基于机智云平台的温湿度和光照强度获取

本次设计采用esp8266烧写机智云固件。esp8266与stm32进行通信，则stm32可以通过esp8266与机智云服务器进行数据交互，而机智云服务器可以和机智云app进行数据交互，所以stm32通过esp8266可以与机智云app进行数据交互。stm32作为MCU与传感器进行数据交互，得到传感器采集的数值，所以完成的是传感器和app的数据交互。由于本次实验增加了对光照强度的采集，所以又增加了一个三色RGB灯外设。通过机智云app可以调节RGB灯的光强，以此来模拟光照强度的变化。整个设计的传感器数据流向如下图所示：

另外，对于用机智云app调节RGB灯的光强的数据流向如下图：

一、传感器的测试

本次设计利用STM32CubeMX进行开发，代码设计过程分模块进行，分别编写测试用例验证各模块的功能，包括oled模块、按键模块、dht11模块、光敏电阻模块、rgb模块。
1、oled模块
①接线：

Stm32	oled
3.3V	VCC
GND	GND
PB13	D0
PB15	D1
PB4	RES
PB3	DC
GND	CS

②代码编写：
本次设计中oled采用硬件SPI2驱动，STM32CubeMX的设计如下图：



利用STM32CubeMX生成的SPI主要代码如上所示。在生成的SPI代码上进一步编写oled.c和oled.h文件。
oled.c封装了以下的函数：

测试函数：

int main(void)
{
    
    
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_SPI2_Init();
    OLED_Init();
    OLED_ShowString(0, 0, "wait for set esp8266,press key1 to set esp8266 with AIRLINK_MODE");
}

③测试用例实验结果：

由上图可知，oled模块的显示函数能够正确显示。
2、按键模块
①接线：

KEY_R0接地，KEY_L0和KEY_L1可以用于检测按键状态。
对应的引脚为：

KEY_R0	PC11（利用单片机输出低电平）
KEY_L0	PC10
KEY_L1	PB5

②代码编写：
STM32CubeMX设计如下：

PC11设置为输出模式，PC10和PB5设置为输入模式。
Key.c封装了以下函数：

void key_init(void)
{
    
    
   HAL_GPIO_WritePin(KEY_COM_GND_GPIO_Port, KEY_COM_GND_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}

void Test_key(void)
{
    
    
   if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin)==GPIO_PIN_SET)
   {
    
    
      OLED_ShowString(0,0,"key1_up");
   }
   else
   {
    
    
      OLED_ShowString(0,0,"key1_down");
   }
   if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port, KEY2_Pin)==GPIO_PIN_SET)
   {
    
    
      OLED_ShowString(0,10,"key2_up");
   }
   else
   {
    
    
      OLED_ShowString(0,10,"key2_down");
   }
   OLED_Refresh_Gram();
}

测试用例：

int main(void)
{
    
    
   MX_GPIO_Init();
   key_init();
   while(1)
   {
    
    
      Test_key();
   }
}

③测试用例实验结果：

由图中可以看出，按键一被按下时显示key1_down和key2_up,与理论相符。
3、dht11模块
①接线：

Stm32	Dht11
3.3V	VCC
GND	GND
PB0	DAT

②代码编写：
由于dht11的数据引脚有时需要作为输入，有时需要作为输出，所以不在STM32CubeMX设置。
Dht11.c主要封装了以下函数：

这里的us延时并没有使用定时器来产生，而是用系统时钟来实现：

void delay_us(uint32_t us)
{
    
    
    uint32_t delay = (HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 4000000 * us);
    while (delay--)
   {
    
    
      ;
   }
}

测试用例：

int main(void)
{
    
    
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_SPI2_Init();
  OLED_Init();
  while(1)
  {
    
    
      Test_dht11();
   }

void Test_dht11(void)
{
    
    
   char txt[16];
   while(1)
   {
    
    
      DHT11_Read_Data(&humidity_integer,&humidity_decimal,&temperature_integer,&temperature_decimal);
      sprintf(txt, "temp:%d.%d", temperature_integer,temperature_decimal);
      OLED_ShowString(0,0,txt);
      sprintf(txt, "humi:%d.%d", humidity_integer,humidity_decimal);
      OLED_ShowString(0,10,txt);
      OLED_Refresh_Gram();
   }
}

③测试用例实验结果：

由上图可以看出，温度为23.3℃，湿度为53.0%，湿度的小数为0，与理论相符。
4、光敏电阻模块
①接线：

Stm32	5506
3.3V	VCC
GND	GND
PA0	AO

②代码编写：
STM32CubeMX设置ADC1的IN0如下：

Stm32Rct6的ADC是12位的，这里没有更改的选项，则ADC读取的最大值是2^12=4096。
这里采样时间Sampling Time选择1.5个周期。ADC采样时间 = （采样周期+12.5周期）* 1/ADC时钟频率，这里ADC采样时间=（1.5+12.5）*1/12 = 1.167us。
light_check5506.c主要封装以下函数：

void light_check5506_init(void)
{
    
    
   HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
   HAL_Delay(200);
}

uint32_t light_check5506_getinitvalue(void)
{
    
    
   HAL_ADC_Start(&hadc1);
  HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,50);//ÏÞʱ50ms
   return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}

uint32_t light_check5506_get0to100value(void)
{
    
    
   //°µ-->ÁÁ£º0~100
   uint32_t value;
   value=light_check5506_getinitvalue();
   value=4096-value;//ÔʼÊý¾ÝÊÇÔ½°µÊý¾ÝÔ½´ó
   value=(value*100/4096);//»¯Îª0~100µÄÊý,±ØÐëÏȳËÒÔ100ÔÙ³ý£¬ÒòΪȫ²¿ÊÇÕûÊý
   return value;
}

void Test_5506(void)
{
    
    
   uint32_t value;
   char txt[16];
   while(1)
   {
    
    
      value=light_check5506_get0to100value();
      sprintf(txt, "light(0-100):%d", value);  
      OLED_ShowString(0,0,txt);
      OLED_Refresh_Gram();
   }
}

测试用例：

main(void)
{
    
    
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_SPI2_Init();
    MX_ADC1_Init();
    OLED_Init();
    light_check5506_init();
    while(1)`
    {
    
    
        Test_5506();
    }
}

③测试用例实验结果：

将ADC读取的值归一化到0~100后光照强度的数值为18。
5、rgb模块
①接线：

Stm32	rgb
GND	GND
PC6	R
PC7	G
PC8	B

②代码编写：
STM32CubeMX设置TIM8的三个通道如下：

计数周期Counter Period设置为255，这是为了便于查找RGB颜色表进行颜色设置，占空比Pulse设置为50%
Rgb.c封装了以下函数：

void rgb_init(void)
{
    
    
   HAL_TIM_PWM_Start(&htim8,TIM_CHANNEL_1);
   HAL_TIM_PWM_Start(&htim8,TIM_CHANNEL_2);
   HAL_TIM_PWM_Start(&htim8,TIM_CHANNEL_3);
}
void Test_rgb(void)
{
    
    
    rgb_setpwm(10.0,100.0,200.0);
}
void rgb_setpwm(uint8_t pwm_r,uint8_t pwm_g,uint8_t pwm_b)
{
    
    
   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_1,pwm_r);
   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_2,pwm_g);
   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_3,pwm_b);

}

测试用例：

main(void)
{
    
    
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_SPI2_Init();
    MX_TIM8_Init();
    rgb_init();
    OLED_Init();
    while(1)`
    {
    
    
       Test_rgb();    
}
}

③测试用例实验结果：

由上图可知RGB灯被点亮。

二、通过esp8266实现数据上传和数据回传

在进行数据上传与数据回传之前，首先进行用于打印数据的串口1的设置和用于stm32与esp8266通信的串口2。
串口1：


串口1设置PA9和PA10分别作为TX和RX，波特率为115200，不使能中断。
串口2：

串口2设置PA2和PA3分别作为TX和RX，波特率为9600，使能中断。
（一）数据上传------温湿度数据、关照强度数据
①主要代码

void userHandle(void)
{
    
    
    DHT11_Read_Data( & humidity_integer, & humidity_decimal, & temperature_integer, & temperature_decimal);
    currentDataPoint.valuehumidity = humidity_integer; 
    currentDataPoint.valueLight_intensity = light_check5506_get0to100value(); 
    currentDataPoint.valueDHT11 = temperature_integer + 0.1 * temperature_decimal; 
}

在userHandle(void)中添加温湿度数据的采集以及光照强度的读取。userHandle()是main函数中while循环的内容。

由左图可以看出，userHandle对于用户来说是最顶层的，数据在userHandle中采集，依次经过gizCheckReport判断是否上报当前状态的数据、gizDataPoints2ReportData完成用户区数据到上报型数据的转换、gizReportData将转换后的上报数据通过串口发送给 WiFi 模块。
②设计结果：
首先确保esp8266和手机都已经连接到同一个网络，这里用电脑作为这个网络。

由上图可知手机和esp8266已经连接上了电脑。机智云app连接上esp8266后得到上传来的数据：


Oled上的数据是stm32收集的，右边图的数据是app通过esp8266收到的，两者一致，说明数据交互是正确的。
（二）数据回传------RGB三数值
①主要代码

int8_t gizwitsEventProcess(eventInfo_t * info, uint8_t * gizdata, uint32_t len)
{
    
    
    uint8_t i = 0;
    dataPoint_t * dataPointPtr = (dataPoint_t *)gizdata;
    moduleStatusInfo_t * wifiData = (moduleStatusInfo_t *)gizdata;
    protocolTime_t * ptime = (protocolTime_t *) gizdata;
    # if MODULE_TYPE
    gprsInfo_t * gprsInfoData = (gprsInfo_t *)gizdata;
    # else
    moduleInfo_t * ptModuleInfo = (moduleInfo_t *) gizdata;
    # endif
    if ((NULL == info) || (NULL == gizdata))
    {
    
    
        return -1;
    }
    for (i=0; i < info->num; i++)
    {
    
    
        switch(info->event[i])
        {
    
    
            case EVENT_LED_R:
                currentDataPoint.valueLED_R = dataPointPtr->valueLED_R;
                GIZWITS_LOG("Evt:EVENT_LED_R %d\n", currentDataPoint.valueLED_R);
                rgb_setpwm(currentDataPoint.valueLED_R, currentDataPoint.valueLED_G, currentDataPoint.valueLED_B);
                break;
            case EVENT_LED_G:
                currentDataPoint.valueLED_G = dataPointPtr->valueLED_G;
                GIZWITS_LOG("Evt:EVENT_LED_G %d\n", currentDataPoint.valueLED_G);
                rgb_setpwm(currentDataPoint.valueLED_R, currentDataPoint.valueLED_G, currentDataPoint.valueLED_B);
                break;
            case EVENT_LED_B:
                currentDataPoint.valueLED_B = dataPointPtr->valueLED_B;
                GIZWITS_LOG("Evt:EVENT_LED_B %d\n", currentDataPoint.valueLED_B);
                rgb_setpwm(currentDataPoint.valueLED_R, currentDataPoint.valueLED_G, currentDataPoint.valueLED_B);
                break;
        }
    }
}

在gizwitsEventProcess中的EVENT_LED_R、EVENT_LED_G、EVENT_LED_B分别添加对对RGB三个PWM的赋值，赋值之后使其立即生效。

protocolIssuedProcess被 gizwitsHandle 调用，接收来自云端或 app端下发的相关协议数据。ACTION_CONTROL_DEVICE进行“控制型协议”的相关处理，gizDataPoint2Event根据协议生成“控制型事件”，并进行相应数据类型的转化转换，gizwitsEventProcess是位于数据回传过程中的最底层，根据已生成的“控制型事件”进行相应处理。
②设计结果：
首先确保esp8266和手机都已经连接到同一个网络，这里用电脑作为这个网络。

由上图可知手机和esp8266已经连接上了电脑。机智云app设置RGB三个PWM数值，得到oled上的数据为：


由上图可知，右图为app设置的三个PWM数值，左图再oled上为同样的数值，说明数据交互正确。

三、总结与体会

①通过这次设计接触了STM32CubeMX这个软件，相比与之前的标准库，STM32CubeMX生成的Hal库不仅封装度更高，而且更有利于开发者进行快速开发，而且在本次实验中机智云生成的代码也是基于Hal库的，这说明以后对于stm32来说，会越来越趋向于Hal开发。
②官网永远是对解决问题的最好地方，机智云的官方文档给了我极大帮助。
③esp8266的烧录对于供电要求十分苛刻，导致多次烧录都失败了，所以我在制pcb的时候加上了esp8266的烧录接口，以及GPIO的接地开关，还有复位电路。
④stmRct6板的供电十分差，由于我刚开始只是接了ST-LINK进行供电，导致dht11和oled一起使用时dht11的VCC口只有2.6V，进而使得dht11通信一直不成功，这也说明了一切先从电源管理开始，确保供电没问题再查找软件问题。

附录

1、PCB扩展板

PCB工程链接：
链接：https://pan.baidu.com/s/1mASqMcT1FdAu_I2DBkxMeg
提取码：xydq

2、代码
链接：https://pan.baidu.com/s/1fQRfchWXtGXmWRjT9O1fTw
提取码：jaam