控制智慧教室实验

实验内容

• 使用蜂巢套件控制智慧教室硬件。

实验目的

• 掌握蜂巢套件与智慧教室的联动过程。

实验环境

实验所需要硬件及软件如下：

实验所需要硬件

序号	名称	数量	备注
1	电脑	1台	系统Windows7及以上
2	STM32底座	2个
3	WiFi模块	1个
4	LED模块	1个
5	ST_LINK下载器	1个
6	ST_LINK下载器连接线	1根
7	OneNET平台显示PM2.5实验	1份

实验所需软件

• MDK5 安装步骤

• ST-LINK 驱动安装步骤

• Git 软件下载(可选)

STM32底座

WiFi模块

LED模块

ST-Link下载器 & ST-Link下载器连接线

实验原理

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

AP模式和SP模式对照表

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

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。

实验步骤

① 在geogle浏览器输入网址：https://iiot.stepiot.com 打开网站。

② 输入帐号，登陆网站。

③ 点开事务管理->开放API。

④ 点击查看按钮，查看到token，将token复制。

⑤ 将WiFi模块、LED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。

⑥ 打开 Keil 5 (即安装的MDK5)工程软件，点击工具栏： ` Project -> Open Project`，选择工程文件：控制智慧教室\ConnectBC\WIFI-V11\USER\WiFi.uvprojx并打开，如下图，双击启动工程。

⑦ 打开http_utils.h，填写token并保存。

⑧ 打WIFI.h，修改WIFI热点的名字与密码，修改后保存。

⑨ 编译工程，然后将程序下载到WIFI节点的底座。

⑩ 将STLink连接到按键节点，点击工具栏： ` Project -> Open Project，选择工程文件：控制智慧教室\ConnectBC\KEY\USER\LED.uvprojx`并打开。

⑪ 编译工程，然后将程序下载到节点底座中，如下图。

⑫ LED节点与WIFI节点拼接，从STM32底座上取下STLink的USB线在重新接上，给设备重新上电。

⑬ 观察实验： 按键S1 控制灯，打开或者关闭； 按键S2 控制门锁，打开或者关闭； 按键S3 控制窗帘，闭合或者打开。

代码讲解

按键节点

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。

• slip协议是在按键节点与WIFI节点之间使用的通信协议。
• uCOSII，是实时操作系统。

② main.c->main.c中初始化UCOSII、启动开始任务Start_Task()。

int main(void)
{ 
    uint8_t i = 0;

    OS_CPU_SysTickInit();
	OSInit();   
 	OSTaskCreate(Start_Task,(void *)0,(OS_STK *)&START_TASK_STK[START_STK_SIZE-1],START_TASK_PRIO );//创建起始任务
	OSStart();	    
}

③ main.c-> Start_Task()中，中对串口、LED模块、RS485协议进行初始化。初始化完成后。创建按键扫描任务CC_Task()及485同步通信任务Sync_Task()。

void CC_Task(void *pdata)
{
    uint8_t temp;
    pdata = pdata;
    while(1)
    {
        OSTimeDly(1);
        temp = LedMod_KeyPoll(); 
        if((kv==0)&&(temp)){
            kv = temp;        
        }        
    }
}

void Sync_Task(void *pdata)
{
    INT8U err,i;
    pdata = pdata;
    while(1)
    {
        OSSemPend(&SemRecvSync,0,&err);    
        if(RSLIP.flg == 1)
        {
            RSLIP.flg = 0;  
            printf("get req1\r\n");
            if((kv)&&(RSLIP.cid == CID_POLL)&&(RSLIP.rid == LocalDeviceId))
            {
                printf("get req2\r\n");
                Rs485_Send(LocalDeviceId,WIFI_ID,CID_KEY,1,&kv);
                kv = 0;
            }
        }        
    }
}

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、http_utils.c及HARDWARE中的代码。

• 其中，slip协议是在按键节点与WIFI节点之间使用的通信协议。
• 平台联动代码，智慧教室平台与蜂巢套件之间使用http协议进行通信控制，平台联动代码是两者之间的接口。
• uCOSII，是实时操作系统。

② main.c->main(),初始化UCOSII系统，启动开始任务Start_Task()。

int main(void)
{
  OS_CPU_SysTickInit();
	OSInit();   
 	OSTaskCreate(Start_Task,(void *)0,(OS_STK *)&START_TASK_STK[START_STK_SIZE-1],START_TASK_PRIO );//创建起始任务
	OSStart();	
}

main.c->Start_Task()任务中，初始化串口、WIFI模块(连接平台)、slip协议，并启动Sync_Task任务。

void Start_Task(void *pdata)
{
    UART1_Init(115200);//初始化串口1
    UART2_Init(115200);//初始化串口2
    UART3_Init(115200);
    printf("this usart3 printf\r\n");
    Rs485_Init();
    TIM3_Init(1000-1,64-1);//初始化定时器3
    slip_init(&RSLIP);
         
    SemRecvSync = *OSSemCreate (0);
    
    OSTaskCreate(Sync_Task,(void *)0,(OS_STK *)&SYNC_TASK_STK[SYNC_STK_SIZE-1],SYNC_TASK_PRIO);//创建起始任务
    OSTaskCreate(CC_Task,(void *)0,(OS_STK *)&CC_TASK_STK[CC_STK_SIZE-1],CC_TASK_PRIO);//创建起始任务  
    OSTaskDel(START_TASK_PRIO);    
}

main.c->Sync_Task任务,定时请求按键，并依据按键值控制灯、门锁及窗帘。

if((++Count100Hz)>=100)
{
    Count100Hz = 0;
    Rs485_Send(LocalDeviceId,KEY_ID,CID_POLL,0,(void*)0);  
}

if(RSLIP.data[0] == 0x01)
{
    LinghtState = 1 - LinghtState;
    if(LinghtState){
        HTTP_SendCommand("turnOnLight"); 
    }
    else if(LinghtState == 0){
        HTTP_SendCommand("turnOffLight");                   
    }
}
else if(RSLIP.data[0] == 0x02)
    {
        LockState = 1 - LockState;
        if(LockState){
            HTTP_SendCommand("openDoorLock"); 
        }
        else if(LockState == 0){
            HTTP_SendCommand("closeDoorLock");                   
        }
    }
    else if(RSLIP.data[0] == 0x03)
    {
        CurtainsState = 1 - CurtainsState;
        if(CurtainsState){
            HTTP_SendCommand("openCurtain"); 
        }
        else if(CurtainsState == 0){
            HTTP_SendCommand("closeCurtain");                   
        }
    }             

常见问题

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. 连接不了平台设备没有上线。

   • WIFI名字、WIFI密码、token是否有效正确。