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

PM2.5模块

1个

·

5

ST-Link下载器

1个

·

6

ST-Link下载器连接线

1根

·

7

USB线

1根

·

8

PM2.5传感器数据采集实验代码

1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

PM2.5模块

PM2.5模块

USB线

USB线

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 将WiFi模块、PM2.5模块分别安装在STM32底座上,ST_LINK连接WIFI节点连接与电脑,如下图所示:

模块组装

② 轻按CCDebugger复位按键,指示灯变绿,表示连接正常。如下图:

模块组装

③ 访问github,进入github界面后点击Code,Clone HTTPS安全链接,如下图所示:

操作步骤

④ 打开电脑终端,进入工作目录workspace (workspace 为工程文件夹所在目录):

$ cd workspace

⑤ 运行clone命令:

$ git clone https://github.com/aiotcom/eps.git

下载目录至指定文件夹下。
如果提示"command not found"表示电脑没有安装Git,请至Git官网下载。
如果电脑没有安装 Git 软件,也可以进入Github,点击 Code -> DownLoad ZIP 下载所有工程代码。如下图所示:
下载代码
如果电脑没有公网,可以进:D盘\实验教程与代码选择相应的代码。

⑥ 打开Keil uVision5(即安装的MDK5)工程软件,点击工具栏: Project -> Open Project,选择工程文件:基于STM32 OneNET实验\4.OneNET平台显示超PM2.5实验\WiFi模块程序\USER\WIFI.uvprojx 并打开。

打开工程

选择文件

⑦ 打WIFI.h,修改WIFI热点的名字与密码。及根据自己的OneNET产品ID,设备鉴权信息及脚本名字,修改OneNET接入个人识别码并保存,如下图:

修改WIFI信息

⑧ 点击 Rebuild 重新编译。如下图:

重新编译工程

⑨ 编译成功,如下图:

编译成功

⑩ 点击 Download 按钮下载程序,如下图所示:

下载程序

下载成功

⑪ 将STLink连接到PM2.5节点,点击工具栏: Project -> Open Project,选择工程文件:基于STM32 OneNET实验\4.OneNET平台显示超PM2.5实验\PM2.5模块程序\USER\PM2.5.uvprojx 并打开。

打开工程

选择文件

⑫ 点击 Rebuild 重新编译。如下图:

重新编译工程

⑬ 编译成功,如下图:

编译成功

⑭ 点击 Download 按钮下载程序,如下图所示:

下载程序

下载成功

⑮ 下载完成后,将PM2.5节点与WIFI节点拼接,并将USB线与任意底座进行重连操作(即:将STLink的USB线从底座上取下,再重新接上)。

⑯ OneNET平台显示实验数据。(脚本位于:基于STM32 OneNET实验\4.OneNET平台显示超PM2.5实验\WiFi连接OneNET脚本文件\wifisample.lua)。具体操作参考OneNET平台应用手册。

OneNET平台操作

PM2.5节点

① 程序目录结构,源代码文件如下图。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。PM2.5的数据通过ADC采样获得,ADC.c是其驱动程序。

代码目录结构

main.c中对串口、定时器器、PM2.5模块、RS485协议进行初始化。初始化完成后,其中定时器为PM2.5传感器数据采集提供时间基准。Get_Adc()获取PM2.5的传感器ADC数值,并进行滤波。

   while(1)
	{
        for(PM2P5_ADC_Count = 0;PM2P5_ADC_Count < SAMPLE_SIZE;PM2P5_ADC_Count++){
            /*ADC取样*/
            GPIOA->BSRR = GPIO_PIN_1;//使能PM2.5模块
            TIM2_Delay10US(28);//280us
            PM2P5_ADC[PM2P5_ADC_Count] = Get_Adc(ADC_CHANNEL_3);//读取PM2.5传感器ADC数值
            TIM2_Delay10US(1);//10us
            GPIOA->BRR = GPIO_PIN_1;//禁止PM2.5模块
            TIM2_Delay10US(980);//9800us 
        }     
        bubbleSort(&PM2P5_ADC[0],SAMPLE_SIZE);//排序,数值小的在前面
        Data = 0;        
        for(i=1;i<(SAMPLE_SIZE-1);i++){//去除采样数据中的最高值及最低值
            Data += PM2P5_ADC[i];
        }
        Data = Data / (SAMPLE_SIZE-2);//减去最大和最小的两个
        voltage = (Data / 4096.0)*3.3;//转换成电压值
        PM25_ugm3 = (voltage*0.13)*1000;//转换成PM2.5值ug/m3
        printf("PM25=%d\r\n",PM25_ugm3);//调试打印
        /*保持到数组中,将被发送到WIFI节点*/
        PM_Data[0] = PM25_ugm3>>8;
        PM_Data[1] = PM25_ugm3;
        HAL_Delay(500);//延时500ms,每500ms采集一次
	}

main.c->RS485_HandlerCb()(回调函数),处理WIFI节点的请求,调用函数Rs485_Send()返回传感器数据。

    void RS485_HandlerCb(void)
    {
        if(!DataHandling_485(Addr_PM2_5)){//收到给本机的请求
            printf("get requery\r\n");
            /*发送数据到WIFI*/  
            Rs485_Send(Addr_PM2_5,Addr_WiFi,PM2_5_Conc,2,PM_Data);	       
        }
    }

WIFI节点

① 程序目录结构,源代码文件如下图。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。

代码目录结构

main.c中对串口、RS485协议进行初始化,并WIFI初始化并连接OneNET平台。初始化完成后,定时请求传感器数据。每1秒将传感器传送到OneNET平台。

    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OneNET
    
        /*中断频率2HZ 关联回调函数RS485_HandlerCb*/
        TIM3_Init(10000-1,3200-1,RS485_HandlerCb);  
        while(1)
        {
            HAL_Delay(1000);//延时1秒,1钟更新一次
            /*转成字符串*/
            PM2P5_Val = (SensorData[0]<<8) + SensorData[1];
            sprintf((void*)&SendBuffer[0],"%03d",PM2P5_Val);
            WiFi_SerialSend(&SendBuffer[0],4);//发送到OneNET
            printf("传感器数据(ug/m3)==%d\r\n",PM2P5_Val);//调试打印
        }
    }

main.c->RS485_HandlerCb()(回调函数),定时向PM2.5节点请求数据,有收数据保存到SensorData数组中。最终被传到OneNET平台。

    void RS485_HandlerCb(void)
    {
        static uint8_t state = 0;
    if(state == 0){//发送请求
            Rs485_Send(Addr_WiFi,Addr_PM2_5,PM2_5_Get_Conc,0,(void*)0);
            printf("请求传感器数据\n");
            state = 1;
        }
        else{//检测是否返回数据
            if(!DataHandling_485(Addr_WiFi)){//是本机期望的485数据处理
                printf("get data\r\n");
                SensorData[0] = Rx_Stack.Data[0];
                SensorData[1] = Rx_Stack.Data[1];          
            }
            state = 0;
        }
    }
  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. OneNET平台设备没有上线。
    • WIFI名字、WIFI密码、OneNET脚本,权鉴信息是否正确。
  1. 编写代码及修改脚本在OneNET平台显示最近三次的测量值。