STM32组合实验_NODRED平台显示PM2.5实验
实验内容
- 使用485总线读取PM2.5数据；
- 通过WiFi模块将PM2.5数据传输到NODERED平台。
实验目的
- 将传感器数据上传到NODERED平台。
- NODRED平台动态显示PM2.5数据及历史曲线。
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 | 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
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
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 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：
② 访问github,进入github界面后点击Code，Clone HTTPS安全链接，如下图所示：
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：
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
D:\> NODE-RED //启动本机nodered服务
启动NODE RED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：
导入本次试验的NODE RED流程
部署本次试验NODE RED流程
打开本次试验的UI界面(输入地址127.0.0.1:1880/ui)
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\4.NODERED平台显示超PM2.5实验\WiFi模块程序\USER\WIFI.uvprojx` 并打开。
⑨ 打开WIFI.h，修改WIFI热点的名字与密码。及根据安装NODERED服务的电脑IP和端口，修改并保存，如下图：
点击 Rebuild 重新编译。如下图：
编译成功，如下图：
⑩ 点击 Download 按钮下载程序，如下图所示：
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。
⑫ 点击 Rebuild 重新编译。如下图：
⑬ 编译成功，如下图：
⑭ 点击 Download 按钮下载程序，如下图所示：
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 观察WIFI模块状态灯—长亮表示已经连接到路由器：
⑰ NODERED平台显示实验数据。(脚本位于：基于STM32 NODERED实验\4.NODERED平台显示超PM2.5实验\PM25数据显示.json)。具体操作参考node red平台应用手册。
代码讲解
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。
② 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。
② 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;
}
}
常见问题
-
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。
-
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。
. NODERED平台设备没有上线。
- WIFI名字、WIFI密码、IP\PORT，信息是否正确。
实验思考
- 编写代码实现在NODERED平台显示最近三次的测量平均值。