实验所需硬件

序号

名称

数量

备注

1

电脑

1台

系统Windows7及以上

2

STM32底座模块

2个

·

3

Wifi模块

1个

·

4

蜂鸣器模块

1个

·

5

ST-Link下载器

1个

·

6

ST-Link下载器连接线

1根

·

7

蜂鸣器控制实验代码

2份

·

实验所需软件

ST-Link下载器 & ST-Link下载器连接线

STLink下载器

STM32底座

STM32底座

WiFi模块

WiFi模块

蜂鸣器模块

WIFI技术基本概念

WIFI英语全称是Wireless Fidelity,中文译成无线保真。WIFI是建立连接和进行通讯的手段,它对应一套通讯的规则,保证让两个节点能互相连接,设备连接建立后,通过TCP/IP和UDP等协议,传输数据,连接互联网络。WIFI模块的STA模式和AP模式。

AP模式:Access Point,提供无线接入服务,允许其它无线设备接入,提供数据访问,一般的无线路由/网桥工作在该模式下。AP和AP之间允许相互连接。Sta模式(SP模式):Station类似于无线终端,sta本身并不接受无线的接入,它可以连接到AP,一般无线网卡即工作在该模式。对照表如下:

分类

AP模式

SP模式

接入网络

接受

不接受

网卡

需要

不需要

终端

有线

无线

WiFi模块原理图

WIFI模块硬件电路

RS485总线标准

RS485采用平衡发送和差分接收方式实现通信:发送端将串行口的ttl电平信号转换成差分信号a,b两路输出,经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成ttl电平信号。由于传输线通常使用双绞线,又是差分传输,所以有极强的抗共模干扰的能力,总线收发器灵敏度很高,可以检测到低至200mv电压。故传输信号在千米之外都是可以恢复。rs-485最大的通信距离约为1219m,最大传输速率为10mb/s,传输速率与传输距离成反比,在100kb/s的传输速率下,才可以达到最大的通信距离,如果需传输更长的距离,需要加485中继器。rs-485采用半双工工作方式,支持多点数据通信。rs-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来,不支持环形或星型网络。如果需要使用星型结构,就必须使用485中继器或者485集线器才可以。rs-485总线一般最大支持32个节点,如果使用特制的485芯片,可以达到128个或者256个节点,最大的可以支持到400个节点。

UART与RS-485性能对比

**抗干扰性:**RS485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗噪声干扰性好。RS232 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰。

**传输距离:**RS485 接口的最大传输距离标准值为 1200 米(9600bps 时),实际上可达 3000 米。RS232 传输距离有限,最大传输距离标准值为 50 米,实际上也只能用在 15 米左右。

**通信能力:**RS-485 接口在总线上是允许连接多达128个收发器,用户可以利用单一的 RS-485 接口方便地建立起设备网络。RS-232只允许一对一通信。

**传输速率:**RS-232传输速率较低,在异步传输时,波特率为20Kbps。RS-485 的数据最高传输速率为 10Mbps。 信号线:RS485 接口组成的半双工网络,一般只需二根信号线。RS-232 口一般只使用 RXD、TXD、GND 三条线。

**电气电平值:**RS-485的逻辑"1"以两线间的电压差为+(2-6)V表示;逻辑"0"以两线间的电压差为-(2-6)V表示。在 RS-232-C 中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即:逻辑"1",-5- -15V;逻辑"0 " +5- +15V。

实验底座RS485总线原理

每个底座周边都有RS485总线接口,由底座的485信号由MCU的UART信号+MAX3485 485总线转换芯片组成。

实验底座RS485总线原理

  1. 智能综合实训台开机,等待开机完成。
  2. 打开系统的DOS界面,在界面上输入node-red启动node-red
  3. 打开google浏览器,在输入网址处输入(http://127.0.0.1:1880),如下图:输入Node_RED地址NodeRED编辑界面
  4. 在编辑界面左边的控制区搜索框内输入"text"找到text控制件,如下图:NodeRED编辑界面
  5. 采用text控件实现表头(显示界面背景信息),新Group,如下图:新建Group
  6. 编辑、添加节点加入的Group节点。添加新节点
  7. 填写表头名称,名称为"重庆八城科技有限公司———————————蜂鸣器控制———————————物联网综合实验平台",点击"添加"按钮完成退出,如下图:输入表头名称
  8. 设置宽度,点击"更新"按钮完成编辑,如下图:输入表头名称
  9. 编辑text控件,参数下图中的红框:输入表头名称
  10. 完成以上步骤就可以预先看看应用界面部署后的情况,在界面的右上角看到如下界面。点击"部署"。如下图:进行部署部署完成后,"部署"图标变灰。如下图:部署成功
  11. 依次点击下图所示的按钮(位于编辑界面右上角),查看部署后的的图面:部署成功
  12. 执行上一步骤后,看到如下界面:查看应用界面效果
  13. 回到编辑界面,在控件区中搜索框中输入button,如下图:搜索button
  14. 将图标节点button,拖入编辑界面中。拖入button控件
  15. 双击刚拖入的button控件,编辑button,参数如下图。Group的选择一定要注意,否则部署后会看不到相应的控件。拖入button控件
  16. 到此,工作区内容如下图:图片
  17. 在控制区搜索框中输入tcp out搜索函数节点,如下图:搜索tcp out节点
  18. 将函数节点tcp out拖入编辑界面中,如下图:拖入函数节点
  19. 双击 tcp out节点弹出tcp out节点编辑界面,进行参数设置,如下图:编辑tcp out节点
  20. 到此工作区内容如下图:图片
  21. 各个节点之间进行连线,设置如下图所示,如下图:节点连线设置
  22. 功能完成后需要对界面图标位置进行调整,在界面右边找到相应按钮,如下图:启动布局
  23. 点击layout图标进入位置调整界面。随意拖动左边模块,到合适的位置。形成自己所要的排版模式点击"完成"按钮退出到编辑界面。调整界面布局
  24. 点击右上角的"部署"按钮,部署成功后图标变成灰色,如下图:进行部署
  25. 依次点击如下图所示按钮,进入应用界面,如下图:查看部署后的界面
  26. 部署后的界面如下,等硬件实验连接上,就可以使用硬件控制风扇。部署后的界面
  27. 到此,NodeRED平台编辑完成,接下来,下载硬件程序,实现在NodeRED上控制风扇。
  28. 将WiFi模块、蜂鸣器模块分别安装在STM32底座上。确认各个节点,如下图所示,ST_LINK连接WIFI节点连接。![搭建实验硬件平台]
  29. 打开 Keil 5 工程软件,点击工具栏: Project -> Open Project,选择工程文件:NodeRED平台实验\9.蜂鸣器控制实验\WiFi模块程序\USER\WiFi.uvprojx 并打开。启动工程
  30. 打开WiFi.h文件,修改WIFI热点名称和密码。实验台也必须连接到该WIFI热点。IP地址为运行NodeRED的计算机的IP地址,端口为此前步骤NodeRED tcp out节点监听的端口。修改WiFi数据
  31. 编译工程,然后将程序下载到WIFI节点的底座。编译并下载程序
  32. 将STLink连接到风扇节点,点击工具栏: Project -> Open Project,选择工程文件:NodeRED平台实验\9.蜂鸣器控制实验\蜂鸣器模块程序\USER\beep.uvprojx 并打开。启动工程
  33. 编译工程,然后将程序下载到风扇节点中。编译并下载程序
  34. 蜂鸣器节点与WIFI节点拼接,从STM32底座上取下STLink的USB线再重新接上,给设备重新上电。
  35. 部署应用,点击右上角"部署"图标,变成灰色部署成功,如下图:进行部署
  36. NodeRED平台的界面上看到如下图所示,表明实验设备连接上NodeRED平台。设备连接成功
  37. NodeRED编辑界面右上角,依次点击如下图图标,进行部署,并查看应用界面。部署应用
  38. 显示界面如下图,点击按钮控制风扇的状态。操作应用

蜂鸣器节点

① 程序目录结构,如下图。CORE文件夹为STM32内核代码,HALLIB文件文件夹为底层HAL库文件,我们主要关心,main.c及HARDWARE中的代码。

程序目录结构

② main.c中对串口、蜂鸣器模块、RS485协议进行初始化。初始化完成后。调用函数DataHandling_485()获取控制指令,依控制指令控制蜂鸣器打开或关闭。蜂鸣器是无源蜂鸣器,代码采用1ms切换一次蜂鸣器电平的方式,输出一个500Hz的方波控制蜂鸣器响起。当BeepState=0,时无方波输出,蜂鸣器不响,BeepState = 1,有500Hz方波输出蜂鸣器响起。

    int main(void)
    {
        HAL_Init();//初始化HAL库  
        Beep_Init();//初始化蜂鸣
        Rs485_Init();//初始化485
        UART1_Init(115200);//初始化串口1,用于485通信
        USART3_Init(115200);
        printf("this usart3 print\r\n");
        while(1)
        {
            if(!DataHandling_485(Addr_BEEP)){//是发给本机的指令
                printf("get data\r\n"); 
                BeepCmd = Rx_Stack.Data[0];//控制指令
                if(BeepCmd){
                    BeepState = 1;//打开蜂鸣器
                }
                else{
                    BeepState = 0;//关闭蜂鸣器                
                }
            }

            if(BeepState){
                HAL_Delay(1);//延时1ms,蜂鸣器的声音频率为500HZ
                BEEP_IO_TOGGLE();//蜂鸣器IO电平反转
            }
            else{
                BEEP_IO_LOW();//停止蜂鸣器
            }
        }
    }

WIFI节点

① 程序目录结构,如下图。CORE文件夹为STM32内核代码,HALLIB文件文件夹为底层HAL库文件,我们主要关心,main.c及HARDWARE中的代码。

程序目录结构

② main.c中对串口、RS485协议进行初始化,并WIFI初始化并连接NODE-Red平台。初始化完成后,接收平台的指令,根据平台指令控制风扇节点的风扇状态。控制命令通过调用Rs485_Send()进行发送。

    int main(void)
    {
        HAL_Init();//初始化HAL库  
        Rs485_Init();//初始化485
        UART1_Init(115200);//初始化串口1 485总线使用
        UART2_Init(115200);//初始化串口2
        USART3_Init(115200);//调试串口   
        printf("this usart3 print\r\n");
        WiFi_Init();//初始化WiFi,并连接NODE-Red
        while(1)
        {
            if(USART2_RX_STA){
                HAL_Delay(50);//延时50ms等待接收完成
                printf("get cmd=%s\r\n",USART2_RX_BUF);//调试打印
                if(strstr((void*)&USART2_RX_BUF[0],(const char*)"$BEEP")){
                    Beep_Ctrl = 1 - Beep_Ctrl;//蜂鸣控制命令
                    Rs485_Send(Addr_WiFi,Addr_BEEP,BEEP_CTRL,1,(void*)&Beep_Ctrl);//发送命令控制蜂鸣器            
                }          
                USART2_RX_STA = 0;//清空串口接收计数器
                memset((void*)USART2_RX_BUF,0,USART2_REC_LEN);//清空接收缓冲
            }
        }
    }
  1. 弹出警告窗口,不能下载程序。
    • 请确认STLink驱动、STM32F103C8的DFP包是否安装。
    • STLink仿真器是否正常接入。
  2. 下载代码后程序没观察到实验现象。
    • 请重新上电,或者按下底座上的复位按键。
    • 模块没有安装稳妥。
  3. Node-RED平台设备没有上线。
    • WIFI名字、WIFI密码是否正确。
    • 实验设备计算机是否在同一个WIFI热点或者路由下。
  1. 在NODE-Red平台增加一个按键控制蜂鸣器以另一种频率响起。