您现在的位置：首页 > 技术方案 >工业控制 > 基于32位微控制器STM32F103C8T6+华为云+ESP8266的智能称重系统硬件设计方案

基于32位微控制器STM32F103C8T6+华为云+ESP8266的智能称重系统硬件设计方案

来源： eet-china

2022-08-02

类别：工业控制

拍明芯城

原标题：基于STM32+华为云的智能称重系统硬件设计方案

　　伴随着网络技术，各种通讯技术，传感器技术的飞速发展，物联网技术成为了当今技术领域发展为迅速的技术。而物联网技术的核心仍然是以互联网技术为基础的，物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是信息化时代的重要发展阶段。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

　　本设计的模型来源于物流、矿山、高速公路等场合，车辆称重地螃的智能化升级要求，设计基于物联网的智能在线称重方案，开发智能称重控制器，合理选择部署多个重量传感器和必要的算法、通过 WIFF 通信模块、GPS 定位模块，采集车辆重数据一地理位置信息，并通过网络发送至云平台，设计图形化 UI 界面展示称重、地图位置等重要信息，实现对称重系统的远程监测。

　　随着物联网技术的逐步发展和日趋成熟，物联网技术是一个大而广的应用技术，并非仅仅局限于延伸应用。相信对地磅来说必然会有更多创新的应用实践。总的来说，地磅现代化、信息化、智能化一定紧随物联网技术的发展，而物联网技术的发展也必将促使地磅兴起新的技术革命。

　　1. 设计的技术与硬件选项总结：

　　(1)云端通信模块采用 ESP8266-WIFI

　　(2)联网通信模块采用：ESP8266

　　(3)GPS 模块：采用 ATGM336H 双模 GPS 模块

　　(4)电子秤模块：用于称重

　　(5)物联网云平台：采用华为云物联网平台

　　设计总结：

　　(1)采用 ESP8266 连接 OneNet 上传称重数据和 GPS 数据到云端(采用 HTTP 协议)

　　云端上显示 2 个数据：GPS 定位数据–地图显示，称重传感器的数据值

　　(2)3 个称重传感器接一个秤面称重计算平均值

　　(3)本地 OLED 显示屏显示 GPS 经纬度数据、称重传感器的数据值。

　　(4)OLED 设计一个页面显示并设置当前的报警上限。通过按键进行加减

　　当称重的阀值超出了设置阀值，蜂鸣器报警。

　　2. 硬件选型

　　2.1 STM32F103C8T6

　　STM32F103C8T6 是一款基于 ARM Cortex-M 内核 STM32 系列的 32 位的微控制器，程序存储器容量是 64KB，需要电压 2V~3.6V，工作温度为 - 40°C ~ 85°C。

　　2.2 电子秤传感器

　　HX711 是一款专为高精度称重传感器而设计的 24 位 A/D 转换器芯片。

　　2.3 ESP8266-wifi

　　2.4 GPS 模块

　　2.5 蜂鸣器

　　3. 创建云端产品与设备

　　3.1 创建产品

　　地址：https://www.huaweicloud.com/?locale=zh-cn

　　3.2 创建设备

　　地址: https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-portal/device/all-device

　　3.3 自定义模型数据

　　链接：https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-dev/all-product/7211833377cf435c8c0580de390eedbe/product-detail/6277d70223aaf461a0f72a56

　　这个模型数据就是设备要上传的数据。

　　{

　　"device_id": "6277d70223aaf461a0f72a56_weigh",

　　"secret": "12345678"

　　}

　　服务ID: weigh

　　属性名称数据类型访问方式描述

　　weigh int(整型) 可读重量

　　GPS string(字符串) 可读 GPS定位信息

　　3.4 MQTT 密匙生成

　　创建完产品、设备之后，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 6277d70223aaf461a0f72a56_weigh

　　DeviceSecret 12345678

　　ClientId 6277d70223aaf461a0f72a56_weigh_0_0_2022050814

　　Username 6277d70223aaf461a0f72a56_weigh

　　Password 0a3d097c6449b8526a562006a74c8c5e61ce63d6c831ea291560736a3332cf77

　　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，就看到设备已经连接成功了。

　　接下来打开设备页面，可以看到设备已经在线了。

　　3.5 主题订阅与发布

　　//订阅主题: 平台下发消息给设备

　　$oc/devices/6277d70223aaf461a0f72a56_weigh/sys/messages/down

　　//设备上报数据

　　$oc/devices/6277d70223aaf461a0f72a56_weigh/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": "weigh","properties":{"GPS":"lat:12.345,lng:45.678"}}]}

　　通过 MQTT 客户端软件模拟上报测试：

　　查看控制台页面，数据已经上传成功了。

　　3.6 应用侧开发

　　为了更方便的展示设备数据，与设备完成交互，还需要开发一个配套的上位机，官方提供了应用侧开发的 API 接口、SDK 接口，为了方便通用一点，我这里采用了 API 接口完成数据交互，上位机软件采用 QT 开发。

　　帮助文档地址: https://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，应用侧提供了 API 接口，可以主动向设备端下发请求指令;设备端收到指令之后需要按照约定的数据格式上报数据;所以，要实现应用层与设备端的数据交互，需要应用层与设备端配合才能完成。

　　在使用接口时，最好先使用华为自己的调试接口测试。

　　https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/doc?product=IoTDA&api=ListProperties

　　上位机软件采用 Qt 框架设计，Qt 是一个跨平台的 C++ 图形用户界面应用程序框架。Qt 是一个 1991 年由 Qt Company 开发的跨平台 C++ 图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发 GUI 程序，也可用于开发非 GUI 程序，比如控制台工具和服务器。简单来说，QT 可以很轻松的帮你做带界面的软件，甚至不需要你投入很大精力。

　　QT 官网: https://www.qt.io/

　　4. STM32 设备端开发

　　4.1 程序下载

　　4.2 原理图

　　4.3 硬件接线

　　(1)OLED显示屏接线:

　　D0----(SCK)------------------->>PB14

　　D1----(MOSI)------------------>>PB13

　　RES—(复位脚低电平有效)-------->>PB12

　　DC--(数据和命令控制管脚)------>>PB1

　　CS--(片选引脚)---------------->>PA7

　　GND--------------------------->>GND

　　VCC--------------------------->>3.3V或者5V

　　(2)ATK-ESP8266 WIFI接线

　　PA2(TX)--RXD 模块接收脚

　　PA3(RX)--TXD 模块发送脚

　　GND---GND 地

　　VCC---VCC 电源(3.3V~5.0V)

　　(3)外接蜂鸣器模块: 高电平响

　　BEEP----->PB8

　　(4)外接按键：

　　KEY1 -PB3 按下是低电平清零

　　KEY2 -PB2 按下是低电平翻页

　　KEY3 -PB6 按下是低电平加

　　KEY4 -PB7 按下是低电平减

　　(5)外接LED灯模块：

　　LED1-PB4 低电平亮

　　LED2-PB5 低电平亮

　　(6)称重传感器1

　　VCC--->5V

　　SCK--->PA4 时序控制脚--对STM32--输出模式

　　DT---->PA5 输出输出脚-对STM32--输入模式

　　GND--->GND

　　(7)称重传感器2

　　VCC--->5V

　　SCK--->PA11 时序控制脚--对STM32--输出模式

　　DT---->PA12 输出输出脚-对STM32--输入模式

　　GND--->GND

　　(8)称重传感器3

　　VCC--->5V

　　SCK--->PA6 时序控制脚--对STM32--输出模式

　　DT---->PA8 输出输出脚-对STM32--输入模式

　　GND--->GND

　　(9)GPS模块接线说明

　　GND----GND

　　VCC---3.3V

　　PB11----GPS_TX

　　PB10----GPS_RX

　　(--)板载LED灯:低电平亮

　　LED1--PC13

　　BEEP2--PC14

　　(--)板载按键:

　　KEY1--PA0 按下为高电平

　　4.4 MQTT 连接代码

　　#include "stm32f10x.h"

　　#include "led.h"

　　#include "delay.h"

　　#include "key.h"

　　#include "usart.h"

　　#include

　　#include "timer.h"

　　#include "bluetooth.h"

　　#include "esp8266.h"

　　#include "mqtt.h"

　　//华为物联网服务器的设备信息

　　#define MQTT_ClientID "61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510"

　　#define MQTT_UserName "61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497"

　　#define MQTT_PassWord "385ce91dfe7da5b7431868d5d87e7998163c493344040935d5a00024d6324242"

　　//订阅与发布的主题

　　#define SET_TOPIC "$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/messages/down" //订阅

　　#define POST_TOPIC "$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/properties/report" //发布

　　char mqtt_message[200];//上报数据缓存区

　　int main()

　　{

　　u32 time_cnt=0;

　　u32 i;

　　u8 key;

　　LED_Init();

　　BEEP_Init();

　　KEY_Init();

　　USART1_Init(115200);

　　TIMER1_Init(72,20000); //超时时间20ms

　　USART2_Init(9600);//串口-蓝牙

　　TIMER2_Init(72,20000); //超时时间20ms

　　USART3_Init(115200);//串口-WIFI

　　TIMER3_Init(72,20000); //超时时间20ms

　　USART1_Printf("正在初始化WIFI请稍等. ");

　　if(ESP8266_Init())

　　{

　　USART1_Printf("ESP8266硬件检测错误. ");

　　}

　　else

　　{

　　//非加密端口

　　USART1_Printf("WIFI:%d ",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode("CMCC-Cqvn","99pu58cb","121.36.42.100",1883,1));

　　}

　　//2. MQTT协议初始化

　　MQTT_Init();

　　//3. 连接华为服务器

　　while(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord))

　　{

　　USART1_Printf("服务器连接失败,正在重试... ");

　　delay_ms(500);

　　}

　　USART1_Printf("服务器连接成功. ");

　　//3. 订阅主题

　　if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1))

　　{

　　USART1_Printf("主题订阅失败. ");

　　}

　　else

　　{

　　USART1_Printf("主题订阅成功. ");

　　}

　　.........

　　4.5 ESP8266 代码

　　#include "esp8266.h"

　　u8 ESP8266_IP_ADDR[16]; //255.255.255.255

　　u8 ESP8266_MAC_ADDR[18]; //硬件地址

　　函数功能: ESP8266命令发送函数

　　函数返回值:0表示成功 1表示失败

　　u8 ESP8266_SendCmd(char *cmd)

　　{

　　u8 i,j;

　　for(i=0;i<10;i++) //检测的次数--发送指令的次数

　　{

　　USARTx_StringSend(USART3,cmd);

　　for(j=0;j<100;j++) //等待的时间

　　{

　　delay_ms(50);

　　if(USART3_RX_FLAG)

　　{

　　USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='';

　　USART3_RX_FLAG=0;

　　USART3_RX_CNT=0;

　　if(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"OK"))

　　{

　　return 0;

　　}

　　return 1;

　　}

　　函数功能: ESP8266硬件初始化检测函数

　　函数返回值:0表示成功 1表示失败

　　u8 ESP8266_Init(void)

　　{

　　//退出透传模式

　　USARTx_StringSend(USART3,"+++");

　　delay_ms(50);

　　return ESP8266_SendCmd("AT ");

　　}

　　函数功能: 一键配置WIFI为AP+TCP服务器模式

　　函数参数:

　　char *ssid 创建的热点名称

　　char *pass 创建的热点密码 (最少8位)

　　u16 port 创建的服务器端口号

　　函数返回值: 0表示成功其他值表示对应错误值

　　u8 ESP8266_AP_TCP_Server_Mode(char *ssid,char *pass,u16 port)

　　{

　　char *p;

　　u8 i;

　　char ESP8266_SendCMD[100]; //组合发送过程中的命令

　　/*1. 测试硬件*/

　　if(ESP8266_SendCmd("AT "))return 1;

　　/*2. 关闭回显*/

　　if(ESP8266_SendCmd("ATE0 "))return 2;

　　/*3. 设置WIFI模式*/

　　if(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=2 "))return 3;

　　/*4. 复位*/

　　ESP8266_SendCmd("AT+RST ");

　　delay_ms(1000);

　　/*5. 关闭回显*/

　　if(ESP8266_SendCmd("ATE0 "))return 5;

　　/*6. 设置WIFI的AP模式参数*/

　　sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CWSAP="%s","%s",1,4 ",ssid,pass);

　　if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 6;

　　/*7. 开启多连接*/

　　if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=1 "))return 7;

　　/*8. 设置服务器端口号*/

　　sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CIPSERVER=1,%d ",port);

　　if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 8;

　　/*9. 查询本地IP地址*/

　　if(ESP8266_SendCmd("AT+CIFSR "))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]='';

　　}

　　//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]='';

　　}

　　//打印总体信息

　　USART1_Printf("当前WIFI模式:AP+TCP服务器 ");

　　USART1_Printf("当前WIFI热点名称:%s ",ssid);

　　USART1_Printf("当前WIFI热点密码:%s ",pass);

　　USART1_Printf("当前TCP服务器端口号:%d ",port);

　　USART1_Printf("当前TCP服务器IP地址:%s ",ESP8266_IP_ADDR);

　　USART1_Printf("当前TCP服务器MAC地址:%s ",ESP8266_MAC_ADDR);

　　return 0;

　　}

　　函数功能: TCP服务器模式下的发送函数

　　发送指令:

　　u8 ESP8266_ServerSendData(u8 id,u8 *data,u16 len)

　　{

　　u8 i,j,n;

　　char ESP8266_SendCMD[100]; //组合发送过程中的命令

　　for(i=0;i<10;i++)

　　{

　　sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CIPSEND=%d,%d ",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]='';

　　USART3_RX_FLAG=0;

　　USART3_RX_CNT=0;

　　if(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,">"))

　　{

　　//继续发送数据

　　USARTx_DataSend(USART3,data,len);

　　//等待数据发送成功

　　for(n=0;n<200;n++)

　　{

　　delay_ms(50);

　　if(USART3_RX_FLAG)

　　{

　　USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='';

　　USART3_RX_FLAG=0;

　　USART3_RX_CNT=0;

　　if(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"SEND OK"))

　　{

　　return 0;

　　}

　　return 1;

　　}

　　函数功能: 配置WIFI为STA模式+TCP客户端模式

　　函数参数:

　　char *ssid 创建的热点名称

　　char *pass 创建的热点密码 (最少8位)

　　char *p 将要连接的服务器IP地址

　　u16 port 将要连接的服务器端口号

　　u8 flag 1表示开启透传模式 0表示关闭透传模式

　　函数返回值:0表示成功其他值表示对应的错误

　　u8 ESP8266_STA_TCP_Client_Mode(char *ssid,char *pass,char *ip,u16 port,u8 flag)

　　{

　　char ESP8266_SendCMD[100]; //组合发送过程中的命令

　　//退出透传模式

　　//USARTx_StringSend(USART3,"+++");

　　//delay_ms(50);

　　/*1. 测试硬件*/

　　if(ESP8266_SendCmd("AT "))return 1;

　　/*2. 关闭回显*/

　　if(ESP8266_SendCmd("ATE0 "))return 2;

　　/*3. 设置WIFI模式*/

　　if(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=1 "))return 3;

　　/*4. 复位*/

　　ESP8266_SendCmd("AT+RST ");

　　delay_ms(1000);

　　/*5. 关闭回显*/

　　if(ESP8266_SendCmd("ATE0 "))return 5;

　　/*6. 配置将要连接的WIFI热点信息*/

　　sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CWJAP="%s","%s" ",ssid,pass);

　　if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 6;

　　/*7. 设置单连接*/

　　if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=0 "))return 7;

　　/*8. 配置要连接的TCP服务器信息*/

　　sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CIPSTART="TCP","%s",%d ",ip,port);

　　if(ESP8266_SendCmd(ESP8266_SendCMD))return 8;

　　/*9. 开启透传模式*/

　　if(flag)

　　{

　　if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=1 "))return 9; //开启

　　if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPSEND "))return 10; //开始透传

　　if(!(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,">")))

　　{

　　return 11;

　　}

　　//如果想要退出发送: "+++"

　　}

　　//打印总体信息

　　USART1_Printf("当前WIFI模式:STA+TCP客户端 ");

　　USART1_Printf("当前连接的WIFI热点名称:%s ",ssid);

　　USART1_Printf("当前连接的WIFI热点密码:%s ",pass);

　　USART1_Printf("当前连接的TCP服务器端口号:%d ",port);

　　USART1_Printf("当前连接的TCP服务器IP地址:%s ",ip);

　　return 0;

　　}

　　函数功能: TCP客户端模式下的发送函数

　　发送指令:

　　u8 ESP8266_ClientSendData(u8 *data,u16 len)

　　{

　　u8 i,j,n;

　　char ESP8266_SendCMD[100]; //组合发送过程中的命令

　　for(i=0;i<10;i++)

　　{

　　sprintf(ESP8266_SendCMD,"AT+CIPSEND=%d ",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]='';

　　USART3_RX_FLAG=0;

　　USART3_RX_CNT=0;

　　if(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,">"))

　　{

　　//继续发送数据

　　USARTx_DataSend(USART3,data,len);

　　//等待数据发送成功

　　for(n=0;n<200;n++)

　　{

　　delay_ms(50);

　　if(USART3_RX_FLAG)

　　{

　　USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='';

　　USART3_RX_FLAG=0;

　　USART3_RX_CNT=0;

　　if(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"SEND OK"))

　　{

　　return 0;

　　}

　　return 1;

　　}

责任编辑：David

【免责声明】

2、本文的引用仅供读者交流学习使用，不涉及商业目的。

3、本文内容仅代表作者观点，拍明芯城不对内容的准确性、可靠性或完整性提供明示或暗示的保证。读者阅读本文后做出的决定或行为，是基于自主意愿和独立判断做出的，请读者明确相关结果。

4、如需转载本方拥有版权的文章，请联系拍明芯城（marketing@iczoom.com）注明“转载原因”。未经允许私自转载拍明芯城将保留追究其法律责任的权利。

拍明芯城拥有对此声明的最终解释权。

上一篇：单片机系统的电磁兼容性设计方案

下一篇：服务机器人电机设计方案

标签：智能称重系统 STM32F103C8T6 ESP8266

产品分类

基于32位微控制器STM32F103C8T6+华为云+ESP8266的智能称重系统硬件设计方案

相关资讯