台自定义的界面显示出来。同时，可通过手机或网页的平台界面上的蜂鸣器按钮回发指令控制单片机中蜂鸣器的响停。
具体效果和代码如下：
实体效果
电脑网页

手机显示

部分代码

//==========================================================
//	函数名称：	OneNet_SendData
//	函数功能：	上传数据到平台
//	入口参数：	type：发送数据的格式
//	返回参数：	无
//	说明：		
//==========================================================
void OneNet_SendData(char *buf,char *buf1,u8 number)
{
	OneNet_FillBuf(buf,buf1,number);														//封装数据流	

	send_pkg = PacketSavedataSimpleString(NULL,(const char *) buf);							//封包-Type5

	ESP8266_SendData(send_pkg->_data, send_pkg->_write_pos);

	DeleteBuffer(&send_pkg);		 		//删包
	
}

11项目总结

此次基于STM32单片机开发项目使用了多种协议（IIC、SPI、UART、单总线），需要清楚各模块连接的引脚与GPIO的配置，根据手册资料去配置、获取数据，实现不同功能。各模块配置如图：