基于STM32的工業(yè)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、前言

1.1 項(xiàng)目介紹

【1】項(xiàng)目開(kāi)發(fā)背景

在當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化和智能化迅速發(fā)展的背景下，倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)作為物流和供應(yīng)鏈管理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其環(huán)境安全與智能監(jiān)控顯得尤為重要。工業(yè)倉(cāng)庫(kù)常常儲(chǔ)存大量易燃、易爆、易腐蝕或?qū)Νh(huán)境要求嚴(yán)格的物資，一旦發(fā)生溫濕度異常、氣體泄漏或火災(zāi)等突發(fā)事件，將可能導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。因此，構(gòu)建一個(gè)實(shí)時(shí)、高效、智能的倉(cāng)庫(kù)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，成為工業(yè)信息化管理的重要組成部分。

傳統(tǒng)的倉(cāng)庫(kù)環(huán)境監(jiān)控方式多依賴人工巡檢和基礎(chǔ)報(bào)警裝置，不僅效率低下，且響應(yīng)速度慢，無(wú)法滿足現(xiàn)代倉(cāng)儲(chǔ)對(duì)安全性、實(shí)時(shí)性和智能化的要求。尤其在大型工業(yè)園區(qū)和分布式倉(cāng)儲(chǔ)中心，傳統(tǒng)方式難以實(shí)現(xiàn)集中管理與遠(yuǎn)程監(jiān)控，嚴(yán)重制約了企業(yè)的數(shù)字化發(fā)展進(jìn)程。因此，需一種低成本、模塊化、高集成度的環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境的全面感知、智能響應(yīng)和遠(yuǎn)程管理。

本項(xiàng)目以STM32F103C8T6單片機(jī)為核心控制器，結(jié)合溫濕度、煙霧、火焰及有害氣體等多種傳感器，搭建一個(gè)可實(shí)時(shí)采集環(huán)境數(shù)據(jù)的智能感知系統(tǒng)。系統(tǒng)配備ESP8266 WiFi模塊，通過(guò)MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，支持遠(yuǎn)程監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)分析。同時(shí)，結(jié)合本地LCD顯示與風(fēng)扇控制、蜂鳴器報(bào)警等執(zhí)行模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常情況的快速響應(yīng)與聯(lián)動(dòng)控制。上位機(jī)軟件則采用Qt5開(kāi)發(fā)，提供圖形化界面，便于操作人員實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)和分析環(huán)境變化趨勢(shì)。

本設(shè)計(jì)不僅具有較強(qiáng)的實(shí)用性與可擴(kuò)展性，還符合當(dāng)前工業(yè)4.0和智能制造的發(fā)展方向，能夠有效提升倉(cāng)庫(kù)管理的智能化水平，為實(shí)現(xiàn)安全、高效、綠色的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

【2】設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境參數(shù)：通過(guò)傳感器采集溫度、濕度、煙霧濃度、火焰信號(hào)和有害氣體（如甲醛、氨氣等）濃度，實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境的全面感知。

（2）本地LCD屏幕顯示環(huán)境信息：通過(guò)1.44寸TFT LCD液晶屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的溫濕度、煙霧濃度、氣體泄漏等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，便于現(xiàn)場(chǎng)人員查看。

（3）環(huán)境異常自動(dòng)報(bào)警與風(fēng)扇聯(lián)動(dòng)控制：當(dāng)檢測(cè)到溫度過(guò)高、煙霧超標(biāo)、火焰出現(xiàn)或氣體泄漏時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，并控制繼電器啟動(dòng)風(fēng)扇，進(jìn)行通風(fēng)處理。

（4）WIFI無(wú)線通信與數(shù)據(jù)上云：通過(guò)ESP8266模塊將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)通過(guò)MQTT協(xié)議實(shí)時(shí)上傳至華為云IoT平臺(tái)，支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控。

（5）支持上位機(jī)環(huán)境監(jiān)控平臺(tái)：通過(guò)Qt5 + C++開(kāi)發(fā)上位機(jī)軟件，接收和顯示來(lái)自倉(cāng)庫(kù)端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并提供歷史數(shù)據(jù)查詢與分析功能，輔助管理人員進(jìn)行環(huán)境評(píng)估和決策。

【3】項(xiàng)目硬件模塊組成

（1）主控模塊：STM32F103C8T6單片機(jī)，用于協(xié)調(diào)各傳感器的數(shù)據(jù)采集、邏輯控制與通信處理。

（2）溫濕度檢測(cè)模塊：SHT30數(shù)字溫濕度傳感器，采用I2C通信接口，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)環(huán)境溫濕度測(cè)量。

（3）煙霧檢測(cè)模塊：MQ2氣體傳感器，通過(guò)模擬信號(hào)輸出監(jiān)測(cè)煙霧濃度，用于火災(zāi)預(yù)警。

（4）火焰檢測(cè)模塊：紅外火焰?zhèn)鞲衅?/a>，輸出高低電平信號(hào)，用于檢測(cè)火源存在。

（5）有害氣體檢測(cè)模塊：MQ135空氣質(zhì)量傳感器，輸出模擬信號(hào)，用于檢測(cè)空氣中的有害氣體如甲醛、氨氣等。

（6）通信模塊：ESP8266 WiFi模塊，通過(guò)串口通信與STM32連接，采用MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至華為云IoT平臺(tái)。

（7）顯示模塊：1.44寸TFT LCD液晶屏，SPI接口，用于本地顯示各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。

（8）風(fēng)扇控制模塊：繼電器驅(qū)動(dòng)電路，控制12V直流風(fēng)扇，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)通風(fēng)功能。

（9）報(bào)警模塊：高電平觸發(fā)的有源蜂鳴器，用于在檢測(cè)到環(huán)境異常時(shí)發(fā)出聲響警報(bào)。

（10）上位機(jī)軟件支持模塊：PC端通過(guò)串口或WiFi接收數(shù)據(jù)，配合Qt5 + C++開(kāi)發(fā)的可視化界面進(jìn)行數(shù)據(jù)展示與分析。

【4】設(shè)計(jì)意義

隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，倉(cāng)庫(kù)作為生產(chǎn)和物流環(huán)節(jié)中的重要組成部分，其環(huán)境安全問(wèn)題越來(lái)越受到重視。溫濕度、煙霧、火焰及有害氣體等環(huán)境因素直接關(guān)系到倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)物品的質(zhì)量安全，尤其是對(duì)一些易燃易爆、易腐蝕物品的存儲(chǔ)而言，環(huán)境監(jiān)控顯得尤為關(guān)鍵。因此，設(shè)計(jì)一套基于STM32的工業(yè)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，不僅能有效提升環(huán)境數(shù)據(jù)的感知能力，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)的及時(shí)預(yù)警和聯(lián)動(dòng)控制，保障倉(cāng)庫(kù)環(huán)境的穩(wěn)定和安全。

本設(shè)計(jì)采用多種環(huán)境傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫濕度、煙霧濃度、火焰及空氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)合繼電器驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行主動(dòng)通風(fēng)處理，并配備有源蜂鳴器實(shí)現(xiàn)本地報(bào)警，從而提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度與應(yīng)急處理能力。通過(guò)本地LCD顯示模塊，工作人員可以隨時(shí)掌握環(huán)境狀態(tài)，無(wú)需依賴額外設(shè)備，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)工作的便捷性與效率。

此外，系統(tǒng)通過(guò)ESP8266模塊實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸，采用MQTT協(xié)議將環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，為遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)分析提供了技術(shù)支持。管理人員無(wú)需親臨現(xiàn)場(chǎng)即可通過(guò)上位機(jī)平臺(tái)查看倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境變化情況，從而為科學(xué)決策和故障預(yù)防提供依據(jù)。

整體而言，本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)緊貼實(shí)際需求，方案成熟可靠，硬件結(jié)構(gòu)清晰，成本可控，具有良好的實(shí)用性和推廣價(jià)值。它不僅體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式技術(shù)在工業(yè)環(huán)境安全中的融合應(yīng)用，也為后續(xù)智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的發(fā)展提供了有益的技術(shù)參考。

【5】市面上同類(lèi)產(chǎn)品研究現(xiàn)狀

工業(yè)倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境監(jiān)控是保障物資安全、防止火災(zāi)爆炸、確保作業(yè)環(huán)境舒適的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、傳感器技術(shù)和邊緣計(jì)算的發(fā)展，此類(lèi)系統(tǒng)正朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的方向快速演進(jìn)。STM32系列微控制器因其高性能、低功耗、豐富外設(shè)和成熟的生態(tài)系統(tǒng)，成為此類(lèi)嵌入式系統(tǒng)的主流選擇。

國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀與典型案例

1. 海爾智能倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)：
   • 案例描述： 海爾在其大型物流倉(cāng)庫(kù)中部署了基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)集成了溫濕度傳感器（類(lèi)似SHT30）、煙霧探測(cè)器（類(lèi)似MQ2）、可燃?xì)怏w探測(cè)器（類(lèi)似MQ135）以及視頻監(jiān)控。數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee/WiFi（如ESP8266）匯聚到網(wǎng)關(guān)（常采用高性能STM32F4/F7系列），再上傳至私有云平臺(tái)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控、閾值報(bào)警、自動(dòng)通風(fēng)（風(fēng)機(jī)控制）和消防聯(lián)動(dòng)。上位機(jī)平臺(tái)提供可視化展示和數(shù)據(jù)分析。
   • 與您設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)： 核心功能（監(jiān)測(cè)、報(bào)警、通風(fēng)、聯(lián)網(wǎng)、上位機(jī)）高度一致。海爾方案可能更復(fù)雜（如集成視頻、多節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)），采用更高性能STM32作為網(wǎng)關(guān)，但底層傳感節(jié)點(diǎn)很可能使用類(lèi)似STM32F1/C8T6級(jí)別的MCU。使用WiFi和云平臺(tái)（私有云 vs 華為云）是共同點(diǎn)。
   • 異同點(diǎn)： 海爾系統(tǒng)規(guī)模更大、集成度更高（可能包含RFID、AGV調(diào)度等），成本也更高。您的設(shè)計(jì)更側(cè)重于經(jīng)濟(jì)型、模塊化的單點(diǎn)/小型倉(cāng)庫(kù)解決方案，直接使用ESP8266+STM32F103C8T6完成傳感、處理、通信。
2. 京東“亞洲一號(hào)”智能物流園環(huán)境監(jiān)控：
   • 案例描述： 京東的標(biāo)桿性智能倉(cāng)庫(kù)廣泛部署了環(huán)境感知系統(tǒng)。除了基礎(chǔ)的溫濕度、煙霧、氣體監(jiān)測(cè)，還特別關(guān)注庫(kù)區(qū)內(nèi)的粉塵濃度（對(duì)精密電子產(chǎn)品尤為重要）和特定區(qū)域（如冷庫(kù)、電池存儲(chǔ)區(qū)）的環(huán)境參數(shù)。系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)傳感器，數(shù)據(jù)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（含WiFi）傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控室和云端（京東云）。上位機(jī)系統(tǒng)基于Web技術(shù)開(kāi)發(fā)，提供大屏可視化和智能預(yù)警。
   • 與您設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)： 核心監(jiān)測(cè)參數(shù)（溫濕度、煙霧、有害氣體）相同，強(qiáng)調(diào)報(bào)警和聯(lián)網(wǎng)（云+上位機(jī)）。上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化與分析是共同目標(biāo)。
   • 異同點(diǎn)： 京東系統(tǒng)規(guī)模龐大，采用更昂貴的工業(yè)級(jí)傳感器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)），側(cè)重于高可靠性和與整個(gè)物流自動(dòng)化系統(tǒng)的深度集成。您的設(shè)計(jì)更輕量級(jí)，使用消費(fèi)/工規(guī)級(jí)傳感器和成本更優(yōu)的WiFi模塊(ESP8266)，適合中小型倉(cāng)庫(kù)。
3. 基于華為云IoT的中小企業(yè)倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控方案 (如：某正泰電器區(qū)域倉(cāng)庫(kù))：
   • 案例描述： 眾多方案提供商（如一些物聯(lián)網(wǎng)初創(chuàng)公司或集成商）為中小企業(yè)倉(cāng)庫(kù)提供基于STM32+華為云IoT平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境監(jiān)控解決方案。典型配置包括STM32F1/F4主控、各類(lèi)模擬/數(shù)字傳感器、ESP8266/ESP32 WiFi模塊、繼電器控制通風(fēng)/報(bào)警設(shè)備。數(shù)據(jù)通過(guò)MQTT協(xié)議上報(bào)華為云IoT，用戶可通過(guò)手機(jī)App或簡(jiǎn)易Web上位機(jī)查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和報(bào)警信息，部分支持歷史數(shù)據(jù)查詢。
   • 與您設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)： 這是與您設(shè)計(jì)最接近的案例！ 核心硬件架構(gòu)（STM32F1 + SHT30 + MQ2/MQ135 + 火焰?zhèn)鞲衅?+ ESP8266 + 繼電器/蜂鳴器 + LCD）、通信協(xié)議(MQTT)、云平臺(tái)(華為云IoT)、核心功能（監(jiān)測(cè)、報(bào)警、通風(fēng)、遠(yuǎn)程查看）幾乎完全一致。上位機(jī)可能更偏向于輕量級(jí)Web或App。
   • 異同點(diǎn)： 商業(yè)方案通常提供更完善的云端規(guī)則引擎（處理復(fù)雜報(bào)警邏輯）、設(shè)備管理、OTA升級(jí)功能。您的設(shè)計(jì)采用了本地LCD顯示和計(jì)劃使用Qt開(kāi)發(fā)更強(qiáng)大的PC上位機(jī)，這在本地交互和深度數(shù)據(jù)分析上可能更具優(yōu)勢(shì)。

國(guó)內(nèi)趨勢(shì)總結(jié)：

• 普及化與云化： 環(huán)境監(jiān)控已成為現(xiàn)代化智能倉(cāng)庫(kù)的標(biāo)配，上云（華為云、阿里云、騰訊云等）是主流趨勢(shì)。
• 國(guó)產(chǎn)化與成本優(yōu)化： 大量采用國(guó)產(chǎn)MCU(如STM32替代)、傳感器模塊(如煒盛科技的MQ系列)和通信模塊(ESP系列)，降低成本，推動(dòng)在中小企業(yè)應(yīng)用。
• 集成化： 環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)越來(lái)越多地與安防（視頻）、消防、能源管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)(WMS)集成。
• 智能化： 開(kāi)始引入簡(jiǎn)單的AI算法進(jìn)行異常模式識(shí)別（如基于歷史數(shù)據(jù)的溫濕度預(yù)測(cè)、煙霧誤報(bào)過(guò)濾）。

國(guó)外研究現(xiàn)狀與典型案例

1. 西門(mén)子倉(cāng)庫(kù)環(huán)境與能源管理系統(tǒng) (如：西門(mén)子安貝格工廠內(nèi)部物流)：
   • 案例描述： 西門(mén)子在其先進(jìn)的工廠和為客戶提供的解決方案中，將環(huán)境監(jiān)控深度整合到其工業(yè)自動(dòng)化體系（如基于SIMATIC控制器）。系統(tǒng)使用高精度、高可靠性的工業(yè)傳感器（如Siemens自己的或Honeywell、Vaisala品牌），通過(guò)PROFINET或工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到SCADA系統(tǒng)（如WinCC）和MindSphere工業(yè)云平臺(tái)。分析功能強(qiáng)大，可與樓宇管理系統(tǒng)(BMS)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的環(huán)境控制和能源優(yōu)化。
   • 與您設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)： 目標(biāo)一致（保障環(huán)境安全），都包含傳感、聯(lián)網(wǎng)、上位機(jī)分析。自動(dòng)控制（通風(fēng)）也是共同點(diǎn)。
   • 異同點(diǎn)： 西門(mén)子方案是重型工業(yè)級(jí)方案，成本高昂，采用專(zhuān)屬協(xié)議(PROFINET)和高端PLC/控制器，傳感器精度和可靠性要求極高，云端平臺(tái)(MindSphere)功能復(fù)雜。您的設(shè)計(jì)是輕量級(jí)、基于開(kāi)放協(xié)議(MQTT)和通用MCU(STM32)的經(jīng)濟(jì)型方案。
2. 亞馬遜物流中心環(huán)境監(jiān)控 (Kiva系統(tǒng)集成)：
   • 案例描述： 亞馬遜龐大的物流網(wǎng)絡(luò)對(duì)其倉(cāng)庫(kù)環(huán)境有嚴(yán)格要求，特別是溫控區(qū)域（如生鮮、藥品）。其系統(tǒng)高度自動(dòng)化，環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)被集成到龐大的中央控制系統(tǒng)（AWS IoT Core是其核心技術(shù)棧之一）。數(shù)據(jù)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控、觸發(fā)HVAC系統(tǒng)調(diào)節(jié)、確保機(jī)器人(Kiva/新形態(tài))工作環(huán)境安全，并通過(guò)AWS服務(wù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)維護(hù)和優(yōu)化能耗。
   • 與您設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)： 都強(qiáng)調(diào)環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)安全的重要性，都使用云平臺(tái)（AWS vs 華為云）進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚和分析。
   • 異同點(diǎn)： 亞馬遜系統(tǒng)規(guī)模巨大，深度依賴AWS生態(tài)系統(tǒng)，與機(jī)器人自動(dòng)化系統(tǒng)緊密耦合。其傳感器網(wǎng)絡(luò)可能更復(fù)雜（如分布式溫度監(jiān)測(cè)網(wǎng)格）。您的設(shè)計(jì)是獨(dú)立、專(zhuān)注環(huán)境監(jiān)控本身的基礎(chǔ)系統(tǒng)。
3. 羅克韋爾自動(dòng)化 FactoryTalk 智能傳感器方案：
   • 案例描述： 羅克韋爾提供支持IO-Link通信協(xié)議的智能傳感器（包括溫濕度、氣體、壓力等）和配套的網(wǎng)關(guān)、軟件(FactoryTalk Hub)。這些傳感器將原始數(shù)據(jù)和處理后的信息通過(guò)IO-Link發(fā)送到網(wǎng)關(guān)（可能基于ARM處理器，性能類(lèi)似STM32F4/H7），再通過(guò)以太網(wǎng)/MQTT上傳至SCADA或云平臺(tái)。優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)化布線、遠(yuǎn)程配置診斷、獲取更豐富數(shù)據(jù)。
   • 與您設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)： 最終目標(biāo)相似（環(huán)境監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)化），都涉及傳感器數(shù)據(jù)采集、邊緣處理/網(wǎng)關(guān)、云/上位機(jī)連接。
   • 異同點(diǎn)： 羅克韋爾方案強(qiáng)調(diào)智能傳感器和IO-Link工業(yè)通信協(xié)議，提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量和可管理性，但傳感器和協(xié)議成本顯著高于您設(shè)計(jì)中使用的模擬/簡(jiǎn)單數(shù)字傳感器和直接I2C/ADC讀取方式。您的設(shè)計(jì)更注重成本效益和通用性。

國(guó)外趨勢(shì)總結(jié)：

• 工業(yè)4.0/IIoT驅(qū)動(dòng)： 環(huán)境監(jiān)控作為IIoT的重要應(yīng)用場(chǎng)景，深度融入數(shù)字化工廠架構(gòu)。
• 強(qiáng)調(diào)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)與互操作性： OPC UA, MQTT, IO-Link等開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)被廣泛采用，促進(jìn)不同廠商設(shè)備集成。
• 邊緣智能： 在網(wǎng)關(guān)上或智能傳感器端進(jìn)行更多數(shù)據(jù)預(yù)處理、濾波和本地決策，減少云端負(fù)擔(dān)和延遲。
• 預(yù)測(cè)性維護(hù)與高級(jí)分析： 利用云端大數(shù)據(jù)和AI/ML技術(shù)，對(duì)環(huán)境系統(tǒng)設(shè)備（如風(fēng)機(jī)、傳感器本身）進(jìn)行健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)，并優(yōu)化環(huán)境控制策略。

結(jié)論：

國(guó)內(nèi)外在工業(yè)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境智能監(jiān)控領(lǐng)域的研究和應(yīng)用已相當(dāng)深入，大型企業(yè)和工業(yè)自動(dòng)化巨頭主導(dǎo)著高端、集成化的解決方案。同時(shí)，基于通用MCU(如STM32)、標(biāo)準(zhǔn)傳感器、WiFi模塊和公有云平臺(tái)（如華為云IoT、AWS IoT Core）的經(jīng)濟(jì)型方案，因其成本優(yōu)勢(shì)和快速部署能力，在國(guó)內(nèi)中小企業(yè)市場(chǎng)得到了廣泛應(yīng)用和推廣。

您的設(shè)計(jì)方案精準(zhǔn)定位在這一經(jīng)濟(jì)實(shí)用的細(xì)分市場(chǎng)，采用了經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的主流技術(shù)和組件（STM32F103C8T6, SHT30, MQ系列, ESP8266, MQTT, 華為云IoT），并兼顧了本地顯示（LCD）和深度遠(yuǎn)程分析（Qt上位機(jī)）的需求，具備較高的實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力。其核心價(jià)值在于以較低的成本實(shí)現(xiàn)工業(yè)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境監(jiān)控的關(guān)鍵功能閉環(huán)，符合當(dāng)前國(guó)內(nèi)中小企業(yè)智能化升級(jí)的需求趨勢(shì)。

【6】摘要

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于STM32F103C8T6單片機(jī)的工業(yè)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部溫濕度、煙霧、火焰以及有害氣體等環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與異常處理。系統(tǒng)通過(guò)SHT30、MQ2、火焰?zhèn)鞲衅骷癕Q135等傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，利用繼電器控制風(fēng)扇通風(fēng)并通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行聲光報(bào)警。當(dāng)環(huán)境參數(shù)異常時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警機(jī)制并聯(lián)動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行應(yīng)急處理。同時(shí)，借助ESP8266 WiFi模塊，系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)MQTT協(xié)議上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析。上位機(jī)采用Qt5與C++開(kāi)發(fā)，提供友好的可視化界面用于數(shù)據(jù)查看和歷史記錄管理。此外，系統(tǒng)配備本地LCD屏幕用于環(huán)境信息顯示。該系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、功能完整、部署靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于各類(lèi)工業(yè)倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境安全監(jiān)測(cè)需求。

關(guān)鍵字：
STM32；環(huán)境監(jiān)控；倉(cāng)庫(kù)安全；物聯(lián)網(wǎng)；MQTT；ESP8266；華為云；溫濕度；煙霧檢測(cè)；火焰報(bào)警

1.2 設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路圍繞“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能響應(yīng)、遠(yuǎn)程傳輸、可視化顯示”四個(gè)核心目標(biāo)展開(kāi)，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，將環(huán)境采集、控制執(zhí)行、通信傳輸和人機(jī)交互等功能分別劃分為獨(dú)立模塊，并通過(guò)主控芯片STM32F103C8T6進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)與管理。

在環(huán)境參數(shù)采集方面，系統(tǒng)選用了具有代表性的傳感器：SHT30用于溫濕度測(cè)量，MQ2用于煙霧檢測(cè)，紅外火焰?zhèn)鞲衅饔糜诨鹪醋R(shí)別，MQ135用于有害氣體濃度檢測(cè)。這些傳感器通過(guò)I2C或模擬信號(hào)與STM32連接，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的高效采集。主控芯片周期性讀取傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行邏輯判斷，一旦某項(xiàng)參數(shù)超過(guò)設(shè)定閾值，即觸發(fā)異常處理機(jī)制。

在響應(yīng)控制部分，系統(tǒng)設(shè)置了蜂鳴器和風(fēng)扇兩個(gè)執(zhí)行裝置。當(dāng)檢測(cè)到煙霧、火焰或有害氣體濃度異常時(shí)，系統(tǒng)立即啟動(dòng)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，同時(shí)控制繼電器驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇運(yùn)行，以進(jìn)行環(huán)境通風(fēng)和應(yīng)急處理。這種本地聯(lián)動(dòng)響應(yīng)機(jī)制確保了在斷網(wǎng)或延遲情況下，系統(tǒng)仍具備快速處理能力。

為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，系統(tǒng)集成了ESP8266 WiFi模塊，采用MQTT協(xié)議將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。該方案具備通信效率高、協(xié)議輕量級(jí)、易于部署等優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)倉(cāng)庫(kù)的集中監(jiān)控和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理。

在人機(jī)交互方面，系統(tǒng)通過(guò)1.44寸TFT LCD顯示屏將當(dāng)前的環(huán)境參數(shù)信息實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)人員面前，方便快速了解倉(cāng)庫(kù)狀態(tài)。同時(shí)，配套的PC端上位機(jī)軟件基于Qt5與C++開(kāi)發(fā)，提供圖形化界面，能夠?qū)崟r(shí)接收和展示數(shù)據(jù)，并支持歷史數(shù)據(jù)瀏覽與分析，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的智能化水平與管理效率。

整體而言，本項(xiàng)目采用分層控制、模塊集成的設(shè)計(jì)方式，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、功能協(xié)同、擴(kuò)展便捷，具有良好的工程實(shí)用性與開(kāi)發(fā)參考價(jià)值。

1.3 系統(tǒng)功能總結(jié)

1.4 開(kāi)發(fā)工具的選擇

【1】設(shè)備端開(kāi)發(fā)

硬件設(shè)備端的開(kāi)發(fā)主要依賴于C語(yǔ)言，利用該語(yǔ)言直接操作硬件寄存器，確保系統(tǒng)運(yùn)行的高效性和低延遲。C語(yǔ)言在嵌入式開(kāi)發(fā)中具有廣泛的應(yīng)用，它能夠直接訪問(wèn)硬件，滿足對(duì)資源消耗和響應(yīng)速度的嚴(yán)格要求。為了編寫(xiě)高效、穩(wěn)定的代碼，開(kāi)發(fā)工具選擇了Keil uVision 5作為主要的開(kāi)發(fā)環(huán)境。Keil是一個(gè)專(zhuān)業(yè)的嵌入式開(kāi)發(fā)工具，廣泛應(yīng)用于基于ARM架構(gòu)的微控制器（如STM32）開(kāi)發(fā)。Keil提供了完善的調(diào)試、編譯和仿真支持，能夠幫助在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中高效地進(jìn)行調(diào)試、單步執(zhí)行以及斷點(diǎn)設(shè)置，確保開(kāi)發(fā)的穩(wěn)定性和高效性。
STM32F103RCT6是項(xiàng)目中使用的主控芯片，它基于ARM Cortex-M3架構(gòu)，擁有強(qiáng)大的計(jì)算能力和豐富的外設(shè)接口。在硬件編程中，寄存器級(jí)編程是常用的方式，這要求開(kāi)發(fā)者對(duì)芯片的硬件寄存器有深入的理解。在Keil環(huán)境中，通過(guò)STM32的寄存器直接控制GPIO、ADC、I2C、SPI等硬件接口，以滿足各個(gè)硬件模塊（如傳感器、執(zhí)行器、顯示屏等）與主控芯片的交互。使用寄存器編程能夠提供更高效、精確的控制，避免了外部庫(kù)的開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)也能深入調(diào)控硬件特性，提升系統(tǒng)性能。

【2】上位機(jī)開(kāi)發(fā)

本項(xiàng)目的上位機(jī)開(kāi)發(fā)基于Qt 5框架，使用**C++**作為主要編程語(yǔ)言。Qt是一個(gè)跨平臺(tái)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架，廣泛用于開(kāi)發(fā)GUI應(yīng)用程序。Qt提供了豐富的GUI組件和工具，能夠高效地實(shí)現(xiàn)圖形界面的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。C++則作為Qt的底層語(yǔ)言，具有高效的性能和良好的控制力，非常適合用于處理設(shè)備與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互、通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)和復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)。在項(xiàng)目中，Qt被用于開(kāi)發(fā)Windows平臺(tái)的桌面應(yīng)用程序以及Android平臺(tái)的手機(jī)APP。Qt框架的跨平臺(tái)特性使得開(kāi)發(fā)者能夠使用同一套代碼在不同操作系統(tǒng)上進(jìn)行構(gòu)建和部署，大大提高了開(kāi)發(fā)效率。

為了方便開(kāi)發(fā)和調(diào)試，上位機(jī)的開(kāi)發(fā)采用了Qt Creator作為主要的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）。Qt Creator是一款由Qt官方提供的開(kāi)發(fā)工具，專(zhuān)為Qt應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，支持C++、QML和JavaScript等語(yǔ)言。Qt Creator提供了豐富的功能，如代碼編輯、調(diào)試、構(gòu)建、版本控制集成等，能夠顯著提升開(kāi)發(fā)者的生產(chǎn)力。在本項(xiàng)目中，Qt Creator為開(kāi)發(fā)者提供了自動(dòng)化構(gòu)建、界面設(shè)計(jì)工具（如Qt Designer）和調(diào)試工具（如QDebug和QML調(diào)試工具），使得開(kāi)發(fā)過(guò)程更加高效和流暢。
上位機(jī)與硬件設(shè)備端的通信采用了基于TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸方式。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，Qt提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)編程支持，尤其是QTcpSocket和QTcpServer類(lèi)，使得上位機(jī)能夠輕松地與硬件設(shè)備建立TCP連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。上位機(jī)通過(guò)WIFI連接ESP8266-WIFI模塊，ESP8266模塊創(chuàng)建TCP服務(wù)器，上位機(jī)應(yīng)用則作為客戶端連接到服務(wù)器，進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸與控制命令的下發(fā)。
為了滿足不同用戶的需求，本項(xiàng)目需要支持Windows平臺(tái)的桌面應(yīng)用和Android平臺(tái)的移動(dòng)APP。Qt的跨平臺(tái)特性使得開(kāi)發(fā)人員能夠在一個(gè)代碼庫(kù)下完成多平臺(tái)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和移植。開(kāi)發(fā)者僅需要編寫(xiě)一次應(yīng)用邏輯和用戶界面，就可以通過(guò)Qt的跨平臺(tái)構(gòu)建工具生成Windows和Android兩個(gè)平臺(tái)的可執(zhí)行文件。此外，Qt提供了豐富的文檔和社區(qū)支持，幫助開(kāi)發(fā)者解決平臺(tái)差異和兼容性問(wèn)題，確保應(yīng)用在不同平臺(tái)上都能穩(wěn)定運(yùn)行。

總體而言，上位機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)境采用了Qt 5框架和C++語(yǔ)言，結(jié)合Qt Creator集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，提供了一個(gè)高效、穩(wěn)定、跨平臺(tái)的開(kāi)發(fā)工具鏈。通過(guò)Qt強(qiáng)大的GUI設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通信、多線程支持以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，開(kāi)發(fā)者能夠輕松實(shí)現(xiàn)與硬件設(shè)備的交互、控制設(shè)備、處理傳感器數(shù)據(jù)，并為用戶提供直觀、流暢的操作體驗(yàn)。

1.5 模塊的技術(shù)詳情介紹

【1】ESP8266-WIFI模塊

ESP8266-WIFI模塊是一款功能強(qiáng)大的WiFi通信模塊，廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備中。它由Espressif Systems公司設(shè)計(jì)，并且由于其低功耗、較小的體積和較低的成本，成為了許多智能硬件項(xiàng)目的首選通信模塊。ESP8266不僅具備WiFi無(wú)線連接功能，還具有較高的處理能力和豐富的接口資源，使其成為實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的理想選擇。

ESP8266模塊內(nèi)置了一個(gè)完整的WiFi棧，可以直接作為WiFi客戶端或AP（Access Point）工作，支持無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N功能。在設(shè)計(jì)中，ESP8266支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，最常見(jiàn)的是TCP/IP協(xié)議，允許設(shè)備與外部服務(wù)器或移動(dòng)應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其強(qiáng)大的功能使得它不僅可以連接到傳統(tǒng)的路由器，還可以直接創(chuàng)建一個(gè)WiFi熱點(diǎn)，支持設(shè)備與手機(jī)或其他WiFi設(shè)備的通信。

在硬件設(shè)計(jì)中，ESP8266模塊的另一大優(yōu)勢(shì)是其與微控制器的高兼容性。模塊通常通過(guò)串口（UART）與主控芯片進(jìn)行通信，因此可以方便地與各種微控制器（如STM32、Arduino等）連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在本項(xiàng)目中，ESP8266模塊通過(guò)串口與STM32單片機(jī)相連接，負(fù)責(zé)將本地采集的健康數(shù)據(jù)上傳到Android手機(jī)APP中。數(shù)據(jù)傳輸采用的是TCP/IP協(xié)議，保證了通信的穩(wěn)定性和可靠性。

ESP8266模塊的低功耗特性也使其適用于嵌入式系統(tǒng)和移動(dòng)設(shè)備中，尤其是在電池供電的項(xiàng)目中，能夠有效延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間。通過(guò)合理的睡眠模式和待機(jī)模式，ESP8266能夠在無(wú)需頻繁通信時(shí)降低功耗，從而優(yōu)化系統(tǒng)的能源使用。

ESP8266-WIFI模塊因其高集成度、低成本、強(qiáng)大的WiFi功能及廣泛的兼容性，成為了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中一個(gè)不可或缺的通信模塊。它不僅為各種嵌入式系統(tǒng)提供了便捷的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接方案，還極大簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)過(guò)程，使得開(kāi)發(fā)者能夠?qū)Ｗ⒂诤诵墓δ艿膶?shí)現(xiàn)。本項(xiàng)目采用ESP8266模塊，便捷地實(shí)現(xiàn)了STM32與Android手機(jī)APP之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，為健康檢測(cè)儀提供了可靠的無(wú)線通信能力。

【2】MQ135傳感器

MQ135氣體傳感器是一款常用于空氣質(zhì)量檢測(cè)的模擬型傳感器模塊，能夠檢測(cè)多種有害氣體的存在與濃度，包括氨氣（NH?）、硫化物（如H?S）、苯蒸氣、煙霧、酒精、甲醛（HCHO）、二氧化碳（CO?）等。由于其靈敏度高、響應(yīng)速度快、使用方便，廣泛應(yīng)用于空氣凈化器、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、智能家居及工業(yè)安全系統(tǒng)中。

該模塊的核心元件是MQ135氣敏電阻，其內(nèi)部由氧化錫（SnO?）為敏感材料組成。當(dāng)目標(biāo)氣體濃度增加時(shí)，傳感器內(nèi)部的電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生變化，從而在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的電壓變化。模塊一般帶有模擬電壓輸出（AO），有些版本還配有數(shù)字比較電路和可調(diào)電位器，可通過(guò)DO引腳輸出高低電平信號(hào)，用于閾值判斷。

MQ135的工作電壓通常為5V，預(yù)熱時(shí)間較長(zhǎng)（一般為24~48小時(shí)），這對(duì)于其穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性有重要影響。在使用過(guò)程中，建議搭配STM32等微控制器的ADC模塊讀取其模擬輸出電壓，然后結(jié)合校準(zhǔn)公式或查表方式換算出相對(duì)氣體濃度值。由于傳感器對(duì)溫度和濕度較敏感，因此建議在使用時(shí)進(jìn)行環(huán)境補(bǔ)償或通過(guò)多點(diǎn)校準(zhǔn)提高精度。

MQ135氣體傳感器具有成本低、應(yīng)用靈活、支持多種有害氣體檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于本項(xiàng)目的工業(yè)倉(cāng)庫(kù)空氣質(zhì)量監(jiān)控場(chǎng)景，能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)有害氣體泄漏，為環(huán)境安全提供有效保障。

【3】SHT30模塊

SHT30數(shù)字溫濕度傳感器是一款高精度、穩(wěn)定性強(qiáng)的環(huán)境溫濕度檢測(cè)傳感器模塊，廣泛應(yīng)用于氣象監(jiān)測(cè)、智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。該傳感器由Sensirion公司設(shè)計(jì)，集成了溫度和濕度測(cè)量功能，并內(nèi)置數(shù)字信號(hào)處理電路，直接輸出數(shù)字化測(cè)量數(shù)據(jù)，極大地簡(jiǎn)化了與微控制器的接口設(shè)計(jì)。

SHT30采用I2C通信接口，支持標(biāo)準(zhǔn)的I2C協(xié)議，方便與STM32等主控芯片連接。其測(cè)量范圍寬泛，溫度測(cè)量范圍一般為-40℃至+125℃，濕度測(cè)量范圍為0%RH至100%RH，且測(cè)量精度高，溫度誤差通常在±0.3℃左右，濕度誤差約為±2%RH，滿足工業(yè)級(jí)環(huán)境監(jiān)測(cè)需求。傳感器響應(yīng)速度快，具備自我校準(zhǔn)功能，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

該模塊內(nèi)部還集成了防干擾電路和補(bǔ)償算法，有效抵抗環(huán)境干擾，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。同時(shí)，SHT30傳感器功耗低，適合長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)使用。通過(guò)讀取其數(shù)字寄存器中的數(shù)據(jù)，主控芯片可以方便地獲取溫濕度值，無(wú)需復(fù)雜的模擬信號(hào)處理，提高系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)效率和穩(wěn)定性。

SHT30數(shù)字溫濕度傳感器模塊憑借其高精度、數(shù)字輸出、易集成的特點(diǎn)，是工業(yè)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的理想選擇，為保障倉(cāng)庫(kù)環(huán)境的安全與穩(wěn)定提供了堅(jiān)實(shí)的傳感技術(shù)支持。

1.6 華為云服務(wù)器的屬性

本項(xiàng)目中上傳到華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的屬性字段應(yīng)涵蓋所有關(guān)鍵的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)信息，確保云端能夠完整、準(zhǔn)確地展示與分析倉(cāng)庫(kù)當(dāng)前環(huán)境狀況。

上傳到華為云的屬性字段（字段名及類(lèi)型）：

1. temperature（float）
   當(dāng)前溫度值（單位：℃），來(lái)自SHT30溫濕度傳感器。
2. humidity（float）
   當(dāng)前相對(duì)濕度值（單位：%RH），來(lái)自SHT30傳感器。
3. smoke_level（int 或 float）
   煙霧濃度等級(jí)或模擬值，來(lái)自MQ2傳感器。
4. gas_level（int 或 float）
   有害氣體濃度等級(jí)或模擬值，來(lái)自MQ135傳感器。
5. flame_detected（bool 或 int）
   火焰檢測(cè)狀態(tài)，0表示未檢測(cè)到火焰，1表示檢測(cè)到火焰（來(lái)自紅外火焰?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)字信號(hào)）。
6. fan_status（bool 或 int）
   風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)，0表示關(guān)閉，1表示已啟動(dòng)（繼電器控制狀態(tài)）。
7. buzzer_status（bool 或 int）
   蜂鳴器狀態(tài)，0表示關(guān)閉，1表示報(bào)警中。
8. alarm_status（int）
   報(bào)警狀態(tài)碼，用于表示報(bào)警原因（例如：0=正常，1=溫濕度超限，2=煙霧報(bào)警，3=火焰報(bào)警，4=氣體泄漏等）。
9. timestamp（string 或 long）
   數(shù)據(jù)采集時(shí)間戳，建議統(tǒng)一采用UTC格式，便于云端記錄與分析歷史數(shù)據(jù)。

可選擴(kuò)展字段：

• device_id（string）：設(shè)備編號(hào)，便于云端識(shí)別多個(gè)監(jiān)控終端。
• signal_strength（int）：WiFi信號(hào)強(qiáng)度，用于監(jiān)控通信質(zhì)量。

這些字段可根據(jù)華為云IoT平臺(tái)的設(shè)備模型（產(chǎn)品模型）進(jìn)行定義與映射，通過(guò)MQTT協(xié)議定期或?qū)崟r(shí)上報(bào)。字段名稱可自定義，但需在設(shè)備產(chǎn)品建模階段統(tǒng)一設(shè)定，并與STM32端代碼保持一致。上傳格式通常為JSON格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如：

{
  "temperature": 25.3,
  "humidity": 60.5,
  "smoke_level": 220,
  "gas_level": 180,
  "flame_detected": 0,
  "fan_status": 1,
  "buzzer_status": 1,
  "alarm_status": 2,
  "timestamp": "2025-06-26T21:15:00Z"
}

二、部署華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

華為云官網(wǎng): https://www.huaweicloud.com/

打開(kāi)官網(wǎng)，搜索物聯(lián)網(wǎng)，就能快速找到 設(shè)備接入IoTDA。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)介紹

華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)（IoT 設(shè)備接入云服務(wù)）提供海量設(shè)備的接入和管理能力，將物理設(shè)備聯(lián)接到云，支撐設(shè)備數(shù)據(jù)采集上云和云端下發(fā)命令給設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，配合華為云其他產(chǎn)品，幫助我們快速構(gòu)筑物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

使用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)構(gòu)建一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案主要包括3部分：物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用和設(shè)備。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為連接業(yè)務(wù)應(yīng)用和設(shè)備的中間層，屏蔽了各種復(fù)雜的設(shè)備接口，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速接入；同時(shí)提供強(qiáng)大的開(kāi)放能力，支撐行業(yè)用戶構(gòu)建各種物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

設(shè)備可以通過(guò)固網(wǎng)、2G/3G/4G/5G、NB-IoT、Wifi等多種網(wǎng)絡(luò)接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，并使用LWM2M/CoAP、MQTT、HTTPS協(xié)議將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上報(bào)到平臺(tái)，平臺(tái)也可以將控制命令下發(fā)給設(shè)備。

業(yè)務(wù)應(yīng)用通過(guò)調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供的API，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集、命令下發(fā)、設(shè)備管理等業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

2.2 開(kāi)通物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)

地址： https://www.huaweicloud.com/product/iothub.html

開(kāi)通免費(fèi)單元。

點(diǎn)擊立即創(chuàng)建。

正在創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)版實(shí)例，需要等待片刻。

創(chuàng)建完成之后，點(diǎn)擊詳情。 可以看到標(biāo)準(zhǔn)版實(shí)例的設(shè)備接入端口和地址。

下面框起來(lái)的就是端口號(hào)和域名

點(diǎn)擊實(shí)例名稱，可以查看當(dāng)前免費(fèi)單元的配置情況。

開(kāi)通之后，點(diǎn)擊接入信息，也能查看接入信息。 我們當(dāng)前設(shè)備準(zhǔn)備采用MQTT協(xié)議接入華為云平臺(tái)，這里可以看到MQTT協(xié)議的地址和端口號(hào)等信息。

總結(jié):

端口號(hào)：   MQTT (1883)| MQTTS (8883)    
接入地址： dab1a1f2c6.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

根據(jù)域名地址得到IP地址信息:

打開(kāi)Windows電腦的命令行控制臺(tái)終端，使用ping 命令。ping一下即可。

Microsoft Windows [版本 10.0.19045.5011]
(c) Microsoft Corporation。保留所有權(quán)利。

C:UsersLenovo>ping dab1a1f2c6.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

正在 Ping dab1a1f2c6.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com [117.78.5.125] 具有 32 字節(jié)的數(shù)據(jù):
來(lái)自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=37ms TTL=44
來(lái)自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=37ms TTL=44
來(lái)自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=37ms TTL=44
來(lái)自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=37ms TTL=44

117.78.5.125 的 Ping 統(tǒng)計(jì)信息:
    數(shù)據(jù)包: 已發(fā)送 = 4，已接收 = 4，丟失 = 0 (0% 丟失)，
往返行程的估計(jì)時(shí)間(以毫秒為單位):
    最短 = 37ms，最長(zhǎng) = 37ms，平均 = 37ms

C:UsersLenovo>

MQTT協(xié)議接入端口號(hào)有兩個(gè)，1883是非加密端口，8883是證書(shū)加密端口，單片機(jī)無(wú)法加載證書(shū)，所以使用1883端口合適。

2.3 創(chuàng)建產(chǎn)品

鏈接：https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-dev/all-product?instanceId=03c5c68c-e588-458c-90c3-9e4c640be7af

（1）創(chuàng)建產(chǎn)品

（2）填寫(xiě)產(chǎn)品信息

根據(jù)自己產(chǎn)品名字填寫(xiě)，下面的設(shè)備類(lèi)型選擇自定義類(lèi)型。

（3）產(chǎn)品創(chuàng)建成功

創(chuàng)建完成之后點(diǎn)擊查看詳情。

（4）添加自定義模型

產(chǎn)品創(chuàng)建完成之后，點(diǎn)擊進(jìn)入產(chǎn)品詳情頁(yè)面，翻到最下面可以看到模型定義。

模型簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)： 就是存放設(shè)備上傳到云平臺(tái)的數(shù)據(jù)。

你可以根據(jù)自己的產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)建。

比如：

煙霧可以叫  MQ2
溫度可以叫  Temperature
濕度可以叫  humidity
火焰可以叫  flame
其他的傳感器自己用單詞簡(jiǎn)寫(xiě)命名即可。 這就是你的單片機(jī)設(shè)備端上傳到服務(wù)器的數(shù)據(jù)名字。

先點(diǎn)擊自定義模型。

再創(chuàng)建一個(gè)服務(wù)ID。

接著點(diǎn)擊新增屬性。

2.4 添加設(shè)備

產(chǎn)品是屬于上層的抽象模型，接下來(lái)在產(chǎn)品模型下添加實(shí)際的設(shè)備。添加的設(shè)備最終需要與真實(shí)的設(shè)備關(guān)聯(lián)在一起，完成數(shù)據(jù)交互。

（1）注冊(cè)設(shè)備

（2）根據(jù)自己的設(shè)備填寫(xiě)

（3）保存設(shè)備信息

創(chuàng)建完畢之后，點(diǎn)擊保存并關(guān)閉，得到創(chuàng)建的設(shè)備密匙信息。該信息在后續(xù)生成MQTT三元組的時(shí)候需要使用。

（4）設(shè)備創(chuàng)建完成

（5）設(shè)備詳情

2.5 MQTT協(xié)議主題訂閱與發(fā)布

（1）MQTT協(xié)議介紹

當(dāng)前的設(shè)備是采用MQTT協(xié)議與華為云平臺(tái)進(jìn)行通信。

MQTT是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，它被設(shè)計(jì)用于輕量級(jí)的發(fā)布/訂閱式消息傳輸，旨在為低帶寬和不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。MQTT是專(zhuān)門(mén)針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)的輕量級(jí)傳輸協(xié)議。MQTT協(xié)議針對(duì)低帶寬網(wǎng)絡(luò)，低計(jì)算能力的設(shè)備，做了特殊的優(yōu)化，使得其能適應(yīng)各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。目前MQTT擁有各種平臺(tái)和設(shè)備上的客戶端，已經(jīng)形成了初步的生態(tài)系統(tǒng)。

MQTT是一種消息隊(duì)列協(xié)議，使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對(duì)多的消息發(fā)布，解除應(yīng)用程序耦合，相對(duì)于其他協(xié)議，開(kāi)發(fā)更簡(jiǎn)單；MQTT協(xié)議是工作在TCP/IP協(xié)議上；由TCP/IP協(xié)議提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接；所以，只要具備TCP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可以使用MQTT協(xié)議。 本次設(shè)備采用的ESP8266就具備TCP協(xié)議棧，能夠建立TCP連接，所以，配合STM32代碼里封裝的MQTT協(xié)議，就可以與華為云平臺(tái)完成通信。

華為云的MQTT協(xié)議接入幫助文檔在這里: https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_02_2200.html

業(yè)務(wù)流程：

（2）華為云平臺(tái)MQTT協(xié)議使用限制

（3）主題訂閱格式

幫助文檔地址：https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_02_2200.html

對(duì)于設(shè)備而言，一般會(huì)訂閱平臺(tái)下發(fā)消息給設(shè)備 這個(gè)主題。

設(shè)備想接收平臺(tái)下發(fā)的消息，就需要訂閱平臺(tái)下發(fā)消息給設(shè)備 的主題，訂閱后，平臺(tái)下發(fā)消息給設(shè)備，設(shè)備就會(huì)收到消息。

如果設(shè)備想要知道平臺(tái)下發(fā)的消息，需要訂閱上面圖片里標(biāo)注的主題。

以當(dāng)前設(shè)備為例，最終訂閱主題的格式如下:
$oc/devices/{device_id}/sys/messages/down
    
最終的格式:
$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/messages/down

（4）主題發(fā)布格式

對(duì)于設(shè)備來(lái)說(shuō)，主題發(fā)布表示向云平臺(tái)上傳數(shù)據(jù)，將最新的傳感器數(shù)據(jù)，設(shè)備狀態(tài)上傳到云平臺(tái)。

這個(gè)操作稱為：屬性上報(bào)。

幫助文檔地址：https://support.huaweicloud.com/usermanual-iothub/iot_06_v5_3010.html

根據(jù)幫助文檔的介紹， 當(dāng)前設(shè)備發(fā)布主題，上報(bào)屬性的格式總結(jié)如下：

發(fā)布的主題格式:
$oc/devices/{device_id}/sys/properties/report
 
最終的格式:
$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/properties/report
發(fā)布主題時(shí)，需要上傳數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)格式是JSON格式。

上傳的JSON數(shù)據(jù)格式如下:

{
  "services": [
    {
      "service_id": <填服務(wù)ID>,
      "properties": {
        "<填屬性名稱1>": <填屬性值>,
        "<填屬性名稱2>": <填屬性值>,
        ..........
      }
    }
  ]
}
根據(jù)JSON格式，一次可以上傳多個(gè)屬性字段。 這個(gè)JSON格式里的，服務(wù)ID，屬性字段名稱，屬性值類(lèi)型，在前面創(chuàng)建產(chǎn)品的時(shí)候就已經(jīng)介紹了，不記得可以翻到前面去查看。

根據(jù)這個(gè)格式，組合一次上傳的屬性數(shù)據(jù):
{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"你的字段名字1":30,"你的字段名字2":10,"你的字段名字3":1,"你的字段名字4":0}}]}

2.6 MQTT三元組

MQTT協(xié)議登錄需要填用戶ID，設(shè)備ID，設(shè)備密碼等信息，就像我們平時(shí)登錄QQ，微信一樣要輸入賬號(hào)密碼才能登錄。MQTT協(xié)議登錄的這3個(gè)參數(shù)，一般稱為MQTT三元組。

接下來(lái)介紹，華為云平臺(tái)的MQTT三元組參數(shù)如何得到。

（1）MQTT服務(wù)器地址

要登錄MQTT服務(wù)器，首先記得先知道服務(wù)器的地址是多少，端口是多少。

幫助文檔地址：https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-portal/home

MQTT協(xié)議的端口支持1883和8883，它們的區(qū)別是：8883 是加密端口更加安全。但是單片機(jī)上使用比較困難，所以當(dāng)前的設(shè)備是采用1883端口進(jìn)連接的。

根據(jù)上面的域名和端口號(hào)，得到下面的IP地址和端口號(hào)信息： 如果設(shè)備支持填寫(xiě)域名可以直接填域名，不支持就直接填寫(xiě)IP地址。 （IP地址就是域名解析得到的）

華為云的MQTT服務(wù)器地址：117.78.5.125
華為云的MQTT端口號(hào)：1883

如何得到IP地址？如何域名轉(zhuǎn)IP？ 打開(kāi)Windows的命令行輸入以下命令。

ping  ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

（2）生成MQTT三元組

華為云提供了一個(gè)在線工具，用來(lái)生成MQTT鑒權(quán)三元組： https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/

打開(kāi)這個(gè)工具，填入設(shè)備的信息（也就是剛才創(chuàng)建完設(shè)備之后保存的信息），點(diǎn)擊生成，就可以得到MQTT的登錄信息了。

下面是打開(kāi)的頁(yè)面：

填入設(shè)備的信息： （上面兩行就是設(shè)備創(chuàng)建完成之后保存得到的）

直接得到三元組信息。

得到三元組之后，設(shè)備端通過(guò)MQTT協(xié)議登錄鑒權(quán)的時(shí)候，填入?yún)?shù)即可。

ClientId  663cb18871d845632a0912e7_dev1_0_0_2024050911
Username  663cb18871d845632a0912e7_dev1
Password  71b82deae83e80f04c4269b5bbce3b2fc7c13f610948fe210ce18650909ac237

2.7 模擬設(shè)備登錄測(cè)試

經(jīng)過(guò)上面的步驟介紹，已經(jīng)創(chuàng)建了產(chǎn)品，設(shè)備，數(shù)據(jù)模型，得到MQTT登錄信息。 接下來(lái)就用MQTT客戶端軟件模擬真實(shí)的設(shè)備來(lái)登錄平臺(tái)。測(cè)試與服務(wù)器通信是否正常。

MQTT軟件下載地址【免費(fèi)】： https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/89928772

（1）填入登錄信息

打開(kāi)MQTT客戶端軟件，對(duì)號(hào)填入相關(guān)信息（就是上面的文本介紹）。然后，點(diǎn)擊登錄，訂閱主題，發(fā)布主題。

（2）打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)查看

完成上面的操作之后，打開(kāi)華為云網(wǎng)頁(yè)后臺(tái)，可以看到設(shè)備已經(jīng)在線了。

點(diǎn)擊詳情頁(yè)面，可以看到上傳的數(shù)據(jù)：

到此，云平臺(tái)的部署已經(jīng)完成，設(shè)備已經(jīng)可以正常上傳數(shù)據(jù)了。

（3）MQTT登錄測(cè)試參數(shù)總結(jié)

MQTT服務(wù)器:  117.78.5.125
MQTT端口號(hào):  183

//物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的設(shè)備信息
#define MQTT_ClientID "663cb18871d845632a0912e7_dev1_0_0_2024050911"
#define MQTT_UserName "663cb18871d845632a0912e7_dev1"
#define MQTT_PassWord "71b82deae83e80f04c4269b5bbce3b2fc7c13f610948fe210ce18650909ac237"

//訂閱與發(fā)布的主題
#define SET_TOPIC  "$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/messages/down"  //訂閱
#define POST_TOPIC "$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/properties/report"  //發(fā)布


發(fā)布的數(shù)據(jù):
{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"你的字段名字1":30,"你的字段名字2":10,"你的字段名字3":1,"你的字段名字4":0}}]}

2.8 創(chuàng)建IAM賬戶

創(chuàng)建一個(gè)IAM賬戶，因?yàn)榻酉聛?lái)開(kāi)發(fā)上位機(jī)，需要使用云平臺(tái)的API接口，這些接口都需要token進(jìn)行鑒權(quán)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是身份的認(rèn)證。 調(diào)用接口獲取Token時(shí)，就需要填寫(xiě)IAM賬號(hào)信息。所以，接下來(lái)演示一下過(guò)程。

地址: https://console.huaweicloud.com/iam/?region=cn-north-4#/iam/users

**【1】獲取項(xiàng)目憑證 ** 點(diǎn)擊左上角用戶名，選擇下拉菜單里的我的憑證

項(xiàng)目憑證:

28add376c01e4a61ac8b621c714bf459

【2】創(chuàng)建IAM用戶

鼠標(biāo)放在左上角頭像上，在下拉菜單里選擇統(tǒng)一身份認(rèn)證。

點(diǎn)擊左上角創(chuàng)建用戶。

創(chuàng)建成功：

【3】創(chuàng)建完成

用戶信息如下：

主用戶名  l19504562721
IAM用戶  ds_abc
密碼     DS12345678

2.9 獲取影子數(shù)據(jù)

幫助文檔：https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0079.html

設(shè)備影子介紹：

設(shè)備影子是一個(gè)用于存儲(chǔ)和檢索設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)信息的JSON文檔。
每個(gè)設(shè)備有且只有一個(gè)設(shè)備影子，由設(shè)備ID唯一標(biāo)識(shí)
設(shè)備影子僅保存最近一次設(shè)備的上報(bào)數(shù)據(jù)和預(yù)期數(shù)據(jù)
無(wú)論該設(shè)備是否在線，都可以通過(guò)該影子獲取和設(shè)置設(shè)備的屬性

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：設(shè)備影子就是保存，設(shè)備最新上傳的一次數(shù)據(jù)。

我們?cè)O(shè)計(jì)的軟件里，如果想要獲取設(shè)備的最新?tīng)顟B(tài)信息，就采用設(shè)備影子接口。

如果對(duì)接口不熟悉，可以先進(jìn)行在線調(diào)試：https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/doc?product=IoTDA&api=ShowDeviceShadow

在線調(diào)試接口，可以請(qǐng)求影子接口，了解請(qǐng)求，與返回的數(shù)據(jù)格式。

調(diào)試完成看右下角的響應(yīng)體，就是返回的影子數(shù)據(jù)。

設(shè)備影子接口返回的數(shù)據(jù)如下：

{
 "device_id": "663cb18871d845632a0912e7_dev1",
 "shadow": [
  {
   "service_id": "stm32",
   "desired": {
    "properties": null,
    "event_time": null
   },
   "reported": {
    "properties": {
     "DHT11_T": 18,
     "DHT11_H": 90,
     "BH1750": 38,
     "MQ135": 70
    },
    "event_time": "20240509T113448Z"
   },
   "version": 3
  }
 ]
}

調(diào)試成功之后，可以得到訪問(wèn)影子數(shù)據(jù)的真實(shí)鏈接，接下來(lái)的代碼開(kāi)發(fā)中，就采用Qt寫(xiě)代碼訪問(wèn)此鏈接，獲取影子數(shù)據(jù)，完成上位機(jī)開(kāi)發(fā)。

鏈接如下：

https://ad635970a1.st1.iotda-app.cn-north-4.myhuaweicloud.com:443/v5/iot/28add376c01e4a61ac8b621c714bf459/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/shadow

三、Qt開(kāi)發(fā)入門(mén)與環(huán)境搭建

當(dāng)前項(xiàng)目的上位機(jī)是采用Qt開(kāi)發(fā)的，這一章節(jié)主要是介紹Qt開(kāi)發(fā)環(huán)境的安裝，以及Qt開(kāi)發(fā)環(huán)境入門(mén)的使用。如果你Qt沒(méi)有任何基礎(chǔ)，建議仔細(xì)看一遍。

3.1 Qt是什么？

Qt 是一個(gè)功能強(qiáng)大、跨平臺(tái)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架，主要用于創(chuàng)建圖形用戶界面（GUI）應(yīng)用程序，但它不僅僅局限于GUI編程。它由挪威的奇趣科技（TrollTech）最初于1991年開(kāi)發(fā)，并在后續(xù)的發(fā)展歷程中經(jīng)歷了多次所有權(quán)變更，包括諾基亞和Digia等公司接手，現(xiàn)在Qt屬于The Qt Company所有。

Qt 主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)包括：

（1）跨平臺(tái)：Qt 支持多種操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)者可以使用同一份源代碼在不同平臺(tái)上編譯運(yùn)行，如Windows、Linux、macOS、Android以及各種嵌入式系統(tǒng)（如RTOS），實(shí)現(xiàn)“一次編寫(xiě)，到處編譯”。

（2）C++ 開(kāi)發(fā)：Qt 的核心是基于C++編程語(yǔ)言構(gòu)建，提供了一套豐富的類(lèi)庫(kù)，通過(guò)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方式簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)過(guò)程。

（3）圖形用戶界面：Qt 提供了完整的GUI組件集，包含窗口、按鈕、標(biāo)簽、文本框等各種標(biāo)準(zhǔn)控件，以及布局管理器、樣式表等功能，使得開(kāi)發(fā)者能夠高效地創(chuàng)建美觀且功能完善的桌面應(yīng)用或移動(dòng)應(yīng)用界面。

（4）工具鏈完整：Qt 包含一系列集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）和輔助工具，例如Qt Creator是一個(gè)全能的跨平臺(tái)IDE，Qt Designer用于可視化拖拽設(shè)計(jì)UI界面，Qt Linguist支持國(guó)際化資源文件的翻譯，還有Qt Assistant和大量文檔資源方便開(kāi)發(fā)者的使用。

（5）非GUI功能豐富：除了GUI功能外，Qt 還提供了眾多非圖形化功能模塊，如網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、XML處理、多媒體處理（音頻視頻）、文件I/O、線程與并發(fā)處理、OpenGL和3D圖形渲染等。

（6）元對(duì)象系統(tǒng)：Qt 使用元對(duì)象系統(tǒng)（Meta-Object System, MOC）實(shí)現(xiàn)了信號(hào)與槽機(jī)制（Signals and Slots），這是一種高級(jí)事件處理機(jī)制，允許在不同對(duì)象之間安全地進(jìn)行異步通信。

（7）可擴(kuò)展性與靈活性：Qt 架構(gòu)高度靈活，支持插件體系結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)需要自定義組件并輕松地集成到Qt應(yīng)用中。

Qt 以其強(qiáng)大的跨平臺(tái)能力和全面的功能集合成為許多企業(yè)和個(gè)人開(kāi)發(fā)者選擇用來(lái)開(kāi)發(fā)高性能、高穩(wěn)定性的應(yīng)用程序的重要工具之一，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)桌面軟件、嵌入式設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)用以及服務(wù)器端組件等領(lǐng)域。

3.2 Qt版本介紹

在Qt發(fā)行版本中將要涉及兩個(gè)版本：Qt商業(yè)授權(quán)和Qt開(kāi)源授權(quán)。

（1）Qt商業(yè)授權(quán)是設(shè)計(jì)商業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境，這些商業(yè)軟件使用了傳統(tǒng)的商業(yè)來(lái)發(fā)布，它包含了一些更新的功能、技術(shù)上的支持和大量的解決方案，開(kāi)發(fā)了使用于行業(yè)的一些特定的組件，有一些特殊的功能只在商業(yè)用戶中使用。

（2）Qt開(kāi)源授權(quán)是用來(lái)開(kāi)發(fā)開(kāi)源的軟件，它提供了一些免費(fèi)的支持，并遵循QPL協(xié)議。

開(kāi)放源代碼是免費(fèi)的軟件，不牽涉用戶的某些權(quán)益。任何人都有使用開(kāi)源軟件和參與它的修改的機(jī)會(huì)，這就意味著其他的人同樣可獲得你開(kāi)發(fā)的代碼。目前 Qt 的開(kāi)源授權(quán)有兩種，一種是 GPL 授權(quán)，另一種是 LGPL 授權(quán)。

3.3 Qt開(kāi)發(fā)環(huán)境安裝

Qt的中文官網(wǎng)： https://www.qt.io/zh-cn/

QT5.12.6的下載地址：https://download.qt.io/archive/qt/5.12/5.12.6

打開(kāi)下載鏈接后選擇下面的版本進(jìn)行下載：

qt-opensource-windows-x86-5.12.6.exe 13-Nov-2019 07:28 3.7G Details

軟件安裝時(shí)斷網(wǎng)安裝，否則會(huì)提示輸入賬戶。

如果下載不了，可以在網(wǎng)盤(pán)里找到安裝包下載： 飛書(shū)文檔記錄的網(wǎng)盤(pán)地址：https://ccnr8sukk85n.feishu.cn/wiki/QjY8weDYHibqRYkFP2qcA9aGnvb?from=from_copylink

安裝的時(shí)候，第一個(gè)復(fù)選框里勾選一個(gè)mingw 32編譯器即可，其他的不管默認(rèn)就行，直接點(diǎn)擊下一步繼續(xù)安裝。

選擇MinGW 32-bit 編譯器：

3.4 開(kāi)發(fā)第一個(gè)QT程序

在QT開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可以手動(dòng)編寫(xiě)代碼也可以使用UI設(shè)計(jì)師直接拖拽控件的方式編寫(xiě)界面和布局，在實(shí)際的開(kāi)發(fā)過(guò)程中一般是兩種方式結(jié)合使用，提高開(kāi)發(fā)效率。

本小節(jié)用一個(gè)簡(jiǎn)單的 “Hello QT” 程序介紹一下使用QtCreator新建工程的步驟。

（1）打開(kāi)QtCreator軟件，選擇New Project，新建一個(gè)工程。

（2）項(xiàng)目模板選擇QT Widgets Application

（3）設(shè)置項(xiàng)目名稱和存放路徑

注意：QT項(xiàng)目路徑和名稱不能出現(xiàn)中文字符。

（4）編譯工具套件選擇

編譯工具套件可以后面自己增加，比如增加Android的。套件是指 Qt 程序從編譯鏈接到運(yùn)行環(huán)境的全部工具和 Qt 類(lèi)庫(kù)的集合。

（5）設(shè)置生成的類(lèi)信息

在類(lèi)信息設(shè)置界面選擇基類(lèi)，目前有三種基類(lèi)：QMainWindow，QWidget，QDialog。在基類(lèi)里選擇QMainWindow，類(lèi)名和文件名會(huì)根據(jù)基類(lèi)自動(dòng)修改，一般不需要修改，默認(rèn)即可。

（6）項(xiàng)目管理

在項(xiàng)目管理界面可以設(shè)置作為子項(xiàng)目，以及加入版本控制系統(tǒng)。這兩個(gè)功能暫時(shí)用不到，都用默認(rèn)的 ，然后點(diǎn)擊 “完成”。

（7）創(chuàng)建完成

（8） 編輯代碼

展開(kāi)main.cpp文件，添加內(nèi)容如下：

#include "mainwindow.h"
#include <QApplication>
#include <QDebug>
#include <QLabel>
int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    //MainWindow w;
    //w.show();
    QLabel *label =new QLabel("Hello Qt!");
    label->setGeometry(400,100,100,20);
    label->show();
    return a.exec();
}

代碼解析：

1)	#include <QApplication>和 #include <QLabel>是QT的類(lèi)聲明頭文件，對(duì)于每個(gè)QT類(lèi)都有一個(gè)與該類(lèi)同名的頭文件，在這個(gè)頭文件包含了對(duì)該類(lèi)的定義。
2)	main(int argc, char *argv[]) ：main函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)寫(xiě)法。
3)	QApplication a(argc, argv)：創(chuàng)建一個(gè)QApplication對(duì)象，用于管理應(yīng)用程序的資源，QApplication類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)需要兩個(gè)參數(shù)。
4)	QLabel *label =new QLabel("Hello Qt!") ：創(chuàng)建QLabel窗口部件，QLabel是一個(gè)Qt提供的窗口部件，可以用來(lái)顯示一行文本。
5)	label->setGeometry(400,100,100,20) ： 設(shè)置控件顯示的位置。
6)	label->show()：使Qlabel創(chuàng)建的窗口可見(jiàn)，就是顯示設(shè)置的文本。
7)	return a.exec()：應(yīng)用程序?qū)⒖刂茩?quán)傳遞給QT，讓程序進(jìn)入消息循環(huán)。等待可能的菜單，工具條，鼠標(biāo)等的輸入，進(jìn)行響應(yīng)。

（9）行程序

運(yùn)行程序可以點(diǎn)擊左下角的三角形符號(hào)或者按下快捷鍵Ctrl+R。

3.5 調(diào)試輸出

QT中使用QDebug類(lèi)輸出調(diào)試信息。主要用于調(diào)試代碼，類(lèi)似于std::cout的替代品，支持QT的數(shù)據(jù)類(lèi)型。使用前需要包含頭文件。

調(diào)試輸出的分類(lèi)

示例代碼：

qDebug("調(diào)試信息輸出");
qWarning("一般警告信息輸出");
qCritical("嚴(yán)重錯(cuò)誤輸出");
qFatal("致命錯(cuò)誤輸出");

qDebug輸出的信息會(huì)打印到QT軟件下邊的輸出面板。

在上節(jié)的HelloQt工程上加上調(diào)試輸出代碼，增加的main.cpp代碼如下：

#include "mainwindow.h"
#include <QApplication>
#include <QDebug>
int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    //MainWindow w;
    //w.show();
    qDebug()<<"QT調(diào)試信息輸出";
    int data_int=8888;
    qDebug()<<data_int;
    float data_float=123.888;
    qDebug()<<data_float;
    return a.exec();
}

運(yùn)行程序，觀察輸出的調(diào)試信息：

3.6 QT Creator常用的快捷鍵

掌握一些適用的快捷鍵，可以提高程序開(kāi)發(fā)的效率。

（1）F1 鍵，快速切換光標(biāo)選中的函數(shù)或者類(lèi)的幫助信息，按一次半屏顯示，按下兩次全屏顯示。

（2）F2 鍵，快速切換到光標(biāo)選中的函數(shù)或者類(lèi)的源碼定義處。

（3）F4鍵，快速在源文件和頭文件之間切換。

（4）Ctrl(按住)+ Tab，快速切換已打開(kāi)的文件

（5）Ctrl+ I ，縮進(jìn)光標(biāo)選中行代碼（自動(dòng)與上層代碼對(duì)齊）。

（6）Ctrl + / ，快速注釋或者取消注釋光標(biāo)選中行。

（7）快速修改全局變量名

鼠標(biāo)光標(biāo)選中變量名，按下Ctrl+Shift+R，當(dāng)變量名稱出現(xiàn)紅色框表示已經(jīng)激活全局修改功能。修改一處，整個(gè)工程對(duì)應(yīng)變量名稱全部會(huì)修改。修改完畢之后，光標(biāo)移開(kāi)，再按下Ctrl+Shift+R保存修改。

（8）快速修改全局函數(shù)名

快捷方式與變量修改一樣按下Ctrl+Shift+R，一處修改整個(gè)工程對(duì)應(yīng)的函數(shù)名稱也會(huì)跟著改。選中函數(shù)后，按下Ctrl+Shift+R后整個(gè)工程的對(duì)應(yīng)的函數(shù)名會(huì)高亮，并且在軟件下方彈出修改框。

3.7 QT幫助文檔

Qt 幫助文檔太多，難以全部翻譯成中文，即使翻譯了一部分，翻譯花的時(shí)間太多，翻譯更新的時(shí)效性也難以保證，最終還是得看英文幫助，QtCreator 集成了幫助系統(tǒng)，查找非常方便。

打開(kāi)QtCreator，選擇菜單欄的最左邊的幫助選項(xiàng)，界面如下：

（1）查看Qlabel控件的幫助信息：

3.8 UI設(shè)計(jì)師使用

上節(jié)的Hello QT程序使用純C++代碼編寫(xiě)，這一節(jié)使用QT界面設(shè)計(jì)模式實(shí)現(xiàn)與上一節(jié)Hello QT程序一樣的功能。仿照著上節(jié)新創(chuàng)建一個(gè)工程。雙擊打開(kāi)mainwindow.ui文件，進(jìn)入到UI設(shè)計(jì)界面。

（1）拖一個(gè)Label控件到編輯區(qū)，雙擊Label控件可以修改文本內(nèi)容。

（2）運(yùn)行程序可以點(diǎn)擊左下角的三角形符號(hào)或者按下快捷鍵Ctrl+R。

（3）UI設(shè)計(jì)師界面功能介紹

3.9 按鈕控件組

QT Creator UI設(shè)計(jì)師界面的按鈕組截圖如下：

以下是對(duì)按鈕組控件的一些功能介紹：

（1）Push Button按壓按鈕：最普通的按鈕，按(點(diǎn)擊)按鈕命令計(jì)算機(jī)執(zhí)行一些動(dòng)作，或者回答問(wèn)題，比如windows開(kāi)始菜單里的重啟，注銷(xiāo)，關(guān)機(jī)等按鈕。

（2）Tool Button工具按鈕：工具按鈕通常是一個(gè)集合，一般集成在工具欄里。比如打開(kāi)，保存，復(fù)制，粘貼，剪切等常用的操作。

（3）Radio Button單選按鈕：?jiǎn)芜x按鈕通常是兩個(gè)以上的形式出現(xiàn)在一塊，按鈕之間有互斥關(guān)系，每次只能選中一個(gè)。比如：一個(gè)人的性別只能選擇一個(gè)，不能同時(shí)是男性又是女性。

（4）Check Box復(fù)選框：復(fù)選框與單選按鈕概念相反，復(fù)選框通常表示多個(gè)可以同時(shí)存在的選項(xiàng)，比如一個(gè)人可以同時(shí)擁有多個(gè)愛(ài)好，比如讀書(shū)、看電影、爬山、游泳等。

（5）Command Link Button命令鏈接按鈕：一般用來(lái)打開(kāi)的窗口或者網(wǎng)頁(yè)鏈接。

（6）Dialog Button Box標(biāo)準(zhǔn)按鈕盒：標(biāo)準(zhǔn)按鈕盒通常用于對(duì)話框程序；比如：常見(jiàn)的確認(rèn)對(duì)話框有 “確定”“取消”等標(biāo)準(zhǔn)按鈕，Qt 將這些典型的按鈕做成標(biāo)準(zhǔn)按鈕盒，并將相應(yīng)的信號(hào)加以封裝，方便程序員使用。

3.10 布局控件組

開(kāi)發(fā)一個(gè)圖形界面應(yīng)用程序，界面的布局影響到界面的美觀。前面的程序中都是使用UI界面拖控件，如果有多個(gè)按鈕，會(huì)出現(xiàn)大小難調(diào)整、位置難對(duì)齊等問(wèn)題。Qt 提供的“布局管理“就很好的解決了控件擺放的問(wèn)題。

以下是UI設(shè)計(jì)師界面的布局相關(guān)控件組：

功能介紹：

（1）Vertical Layout：垂直布局

（2）Horizontal Layout：水平布局

（3）Grid Layout：網(wǎng)格布局

（4）Form Layout：窗體中布局

（5）Horizontal Spacers：水平空格，在布局中用來(lái)占位。

（6）Vertical Spacer：垂直空格，在布局中用來(lái)占位。

3.11 基本布局控件

在UI設(shè)計(jì)界面添加一個(gè)布局控件，然后將需要布局的其他控件放入布局控件中即可完成布局，布局控件可以互相嵌套使用。（本節(jié)只介紹基本布局控件的使用）

以下是4種布局控件的效果：

3.12 UI設(shè)計(jì)師的布局功能

在UI設(shè)計(jì)界面的左上角有一排快捷的布局選項(xiàng)，使用時(shí)選中兩個(gè)以上的控件，點(diǎn)擊其中一種布局方式就可以切換布局。

以下為布局的簡(jiǎn)單示例圖：

（1）為布局的選項(xiàng)。

（2）控件層次圖，可以看到控件的布局?jǐn)[放層次。

如果想要控制某個(gè)控件的固定大小，不隨著布局改變大小，可以限定最大最小尺寸。選中控件鼠標(biāo)右鍵–>大小限定->設(shè)置大小。

水平布局與垂直布局：

水平布局將控件按照水平方式擺放，垂直布局將控件按照垂直方式擺放。鼠標(biāo)拖動(dòng)紅色布局框上的黑色方點(diǎn)，可以調(diào)整布局框的大小。隨著布局框的尺寸變化，包含的控件高度不會(huì)變化，寬度會(huì)隨著布局框變化。選中其中一個(gè)控件然后鼠標(biāo)右鍵>點(diǎn)擊大小限定，可以限定控件的最大和最小尺寸。

分裂器水平布局與垂直布局：

分裂器方式布局，包含控件的高度和寬度都會(huì)隨著布局框的拉伸而改變。選中其中一個(gè)控件然后鼠標(biāo)右鍵>點(diǎn)擊大小限定，可以限定控件的最大和最小尺寸。

窗體中布局與柵格布局：

柵格（網(wǎng)格）布局器的基本單元是單元格，而窗體中布局（表單）的基本單元是行。隨著布局框的尺寸變化，包含的控件高度不會(huì)變化，寬度會(huì)隨著布局框變化。

設(shè)置主窗體布局方式：

設(shè)置主窗體的布局方式后，包含在主窗體內(nèi)的控件會(huì)隨著窗體的拉伸自動(dòng)調(diào)整大小。

四、上位機(jī)開(kāi)發(fā)

4.1 Qt開(kāi)發(fā)環(huán)境安裝

Qt的中文官網(wǎng)： https://www.qt.io/zh-cn/

QT5.12.6的下載地址：https://download.qt.io/archive/qt/5.12/5.12.6

打開(kāi)下載鏈接后選擇下面的版本進(jìn)行下載：

如果下載不了，可以在網(wǎng)盤(pán)里找到安裝包下載： 飛書(shū)文檔記錄的網(wǎng)盤(pán)地址：https://ccnr8sukk85n.feishu.cn/wiki/QjY8weDYHibqRYkFP2qcA9aGnvb?from=from_copylink

軟件安裝時(shí)斷網(wǎng)安裝，否則會(huì)提示輸入賬戶。

安裝的時(shí)候，第一個(gè)復(fù)選框里的編譯器可以全選，直接點(diǎn)擊下一步繼續(xù)安裝。

選擇編譯器： （一定要看清楚了）

4.2 新建上位機(jī)工程

前面2講解了需要用的API接口，接下來(lái)就使用Qt設(shè)計(jì)上位機(jī)，設(shè)計(jì)界面，完成整體上位機(jī)的邏輯設(shè)計(jì)。

【1】新建工程

【2】設(shè)置項(xiàng)目的名稱。

【3】選擇編譯系統(tǒng)

【4】選擇默認(rèn)繼承的類(lèi)

【5】選擇編譯器

【6】點(diǎn)擊完成

【7】工程創(chuàng)建完成

4.3 切換編譯器

在左下角是可以切換編譯器的。 可以選擇用什么樣的編譯器編譯程序。

目前新建工程的時(shí)候選擇了2種編譯器。 一種是mingw32這個(gè)編譯Windows下運(yùn)行的程序。 一種是Android編譯器，可以生成Android手機(jī)APP。

不過(guò)要注意：Android的編譯器需要配置一些環(huán)境才可以正常使用，這個(gè)大家可以網(wǎng)上找找教程配置一下就行了。

windows的編譯器就沒(méi)有這么麻煩，安裝好Qt就可以編譯使用。

下面我這里就選擇的 mingw32這個(gè)編譯器，編譯Windows下運(yùn)行的程序。

4.4 編譯測(cè)試功能

創(chuàng)建完畢之后，編譯測(cè)試一下功能是否OK。

點(diǎn)擊左下角的綠色三角形按鈕。

正常運(yùn)行就可以看到彈出一個(gè)白色的框框。這就表示工程環(huán)境沒(méi)有問(wèn)題了。 接下來(lái)就可以放心的設(shè)計(jì)界面了。

4.5 設(shè)計(jì)UI界面與工程配置

【1】打開(kāi)UI文件

打開(kāi)默認(rèn)的界面如下：

【2】開(kāi)始設(shè)計(jì)界面

根據(jù)自己需求設(shè)計(jì)界面。

4.6 設(shè)計(jì)代碼

【1】獲取token

調(diào)用華為云的API都需要填token參數(shù)，先看幫助文章，了解如何獲取token。

幫助文檔：https://support.huaweicloud.com/api-iam/iam_30_0001.html

根據(jù)幫助文檔，寫(xiě)完成下面代碼編寫(xiě)：

這段代碼的功能是通過(guò)華為云IAM服務(wù)獲取Token，以便后續(xù)調(diào)用華為云API時(shí)使用。以下是代碼的詳細(xì)功能解釋?zhuān)?/p>

1. 設(shè)置功能標(biāo)識(shí)

function_select = 3;

• function_select是一個(gè)標(biāo)識(shí)變量，用于區(qū)分當(dāng)前請(qǐng)求的功能類(lèi)型。這里設(shè)置為3，表示當(dāng)前請(qǐng)求是獲取Token。

2. 構(gòu)造請(qǐng)求URL

QString requestUrl;
QNetworkRequest request;

// 設(shè)置請(qǐng)求地址
QUrl url;

// 獲取token請(qǐng)求地址
requestUrl = QString("https://iam.%1.myhuaweicloud.com/v3/auth/tokens")
             .arg(SERVER_ID);

• 構(gòu)造獲取Token的請(qǐng)求URL，URL格式為：https://iam.{SERVER_ID}.myhuaweicloud.com/v3/auth/tokens。
• SERVER_ID是華為云服務(wù)器的區(qū)域ID（如cn-north-1），通過(guò)QString的arg方法動(dòng)態(tài)替換到URL中。

3. 設(shè)置請(qǐng)求頭

// 設(shè)置數(shù)據(jù)提交格式
request.setHeader(QNetworkRequest::ContentTypeHeader, QVariant("application/json;charset=UTF-8"));

• 設(shè)置HTTP請(qǐng)求頭，指定請(qǐng)求體的數(shù)據(jù)格式為application/json;charset=UTF-8，表示發(fā)送的數(shù)據(jù)是JSON格式。

4. 設(shè)置請(qǐng)求URL

// 構(gòu)造請(qǐng)求
url.setUrl(requestUrl);
request.setUrl(url);

• 將構(gòu)造好的URL設(shè)置到QUrl對(duì)象中，并將其綁定到QNetworkRequest對(duì)象。

5. 構(gòu)造請(qǐng)求體

QString text = QString("{"auth":{"identity":{"methods":["password"],"password":"
"{"user":{"domain": {"
""name":"%1"},"name": "%2","password": "%3"}}},"
""scope":{"project":{"name":"%4"}}}}")
        .arg(MAIN_USER)
        .arg(IAM_USER)
        .arg(IAM_PASSWORD)
        .arg(SERVER_ID);

• 構(gòu)造JSON格式的請(qǐng)求體，用于向華為云IAM服務(wù)請(qǐng)求Token。請(qǐng)求體包含以下字段：
  • auth：認(rèn)證信息。
    • identity：身份信息。
      • methods：認(rèn)證方法，這里使用密碼認(rèn)證（password）。
      • password：密碼認(rèn)證的具體信息。
        • user：用戶信息。
          • domain：用戶所屬的域名。
            • name：域名名稱（MAIN_USER）。
          • name：用戶名（IAM_USER）。
          • password：用戶密碼（IAM_PASSWORD）。
    • scope：請(qǐng)求的范圍。
      • project：項(xiàng)目信息。
        • name：項(xiàng)目名稱（SERVER_ID）。
• 使用QString的arg方法動(dòng)態(tài)替換請(qǐng)求體中的變量（如MAIN_USER、IAM_USER等）。

6. 發(fā)送HTTP POST請(qǐng)求

// 發(fā)送請(qǐng)求
manager->post(request, text.toUtf8());

• 使用QNetworkAccessManager的post方法發(fā)送HTTP POST請(qǐng)求。
• request是構(gòu)造好的請(qǐng)求對(duì)象，text.toUtf8()是將請(qǐng)求體轉(zhuǎn)換為UTF-8編碼的字節(jié)數(shù)組。

7. 總結(jié)

這段代碼的核心功能是：

1. 構(gòu)造獲取Token的HTTP請(qǐng)求：包括請(qǐng)求URL、請(qǐng)求頭和請(qǐng)求體。
2. 發(fā)送請(qǐng)求：通過(guò)QNetworkAccessManager發(fā)送POST請(qǐng)求，向華為云IAM服務(wù)請(qǐng)求Token。
3. Token的作用：獲取到的Token將用于后續(xù)調(diào)用華為云API時(shí)的身份驗(yàn)證。

通過(guò)這段代碼，QT上位機(jī)能夠獲取華為云的Token，為后續(xù)的設(shè)備數(shù)據(jù)查詢、控制等操作提供身份驗(yàn)證支持。

【2】獲取影子數(shù)據(jù)

前面章節(jié)介紹了影子數(shù)據(jù)獲取接口。下面是對(duì)應(yīng)編寫(xiě)的代碼：

這段代碼的功能是向華為云IoT平臺(tái)查詢?cè)O(shè)備的屬性信息（設(shè)備狀態(tài)）。以下是對(duì)代碼的詳細(xì)功能含義解釋?zhuān)?/p>

代碼功能含義解釋?zhuān)?/strong>

requestUrl = QString("https://%1:443/v5/iot/%2/devices/%3/shadow")
             .arg(IP_ADDR)
             .arg(PROJECT_ID)
             .arg(device_id);

ui->label_update_time->setText("最新時(shí)間:" + update_time);

QDateTime currentDateTime = QDateTime::currentDateTime();

qint64 secondsDiff = currentDateTime.secsTo(dateTime);

if (qAbs(secondsDiff) >= 5 * 60)

ui->label_dev_state->setText("設(shè)備狀態(tài):離線");

QString event_time = obj3.take("event_time").toString();
qDebug() << "event_time:" << event_time;

QDateTime dateTime = QDateTime::fromString(event_time, "yyyyMMddTHHmmssZ");

dateTime.setTimeSpec(Qt::UTC);
dateTime = dateTime.toLocalTime();

QString update_time = dateTime.toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

最新時(shí)間: 2023-11-21 20:05:30

File: D:/QtProject/build-333_QtProject-Android_for_arm64_v8a_Clang_Qt_5_12_6_for_Android_ARM64_v8a-Release/android-build//build/outputs/apk/debug/android-build-debug.apk

// STM32F103C8T6 寄存器編程示例代碼（部分）
// 實(shí)現(xiàn)：SHT30（I2C），MQ2和MQ135（ADC），火焰?zhèn)鞲衅鳎℅PIO輸入）

#include "stm32f10x.h"

// I2C1初始化（用于SHT30）
void I2C1_Init(void)
{
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN;      // 使能GPIOB時(shí)鐘
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C1EN;      // 使能I2C1時(shí)鐘

    // PB6=SCL，PB7=SDA 配置為開(kāi)漏復(fù)用推挽輸出
    GPIOB->CRL &= ~((0xF << 24) | (0xF << 28));
    GPIOB->CRL |= ((0xB << 24) | (0xB << 28)); // 速度50MHz，開(kāi)漏復(fù)用推挽

    I2C1->CR1 = I2C_CR1_SWRST;                // 軟件復(fù)位
    I2C1->CR1 &= ~I2C_CR1_SWRST;              // 釋放復(fù)位

    I2C1->CR2 = 36;                           // APB1頻率36MHz
    I2C1->CCR = 180;                          // 標(biāo)準(zhǔn)模式100kHz
    I2C1->TRISE = 37;                         // 最大上升時(shí)間

    I2C1->CR1 |= I2C_CR1_PE;                  // 使能I2C1
}

// I2C啟動(dòng)信號(hào)
void I2C_Start(void)
{
    I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START;
    while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB));
}

// I2C停止信號(hào)
void I2C_Stop(void)
{
    I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP;
}

// 發(fā)送地址(寫(xiě))
void I2C_SendAddress_Write(uint8_t addr)
{
    I2C1->DR = addr & 0xFE;
    while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR));
    (void)I2C1->SR2;
}

// 發(fā)送地址(讀)
void I2C_SendAddress_Read(uint8_t addr)
{
    I2C1->DR = addr | 0x01;
    while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR));
    (void)I2C1->SR2;
}

// 發(fā)送一個(gè)字節(jié)
void I2C_SendData(uint8_t data)
{
    I2C1->DR = data;
    while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE));
}

// 接收一個(gè)字節(jié)，ack=1時(shí)應(yīng)答，ack=0不應(yīng)答
uint8_t I2C_ReceiveData(uint8_t ack)
{
    if (ack)
    {
        I2C1->CR1 |= I2C_CR1_ACK;
    }
    else
    {
        I2C1->CR1 &= ~I2C_CR1_ACK;
    }
    while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_RXNE));
    return I2C1->DR;
}

// 延時(shí)函數(shù)，簡(jiǎn)單軟件延時(shí)
void Delay(uint32_t count)
{
    while(count--) __NOP();
}

// 讀取SHT30溫濕度
// 返回值：0成功，-1失敗；溫度和濕度通過(guò)指針?lè)祷?
int SHT30_Read(float *temperature, float *humidity)
{
    uint8_t addr = 0x44 << 1; // SHT30默認(rèn)地址0x44，左移1位
    uint8_t buf[6];
    uint16_t rawT, rawH;
    uint8_t i;

    I2C_Start();
    I2C_SendAddress_Write(addr);
    I2C_SendData(0x2C);
    I2C_SendData(0x06); // 單次高重復(fù)度測(cè)量命令

    I2C_Stop();
    Delay(50000); // 延時(shí)測(cè)量約15ms

    I2C_Start();
    I2C_SendAddress_Read(addr);

    for(i=0; i<5; i++)
    {
        buf[i] = I2C_ReceiveData(1);
    }
    buf[5] = I2C_ReceiveData(0);

    I2C_Stop();

    // 簡(jiǎn)單CRC校驗(yàn)可選，忽略

    rawT = (buf[0]<<8) | buf[1];
    rawH = (buf[3]<<8) | buf[4];

    *temperature = -45 + 175 * ((float)rawT / 65535.0f);
    *humidity = 100 * ((float)rawH / 65535.0f);

    return 0;
}

// ADC初始化（用于MQ2和MQ135模擬信號(hào)采集）
void ADC1_Init(void)
{
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;   // 使能GPIOA時(shí)鐘
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ADC1EN;   // 使能ADC1時(shí)鐘
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_AFIOEN;

    // PA0和PA2配置為模擬輸入
    GPIOA->CRL &= ~((0xF << 0) | (0xF << 8));

    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_ADON;             // 使能ADC
    ADC1->SMPR2 |= ADC_SMPR2_SMP0 | ADC_SMPR2_SMP2; // 通道0和2采樣時(shí)間

    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_CONT;             // 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_CAL;              // 校準(zhǔn)
    while (ADC1->CR2 & ADC_CR2_CAL);

    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_ADON;             // 啟動(dòng)ADC
}

// 讀取ADC通道，channel = 0~15
uint16_t ADC_Read(uint8_t channel)
{
    ADC1->SQR3 = channel & 0x1F;
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_SWSTART;
    while(!(ADC1->SR & ADC_SR_EOC));
    return ADC1->DR;
}

// GPIO初始化（火焰?zhèn)鞲衅鬏斎耄澍Q器和風(fēng)扇控制輸出）
void GPIO_Init(void)
{
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;  // 使能GPIOA
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN;  // 使能GPIOB

    // PA1輸入，火焰?zhèn)鞲衅鲾?shù)字信號(hào)，浮空輸入
    GPIOA->CRL &= ~(0xF << 4);
    GPIOA->CRL |= (0x4 << 4);  // 輸入浮空

    // PB12輸出，繼電器控制風(fēng)扇，推挽輸出
    GPIOB->CRH &= ~(0xF << 16);
    GPIOB->CRH |= (0x3 << 16); // 50MHz推挽輸出

    // PB13輸出，蜂鳴器控制，推挽輸出
    GPIOB->CRH &= ~(0xF << 20);
    GPIOB->CRH |= (0x3 << 20); // 50MHz推挽輸出
}

// 讀取火焰?zhèn)鞲衅鳡顟B(tài)（返回1有火焰，0無(wú)火焰）
uint8_t FlameSensor_Read(void)
{
    return (GPIOA->IDR & (1 << 1)) ? 1 : 0;
}

// 控制風(fēng)扇繼電器（1開(kāi)啟，0關(guān)閉）
void Fan_Control(uint8_t on)
{
    if(on)
        GPIOB->BSRR = (1 << 12);
    else
        GPIOB->BRR = (1 << 12);
}

// 控制蜂鳴器（1響，0滅）
void Buzzer_Control(uint8_t on)
{
    if(on)
        GPIOB->BSRR = (1 << 13);
    else
        GPIOB->BRR = (1 << 13);
}

#include "stm32f10x.h"

// 外部模塊函數(shù)聲明（假設(shè)已實(shí)現(xiàn)）
extern void I2C1_Init(void);
extern int SHT30_Read(float *temperature, float *humidity);
extern void ADC1_Init(void);
extern uint16_t ADC_Read(uint8_t channel);
extern void GPIO_Init(void);
extern uint8_t FlameSensor_Read(void);
extern void Fan_Control(uint8_t on);
extern void Buzzer_Control(uint8_t on);
extern void ESP8266_UART_Init(void);
extern void MQTT_Publish_Data(float temp, float hum, uint16_t smoke, uint16_t gas, uint8_t flame, uint8_t fan, uint8_t buzzer);

// 系統(tǒng)閾值定義
#define TEMP_THRESHOLD     50.0f
#define HUM_THRESHOLD      80.0f
#define SMOKE_THRESHOLD    2000
#define GAS_THRESHOLD      2000

int main(void)
{
    float temperature = 0, humidity = 0;
    uint16_t smoke_adc = 0, gas_adc = 0;
    uint8_t flame = 0;
    uint8_t alarm_flag = 0;

    // 初始化外設(shè)
    I2C1_Init();
    ADC1_Init();
    GPIO_Init();
    ESP8266_UART_Init();

    while(1)
    {
        // 讀取溫濕度
        if(SHT30_Read(&temperature, &humidity) != 0)
        {
            // 讀取失敗，繼續(xù)下一輪
            continue;
        }

        // 讀取模擬量傳感器
        smoke_adc = ADC_Read(0);   // MQ2傳感器，PA0通道
        gas_adc = ADC_Read(2);     // MQ135傳感器，PA2通道

        // 讀取火焰?zhèn)鞲衅鲾?shù)字輸入
        flame = FlameSensor_Read();

        // 判斷是否有異常報(bào)警
        alarm_flag = 0;
        if(temperature > TEMP_THRESHOLD || humidity > HUM_THRESHOLD) alarm_flag = 1;
        if(smoke_adc > SMOKE_THRESHOLD) alarm_flag = 1;
        if(gas_adc > GAS_THRESHOLD) alarm_flag = 1;
        if(flame == 1) alarm_flag = 1;

        // 控制執(zhí)行器
        if(alarm_flag)
        {
            Fan_Control(1);
            Buzzer_Control(1);
        }
        else
        {
            Fan_Control(0);
            Buzzer_Control(0);
        }

        // 通過(guò)MQTT上傳數(shù)據(jù)到華為云
        MQTT_Publish_Data(temperature, humidity, smoke_adc, gas_adc, flame,
                          alarm_flag ? 1 : 0, alarm_flag ? 1 : 0);
    }
}