STM32组合实验_NODERED平台显示光电开关检测实验

实验内容

  • 使用485总线读取光电开关传感器数据;
  • 通过WiFi模块将光电开关检测数据传输到NODERED平台。

实验目的

  • 将传感器数据上传到NODERED平台。
  • NODERED平台应用创建。

实验环境

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 光电开关模块 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 光电开关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

光电开关模块

光电开关模块

USB线

USB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。

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

实验步骤

① 将WiFi模块、光电开关模块分别安装在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 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

③ 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

④运行clone命令:

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

⑤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 打开已经安装NODERED的电脑:

D:\> ipconfig /all   //查看本机IP

本机IP

本机IP

D:\> NODE-RED  //启动本机nodered服务

启动NODE RED服务

NODERED服务 ⑦ 打开浏览器,输入地址127.0.0.1:1880 打开本机node red 主页:

NODERED主页

导入本次试验的NODE RED流程

NODERED导入1 NODERED导入2 NODERED导入3

部署本次试验NODE RED流程

NODERED部署

打开本次试验的UI界面(输入地址127.0.0.1:1880/ui)

NODERED图像界面

⑧ 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 NODERED实验\2.NODERED平台显示光电开关检测实验\WiFi模块程序\USER\WIFI.uvprojx` 并打开。

打开工程

选择文件

⑨ 打开WIFI.h,修改WIFI热点的名字与密码。及服务器IP和服务器端口如下图:

修改WIFI信息

⑩ 点击 Rebuild 重新编译。如下图:

重新编译工程

编译成功,如下图:

编译成功

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连接到光电开关节点,点击工具栏: ` Project -> Open Project,选择工程文件:基于STM32 NODERED实验\2.NODERED平台显示光电开关检测实验\光电传感器模块程序\USER\Optocoupler.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,将光电开关节点与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)。WIFI模块上线后状态如下图:

WIFI模块指示灯

⑯ NODE RED平台操作。(流程位于:基于STM32 NODERED实验\2.NODERED平台光电开关\光电开关.json)。具体操作参考node red平台应用手册。

OneNET平台操作

代码讲解

光电开关节点

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、定时器器、光电开关传感器、RS485协议进行初始化。初始化完成后,Optocoupler_State_Read()读取传感器数据。处理WIFI节点的请求,并返回传感器数据到WIFI节点。

int main(void)
{
  uint8_t state = 0;     //显示温度 还是湿度
  HAL_Init();            //初始化HAL库  
  Optocoupler_Init();    //初始化光电开关模块
  Rs485_Init();			//初始化485
  USART3_Init(115200);   //用于调试
  UART1_Init(115200);		//初始化串口1,RS485通信
  
  /*中断频率20HZ,关联RS485_HandlerCb()回调函数*/
  TIM3_Init(10000-1,320-1,RS485_HandlerCb);    
	while(1)
	{
      DetectResult = Optocoupler_State_Read();
      //=1,检测到遮挡物,0=未检测到
	}
}

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_PH)){	//是本机期望的485数据处理
        printf("get requery\r\n");
        /*485发送数据*/
        Rs485_Send(Addr_PH,Addr_WiFi,PH_State,1,&DetectResult);
    }
}

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NODERED平台。初始化完成后,定时请求传感器数据。每3秒将传感器传送到NODERED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(3000);//延时3秒,3钟更新一次
        /*转成字符串*/
        sprintf((void*)&SendBuffer[0],"%d",SensorData[0]);
        WiFi_SerialSend(&SendBuffer[0],1);//发送到OneNET
        printf("传感器数据==%d\r\n",SensorData[0]);//调试打印
    }
}

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

void RS485_HandlerCb(void)
{
    static uint8_t state = 0;
  if(state == 0){//发送请求
        Rs485_Send(Addr_WiFi,Addr_PH,PH_Get_State,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];
        }
        state = 0;
    }
}

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. NODERED平台设备没有上线。

    • WIFI名字、WIFI密码、服务器IP和端口等信息是否正确。

实验思考

  1. NODERED曲线显示有哪些方式可以变化。