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制作网站推广,做壁纸壁的网站有什么,购物网站开发jdk,wordpress文章调用插件引言 物联网#xff08;IoT#xff09;技术的快速发展#xff0c;让各类终端设备的数据采集与云端交互成为常态。STM32F103 作为意法半导体推出的经典 ARM Cortex-M3 内核微控制器#xff0c;凭借高性价比、稳定的性能和丰富的外设#xff0c;成为物联网终端开发的首选芯…引言物联网IoT技术的快速发展让各类终端设备的数据采集与云端交互成为常态。STM32F103 作为意法半导体推出的经典 ARM Cortex-M3 内核微控制器凭借高性价比、稳定的性能和丰富的外设成为物联网终端开发的首选芯片之一。机智云作为一站式物联网开发平台提供了设备接入、数据可视化、远程控制等全流程解决方案极大降低了物联网项目的开发门槛。本文将详细讲解如何基于 STM32F103 实现温湿度数据采集并通过串口 / ESP8266 模块将数据上传至机智云平台从硬件选型、电路设计、软件编程到平台配置全方位拆解实现过程帮助开发者快速掌握物联网终端与云端的对接方法。一、系统整体架构设计本系统的核心目标是实现 “终端采集 - 数据传输 - 云端接收 - 可视化展示” 的全流程整体架构分为三层感知层、传输层和应用层。感知层以 STM32F103C8T6 最小系统板为核心控制器搭配 DHT11 温湿度传感器完成环境温湿度数据的采集DHT11 是一款低成本、单总线通信的数字传感器测量范围为温度 0~50℃精度 ±2℃、湿度 20%~90% RH精度 ±5% RH满足常规环境监测需求。传输层采用 ESP8266-01S WiFi 模块作为无线通信载体STM32F103 通过串口与 ESP8266 通信将采集到的温湿度数据按照机智云协议封装后由 ESP8266 发送至机智云服务器也可选择串口转以太网模块适用于有线网络场景本文以 WiFi 传输为例。应用层机智云平台接收设备上传的数据提供数据可视化面板、历史数据查询、设备在线状态监测等功能同时支持手机 App / 小程序远程查看数据。系统工作流程STM32F103 定时读取 DHT11 的温湿度数据→对数据进行格式处理→按照机智云串口透传协议封装数据→通过串口发送给 ESP8266→ESP8266 连接 WiFi 并将数据上传至机智云→用户通过机智云平台查看实时温湿度数据。二、硬件选型与电路设计2.1 核心硬件清单器件名称型号数量用途微控制器STM32F103C8T61核心控制、数据采集与处理温湿度传感器DHT111采集环境温湿度WiFi 通信模块ESP8266-01S1无线数据传输STM32 最小系统板定制1提供电源、下载、串口接口电源模块5V/3.3V1为各模块供电杜邦线、面包板-若干电路连接USB 转串口模块CH3401STM32 程序下载与调试2.2 关键电路设计1STM32 与 DHT11 的连接DHT11 采用单总线通信只需一根数据线即可完成数据传输电路设计要点DHT11 的 VCC 引脚接 3.3V或 5V兼容两种电压GND 接 GNDDHT11 的 DATA 引脚接 STM32F103 的 PA0 引脚同时串联一个 4.7KΩ 上拉电阻保证总线空闲时为高电平注意DHT11 的数据传输对时序要求严格布线时尽量缩短 DATA 线长度避免干扰。2STM32 与 ESP8266 的连接ESP8266-01S 采用串口通信需注意电平匹配ESP8266 为 3.3V 电平STM32F103 的串口引脚可兼容 3.3VESP8266 的 VCC 接 3.3V严禁接 5V否则烧毁模块GND 接 GNDESP8266 的 TXD 接 STM32 的 RXDPB11RXD 接 STM32 的 TXDPB10为保证 ESP8266 稳定工作建议在 3.3V 电源端并联 100μF 和 0.1μF 电容滤除电源噪声可选将 ESP8266 的 RST 引脚接 STM32 的 GPIO 口便于 STM32 复位 ESP8266。3电源电路设计系统需提供稳定的 3.3V 和 5V 电源采用 USB 供电5V通过 AMS1117-3.3V 稳压芯片将 5V 转为 3.3V为 STM32、DHT11、ESP8266 供电AMS1117 输出端并联电容提升电源稳定性所有模块的 GND 需共地避免电位差导致通信异常。三、机智云平台配置3.1 注册与设备创建登录机智云官网https://www.gizwits.com/完成开发者账号注册并实名认证进入 “开发者中心”点击 “创建新产品”填写产品名称如 “温湿度监测仪”、选择产品品类“智能家居 - 环境监测”、通信方式“WiFi”、数据传输方式“透传”产品创建完成后进入 “数据点定义” 页面添加自定义数据点温度数据类型为 “浮点型”读写类型为 “只读”标识符 “temp”单位 “℃”湿度数据类型为 “浮点型”读写类型为 “只读”标识符 “humi”单位 “% RH”保存数据点后生成产品的 “Product Key” 和 “Product Secret”后续设备接入需用到该信息。3.2 设备激活与密钥获取进入 “设备管理” 页面点击 “添加测试设备”生成设备的 “Device Secret” 和 “Device ID”记录产品的 Product Key、Product Secret以及测试设备的 Device ID、Device Secret后续 STM32 程序中需配置这些参数下载机智云提供的 “串口调试助手” 和 “手机 App 调试版”用于后续调试。3.3 协议解析机智云串口透传协议采用固定格式封装数据核心是将温湿度数据按照 “数据点标识符 数据值” 的格式封装并添加帧头、帧尾、校验位。对于透传模式STM32 需将采集到的温湿度数据封装为 JSON 格式或机智云自定义二进制格式本文采用 JSON 格式示例json{temp:25.5,humi:60.2}ESP8266 连接机智云服务器后将该 JSON 数据发送至指定端口即可。四、STM32F103 软件编程4.1 开发环境搭建采用 Keil MDK-ARM V5 开发环境配置步骤安装 STM32F103C8T6 的器件库STM32F1xx_DFP创建新工程选择 “STM32F103C8T6” 芯片配置工程参数如堆栈大小、编译器版本添加标准外设库STM32F10x_StdPeriph_Lib或采用 HAL 库开发本文以标准外设库为例。4.2 核心功能模块编程1DHT11 驱动程序DHT11 的通信时序是核心需严格按照手册实现c运行// DHT11初始化 void DHT11_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_Out_PP; // 初始为输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure); DHT11_DQ_HIGH; // 总线拉高 } // 读取DHT11一个字节数据 u8 DHT11_Read_Byte(void) { u8 i, byte 0; for(i0; i8; i) { while(DHT11_DQ_IN 0); // 等待低电平结束 Delay_us(30); // 延时30us判断高电平时长 byte 1; if(DHT11_DQ_IN 1) byte | 0x01; while(DHT11_DQ_IN 1); // 等待高电平结束 } return byte; } // 读取温湿度数据 u8 DHT11_Read_Data(u8 *temp, u8 *humi) { u8 buf[5]; u8 i; DHT11_DQ_LOW; Delay_ms(18); // 拉低总线18ms DHT11_DQ_HIGH; Delay_us(30); // 释放总线30us GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 改为输入模式 if(DHT11_DQ_IN 0) { while(DHT11_DQ_IN 0); // 等待响应信号 while(DHT11_DQ_IN 1); // 等待响应结束 for(i0; i5; i) buf[i] DHT11_Read_Byte(); // 读取40位数据 GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 改为输出模式 // 校验数据 if((buf[0]buf[1]buf[2]buf[3]) buf[4]) { *humi buf[0]; *temp buf[2]; return 0; } } return 1; }注意延时函数需精准建议采用定时器实现 us 级延时避免软件延时误差导致数据读取失败。2串口通信配置配置 STM32 的 USART3PB10/TX、PB11/RX用于与 ESP8266 通信波特率 115200ESP8266 默认波特率c运行void USART3_Init(u32 bound) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; USART_InitTypeDef USART_InitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // TXD PB10 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, GPIO_InitStructure); // RXD PB11 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_11; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOB, GPIO_InitStructure); // 串口配置 USART_InitStructure.USART_BaudRate bound; USART_InitStructure.USART_WordLength USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; USART_Init(USART3, USART_InitStructure); // 中断配置可选用于接收ESP8266的响应 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel USART3_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd ENABLE; NVIC_Init(NVIC_InitStructure); USART_ITConfig(USART3, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 开启接收中断 USART_Cmd(USART3, ENABLE); // 使能串口 } // 串口发送字符串 void USART3_Send_String(u8 *str) { while(*str) { while(USART_GetFlagStatus(USART3, USART_FLAG_TC) RESET); USART_SendData(USART3, *str); } }3ESP8266 配置与数据上传ESP8266 需先配置 WiFi 连接和机智云服务器地址STM32 通过串口发送 AT 指令配置 ESP8266c运行// 配置ESP8266连接WiFi并接入机智云 u8 ESP8266_Config(void) { u8 retry 0; USART3_Send_String(ATCWMODE1\r\n); // 设置为STA模式 Delay_ms(500); USART3_Send_String(ATCWJAP\WiFi名称\,\WiFi密码\\r\n); // 连接WiFi Delay_ms(2000); // 连接机智云服务器TCP USART3_Send_String(ATCIPSTART\TCP\,\mqtt.gizwits.com\,8883\r\n); Delay_ms(1000); USART3_Send_String(ATCIPMODE1\r\n); // 透传模式 Delay_ms(500); USART3_Send_String(ATCIPSEND\r\n); // 开始透传 Delay_ms(500); return 0; } // 封装温湿度数据并上传 void Gizwits_Send_Data(u8 temp, u8 humi) { u8 data_buf[64]; // 封装JSON格式数据 sprintf((char*)data_buf, {\temp\:%d.0,\humi\:%d.0}\r\n, temp, humi); USART3_Send_String(data_buf); // 发送至ESP8266 }注意需根据机智云实际的 MQTT 服务器地址和端口调整 AT 指令透传模式下发送的数据会直接转发至服务器。4主函数设计主函数实现初始化、数据采集、定时上传的逻辑c运行int main(void) { u8 temp 0, humi 0; u8 err_cnt 0; SysTick_Init(); // 系统滴答定时器初始化 DHT11_Init(); // DHT11初始化 USART3_Init(115200); // 串口3初始化 Delay_ms(1000); ESP8266_Config(); // 配置ESP8266 while(1) { if(DHT11_Read_Data(temp, humi) 0) { // 读取温湿度 Gizwits_Send_Data(temp, humi); // 上传数据 err_cnt 0; } else { err_cnt; if(err_cnt 5) { // 读取失败复位ESP8266 ESP8266_Config(); err_cnt 0; } } Delay_ms(5000); // 每5秒上传一次 } }4.3 程序下载与调试通过 J-Link 或 ST-Link 将程序下载至 STM32F103C8T6打开串口调试助手连接 STM32 的调试串口查看 ESP8266 的 AT 指令响应确认 WiFi 连接和服务器接入是否成功若数据上传失败排查WiFi 密码是否正确、ESP8266 电平是否匹配、串口波特率是否一致、机智云数据点格式是否匹配。五、系统测试与优化5.1 功能测试硬件上电后观察 ESP8266 的指示灯常亮表示已连接 WiFi登录机智云开发者中心进入 “设备调试” 页面查看实时数据是否与实际环境温湿度一致使用手机 App 连接设备验证远程查看功能是否正常长时间运行测试记录数据上传的稳定性和准确率。5.2 常见问题与优化方案DHT11 数据读取不稳定优化延时函数增加数据校验次数在 DATA 引脚增加抗干扰电容ESP8266 频繁掉线检查电源稳定性增加 ESP8266 的复位机制在程序中定期检测连接状态掉线后自动重连数据上传延迟减少数据封装的冗余内容调整上传周期如改为 10 秒一次避免频繁发送数据导致网络拥堵温湿度精度不足可更换 DHT22 传感器温度精度 ±0.5℃湿度精度 ±2% RH并在程序中增加数据滤波算法如滑动平均滤波。5.3 性能优化采用低功耗模式STM32 在数据采集间隔期间进入睡眠模式降低功耗适用于电池供电场景数据压缩将浮点型数据转为整型传输减少数据量提升传输效率异常处理增加温湿度数据范围校验如温度超出 0~50℃时标记为异常避免无效数据上传。六、扩展功能与应用场景6.1 功能扩展增加报警功能当温湿度超出阈值时STM32 控制蜂鸣器报警并向机智云上传报警信息远程控制在机智云添加 “控制” 数据点实现远程设置采集周期、报警阈值等数据存储在 STM32 外接 SD 卡模块本地存储历史温湿度数据避免云端数据丢失多传感器扩展增加光照、PM2.5 等传感器实现多维度环境监测。6.2 应用场景智能家居实时监测室内温湿度联动空调、加湿器等设备农业大棚远程监测大棚内温湿度指导灌溉、通风等操作仓储环境监测仓库温湿度防止货物因温湿度异常损坏工业现场监测生产车间温湿度保障设备正常运行。结论本文详细阐述了基于 STM32F103 的温湿度数据采集与机智云上传方案从硬件设计、平台配置到软件编程形成了一套完整的物联网终端开发流程。通过 DHT11 完成温湿度采集ESP8266 实现无线传输机智云提供云端可视化整个系统具备低成本、易开发、高稳定性的特点。开发者可基于该方案进行二次开发扩展更多功能适配不同的应用场景。在实际开发过程中需重点关注硬件电路的抗干扰设计、串口通信的时序匹配、机智云协议的正确封装以及系统的稳定性测试。随着物联网技术的普及STM32 与机智云的结合将在智能家居、工业物联网、智慧农业等领域发挥更大的作用帮助开发者快速实现从终端到云端的全链路物联网解决方案。