一、前言

1.1 項目介紹

【1】項目開發(fā)背景

在當今智能化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展的時代背景下，傳統(tǒng)家電的智能化改造成為家電行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要趨勢。智能冰箱作為智能家居系統(tǒng)的重要組成部分，其智能化程度的提升不僅能夠為用戶帶來更加便捷、舒適的生活體驗，還能有效提升冰箱的使用效率和安全性?；谶@一背景，設(shè)計了一款基于華為云IOT物聯(lián)網(wǎng)平臺的智能冰箱系統(tǒng)。

本項目通過集成先進的傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)以及智能控制算法，實現(xiàn)對冰箱內(nèi)部環(huán)境的全方位監(jiān)測和智能控制。系統(tǒng)支持對冷藏區(qū)、保鮮區(qū)、冷凍區(qū)三個區(qū)域的溫度和濕度進行實時監(jiān)測，并配備有害氣體傳感器以分析霉菌含量，確保食品存儲環(huán)境的安全衛(wèi)生。同時，通過OLED顯示屏，用戶能夠直觀地了解冰箱內(nèi)部的環(huán)境狀態(tài)。

為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)測和控制，系統(tǒng)支持WIFI上云功能，將采集到的數(shù)據(jù)實時上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)云平臺。通過Qt(C++)設(shè)計的手機APP，用戶可以隨時隨地調(diào)用華為云IOT的API接口，獲取冰箱上傳的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對冰箱運行狀態(tài)的遠程監(jiān)控。此外，用戶還可以通過手機APP遠程設(shè)置冰箱各區(qū)域的溫度，實現(xiàn)個性化的溫度控制。

在智能控制方面，系統(tǒng)具備自動降溫處理功能。當冰箱內(nèi)部溫度超過設(shè)定的閾值時，系統(tǒng)會自動啟動制冷泵進行降溫處理，并通過手機APP發(fā)出紅色字體報警和本地蜂鳴器聲音報警，提醒用戶注意。此外，保鮮區(qū)還配備了紫外線消毒燈，用戶可以根據(jù)需要開啟消毒功能，對冰箱內(nèi)部進行殺菌消毒，保障食品的安全存儲。

本項目的開發(fā)不僅體現(xiàn)了智能家居技術(shù)在家電領(lǐng)域的應(yīng)用價值，也為冰箱行業(yè)的智能化升級提供了新的解決方案。通過本項目的實施，將為用戶提供更加智能化、安全化、舒適化的生活體驗，推動智能家居產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

【2】設(shè)計實現(xiàn)的功能

（1）多區(qū)域精確溫濕度控制與監(jiān)測：冰箱被劃分為冷藏區(qū)、保鮮區(qū)、冷凍區(qū)三個獨立區(qū)域，每個區(qū)域均配置有SHT30溫濕度傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測并顯示當前溫度與濕度。用戶可通過手機APP遠程設(shè)定各區(qū)域的理想溫濕度范圍，系統(tǒng)將自動調(diào)節(jié)以維持最佳儲存條件。

（2）有害氣體及霉菌含量監(jiān)測：通過集成的ADC模擬量采集輸出的有害氣體傳感器，系統(tǒng)能夠分析冷藏室內(nèi)是否存在過量的有害氣體及霉菌，及時預(yù)警，保護食品免受污染，保障用戶健康。

（3）實時數(shù)據(jù)展示與遠程監(jiān)控：冰箱門上的0.96寸OLED顯示屏實時展示當前的溫濕度信息及系統(tǒng)狀態(tài)，同時，這些數(shù)據(jù)會通過ESP8266-WIFI模塊上傳至華為云IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺。用戶通過專門設(shè)計的Qt(C++)手機APP，可以隨時隨地查看冰箱狀態(tài)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

（4）智能警報與應(yīng)急處理：若冰箱內(nèi)溫度超過用戶預(yù)設(shè)的閾值，系統(tǒng)將自動啟動降溫程序，并通過手機APP推送警告信息，APP界面字體變紅以示警急。同時，冰箱內(nèi)置的高電平觸發(fā)蜂鳴器會發(fā)出聲音報警，確保問題得到即時關(guān)注。

（5）紫外線消毒功能：針對保鮮區(qū)，設(shè)計有紫外線消毒燈，用戶可通過APP遠程控制開啟，定期對冰箱內(nèi)部進行消毒，有效殺滅細菌，保持儲藏環(huán)境的衛(wèi)生。

（6）靈活的電源管理與制冷控制：系統(tǒng)采用外部220V市電輸入，經(jīng)穩(wěn)壓模塊轉(zhuǎn)換為5V 2A直流電源，為所有組件穩(wěn)定供電。制冷泵通過高可靠性的繼電器控制，確保按需啟動，節(jié)能高效。

（7）用戶友好與個性化設(shè)置：手機APP提供直觀易用的界面，用戶可根據(jù)個人需求設(shè)定各區(qū)域的溫度，查看歷史數(shù)據(jù)，甚至接收食品保質(zhì)期提醒，定制化服務(wù)讓生活更加智能化。

【3】項目硬件模塊組成

（1）主控單元：

• STM32F103RCT6微控制器：作為整個系統(tǒng)的控制中心，負責處理傳感器數(shù)據(jù)、執(zhí)行邏輯判斷、控制各個外設(shè)工作。該MCU具有高性能、低功耗的特點，支持豐富的外設(shè)接口，滿足系統(tǒng)復(fù)雜控制需求。

（2）環(huán)境監(jiān)測模塊：

• SHT30溫濕度傳感器：分別安裝于冷藏區(qū)、保鮮區(qū)、冷凍區(qū)，用于精確測量各區(qū)域的溫度和濕度，為溫度控制和環(huán)境監(jiān)測提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
• 有害氣體傳感器：通過ADC模擬量輸出，監(jiān)測冰箱內(nèi)部可能存在的有害氣體及霉菌含量，確保食品安全。

（3）顯示與交互模塊：

• 0.96寸OLED顯示屏：采用SPI通訊協(xié)議，實時顯示冰箱內(nèi)部的溫濕度信息、工作狀態(tài)等，便于用戶直觀了解冰箱運行情況。

（4）無線通信模塊：

• ESP8266-WIFI模組：負責將冰箱內(nèi)部采集的數(shù)據(jù)通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)上傳至華為云IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)交互。

（5）電源管理模塊：

• 外部電源適配器：將220V交流電轉(zhuǎn)換為適合電子設(shè)備使用的5V直流電。
• 穩(wěn)壓電源模塊：進一步穩(wěn)定直流電壓至5V 2A，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)。

（6）報警與指示模塊：

• 高電平觸發(fā)有源蜂鳴器：當冰箱溫度超出設(shè)定范圍時，主控單元控制蜂鳴器發(fā)出報警聲，提醒用戶注意。

（7）控制執(zhí)行模塊：

• 繼電器模塊：用于控制制冷泵的開關(guān)，根據(jù)主控單元的指令自動調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
• 紫外線消毒燈控制電路：通過高低電平信號控制紫外線消毒燈的開閉，實現(xiàn)遠程或定時消毒功能。

【4】摘要

本項目設(shè)計并實現(xiàn)一款基于華為云IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺的智能冰箱系統(tǒng)，通過集成先進的傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)和云端服務(wù)，顯著提升家庭食品存儲的智能化水平。系統(tǒng)采用STM32F103RCT6作為主控芯片，結(jié)合SHT30溫濕度傳感器、有害氣體傳感器等，實現(xiàn)對冰箱冷藏區(qū)、保鮮區(qū)、冷凍區(qū)的環(huán)境參數(shù)實時監(jiān)測與調(diào)控。利用ESP8266-WiFi模塊，將數(shù)據(jù)上傳至華為云平臺，用戶可通過Qt(C++)開發(fā)的手機APP遠程監(jiān)控冰箱狀態(tài)、調(diào)整設(shè)置并接收異常報警。此外，系統(tǒng)還配備了紫外線消毒燈進行定期消毒，以及溫度超標時的自動降溫處理與本地蜂鳴器報警功能，全方位保障食品新鮮與安全。本項目展現(xiàn)了智能家居領(lǐng)域的最新進展，為用戶帶來更加健康、便捷的生活體驗。

關(guān)鍵字：智能冰箱、華為云IoT、STM32、溫濕度傳感器、有害氣體監(jiān)測、WiFi通信、Qt手機APP、紫外線消毒、遠程控制、智能報警。

1.2 設(shè)計思路

（1）需求分析與功能定義：明確項目目標，基于市場調(diào)研與用戶需求分析，確定冰箱系統(tǒng)應(yīng)具備的智能監(jiān)測、遠程控制、自動報警、健康消毒等功能模塊。明確各區(qū)域（冷藏、保鮮、冷凍）的具體要求，如溫濕度控制精度、有害物質(zhì)檢測標準等。

（2）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計：設(shè)計一個分層的系統(tǒng)架構(gòu)，底層為硬件控制層，包括主控單元（STM32）、傳感器網(wǎng)絡(luò)、執(zhí)行器（繼電器、蜂鳴器、紫外線燈）等；中間層為數(shù)據(jù)處理與邏輯控制層，負責數(shù)據(jù)采集、處理與決策；上層為云服務(wù)與用戶交互層，通過華為云IoT平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、遠程控制及APP交互。

（3）硬件選型與模塊集成：根據(jù)功能需求選擇合適的硬件組件，如選用性能穩(wěn)定的STM32F103RCT6作為主控芯片，SHT30以實現(xiàn)高精度溫濕度監(jiān)測，ESP8266-WiFi模塊保證穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，以及OLED顯示屏和手機APP提高用戶交互體驗。設(shè)計合理的電路布局，確保各模塊間高效協(xié)同工作。

（4）軟件開發(fā)與算法設(shè)計：開發(fā)嵌入式軟件，編寫驅(qū)動程序以控制硬件運作，設(shè)計數(shù)據(jù)處理算法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效過濾、分析與存儲。開發(fā)手機APP，利用Qt框架實現(xiàn)用戶友好的界面設(shè)計，調(diào)用華為云IoT API，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、設(shè)置調(diào)整和報警通知功能。

（5）云端服務(wù)對接與數(shù)據(jù)安全：與華為云IoT平臺對接，設(shè)計云端數(shù)據(jù)處理流程，包括數(shù)據(jù)接收、存儲、分析與反饋。重視數(shù)據(jù)加密與用戶隱私保護，確保數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全性和私密性。

（6）測試與優(yōu)化：進行全面的系統(tǒng)測試，包括硬件兼容性測試、功能驗證、穩(wěn)定性測試以及用戶體驗測試。根據(jù)測試結(jié)果進行必要的軟硬件優(yōu)化，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，滿足用戶需求。

（7）用戶反饋與持續(xù)迭代：項目完成后，收集用戶反饋，對系統(tǒng)進行持續(xù)的維護與升級，引入新功能或優(yōu)化現(xiàn)有功能，以適應(yīng)不斷變化的市場需求和技術(shù)進步。

1.3 系統(tǒng)功能總結(jié)

功能分類	具體功能描述
環(huán)境監(jiān)測	- 實時監(jiān)測冷藏區(qū)、保鮮區(qū)、冷凍區(qū)的溫度與濕度 - 分析檢測區(qū)域內(nèi)有害氣體及霉菌含量
數(shù)據(jù)展示	- OLED顯示屏實時顯示各區(qū)域溫濕度數(shù)據(jù)及系統(tǒng)狀態(tài) - 手機APP遠程查看冰箱監(jiān)測數(shù)據(jù)
遠程控制	- 通過手機APP遠程設(shè)置各區(qū)域理想溫度 - 開啟/關(guān)閉紫外線消毒燈進行消毒處理
智能調(diào)節(jié)	- 自動調(diào)節(jié)溫度，當實際溫度偏離設(shè)定值時啟動降溫處理
報警提示	- 溫度過高時，手機APP顯示紅色預(yù)警，冰箱本地蜂鳴器報警
云端互聯(lián)	- 通過ESP8266-WiFi模塊將數(shù)據(jù)上傳至華為云IoT平臺 - 實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)訪問與管理
電源與安全	- 穩(wěn)定的電源管理系統(tǒng)，220V轉(zhuǎn)5V直流供電 - 數(shù)據(jù)傳輸加密，保障用戶隱私安全
健康管理	- 定期紫外線消毒，減少細菌滋生，保障食品安全與健康
用戶交互	- Qt(C++)開發(fā)的手機APP，界面友好，操作便捷
系統(tǒng)兼容性	- 硬件模塊間高度兼容，支持后續(xù)擴展與升級

1.4 開發(fā)工具的選擇

【1】設(shè)備端開發(fā)

STM32的編程語言選擇C語言，C語言執(zhí)行效率高，大學(xué)里主學(xué)的C語言，C語言編譯出來的可執(zhí)行文件最接近于機器碼，匯編語言執(zhí)行效率最高，但是匯編的移植性比較差，目前在一些操作系統(tǒng)內(nèi)核里還有一些低配的單片機使用的較多，平常的單片機編程還是以C語言為主。C語言的執(zhí)行效率僅次于匯編，語法理解簡單、代碼通用性強，也支持跨平臺，在嵌入式底層、單片機編程里用的非常多，當前的設(shè)計就是采用C語言開發(fā)。

開發(fā)工具選擇Keil，keil是一家世界領(lǐng)先的嵌入式微控制器軟件開發(fā)商，在2015年，keil被ARM公司收購。因為當前芯片選擇的是STM32F103系列，STMF103是屬于ARM公司的芯片構(gòu)架、Cortex-M3內(nèi)核系列的芯片，所以使用Kile來開發(fā)STM32是有先天優(yōu)勢的，而keil在各大高校使用的也非常多，很多教科書里都是以keil來教學(xué)，開發(fā)51單片機、STM32單片機等等。目前作為MCU芯片開發(fā)的軟件也不只是keil一家獨大，IAR在MCU微處理器開發(fā)領(lǐng)域里也使用的非常多，IAR擴展性更強，也支持STM32開發(fā)，也支持其他芯片，比如：CC2530,51單片機的開發(fā)。從軟件的使用上來講，IAR比keil更加簡潔，功能相對少一些。如果之前使用過keil，而且使用頻率較多，已經(jīng)習(xí)慣再使用IAR是有點不適應(yīng)界面的。

【2】上位機開發(fā)

上位機的開發(fā)選擇Qt框架，編程語言采用C++；Qt是一個1991年由Qt Company開發(fā)的跨平臺C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架。它既可以開發(fā)GUI程序，也可用于開發(fā)非GUI程序，比如控制臺工具和服務(wù)器。Qt是面向?qū)ο蟮目蚣埽褂锰厥獾拇a生成擴展（稱為元對象編譯器(Meta Object Compiler, moc)）以及一些宏，Qt很容易擴展，并且允許真正地組件編程。Qt能輕松創(chuàng)建具有原生C++性能的連接設(shè)備、用戶界面（UI）和應(yīng)用程序。它功能強大且結(jié)構(gòu)緊湊，擁有直觀的工具和庫。

二、部署華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺

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

打開官網(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)平臺介紹

華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺（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)備進行遠程控制，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)平臺構(gòu)建一個完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案主要包括3部分：物聯(lián)網(wǎng)平臺、業(yè)務(wù)應(yīng)用和設(shè)備。

物聯(lián)網(wǎng)平臺作為連接業(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，實現(xiàn)設(shè)備的快速接入；同時提供強大的開放能力，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，并使用LWM2M/CoAP、MQTT、HTTPS協(xié)議將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上報到平臺，平臺也可以將控制命令下發(fā)給設(shè)備。

業(yè)務(wù)應(yīng)用通過調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)平臺提供的API，實現(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)場景。

2.2 開通物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)

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

點擊立即創(chuàng)建。

正在創(chuàng)建標準版實例，需要等待片刻。

創(chuàng)建完成之后，點擊實例名稱。 可以看到標準版實例的設(shè)備接入端口和地址。

在上面也能看到 免費單元的限制。

開通之后，點擊總覽，也能查看接入信息。 我們當前設(shè)備準備采用MQTT協(xié)議接入華為云平臺，這里可以看到MQTT協(xié)議的地址和端口號等信息。

總結(jié):

端口號：   MQTT (1883)| MQTTS (8883)	
接入地址：ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

**根據(jù)域名地址得到IP地址信息: **

打開Windows電腦的命令行控制臺終端，使用ping 命令。ping一下即可。

Microsoft Windows [版本 10.0.19045.4170]
(c) Microsoft Corporation。保留所有權(quán)利。

C:Users11266>ping ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

正在 Ping ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com [117.78.5.125] 具有 32 字節(jié)的數(shù)據(jù):
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時間=35ms TTL=93
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時間=36ms TTL=93
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時間=36ms TTL=93
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時間=39ms TTL=93

117.78.5.125 的 Ping 統(tǒng)計信息:
    數(shù)據(jù)包: 已發(fā)送 = 4，已接收 = 4，丟失 = 0 (0% 丟失)，
往返行程的估計時間(以毫秒為單位):
    最短 = 35ms，最長 = 39ms，平均 = 36ms

C:Users11266>

MQTT協(xié)議接入端口號有兩個，1883是非加密端口，8883是證書加密端口，單片機無法加載證書，所以使用1883端口比較合適。 接下來的ESP8266就采用1883端口連接華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺。

2.3 創(chuàng)建產(chǎn)品

（1）創(chuàng)建產(chǎn)品

（2）填寫產(chǎn)品信息

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

（3）產(chǎn)品創(chuàng)建成功

創(chuàng)建完成之后點擊查看詳情。

（4）添加自定義模型

產(chǎn)品創(chuàng)建完成之后，點擊進入產(chǎn)品詳情頁面，翻到最下面可以看到模型定義。

模型簡單來說： 就是存放設(shè)備上傳到云平臺的數(shù)據(jù)。

你可以根據(jù)自己的產(chǎn)品進行創(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寫命名即可。 這就是你的單片機設(shè)備端上傳到服務(wù)器的數(shù)據(jù)名字。

先點擊自定義模型。

再創(chuàng)建一個服務(wù)ID。

接著點擊新增屬性。

2.4 添加設(shè)備

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

（1）注冊設(shè)備

（2）根據(jù)自己的設(shè)備填寫

（3）保存設(shè)備信息

創(chuàng)建完畢之后，點擊保存并關(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

當前的設(shè)備是采用MQTT協(xié)議與華為云平臺進行通信。

MQTT是一個物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，它被設(shè)計用于輕量級的發(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是專門針對物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的輕量級傳輸協(xié)議。MQTT協(xié)議針對低帶寬網(wǎng)絡(luò)，低計算能力的設(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)用場景。目前MQTT擁有各種平臺和設(shè)備上的客戶端，已經(jīng)形成了初步的生態(tài)系統(tǒng)。

MQTT是一種消息隊列協(xié)議，使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發(fā)布，解除應(yīng)用程序耦合，相對于其他協(xié)議，開發(fā)更簡單；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MQTT協(xié)議使用限制

描述	限制
支持的MQTT協(xié)議版本	3.1.1
與標準MQTT協(xié)議的區(qū)別	支持Qos 0和Qos 1支持Topic自定義不支持QoS2不支持will、retain msg
MQTTS支持的安全等級	采用TCP通道基礎(chǔ) + TLS協(xié)議（最高TLSv1.3版本）
單帳號每秒最大MQTT連接請求數(shù)	無限制
單個設(shè)備每分鐘支持的最大MQTT連接數(shù)	1
單個MQTT連接每秒的吞吐量，即帶寬，包含直連設(shè)備和網(wǎng)關(guān)	3KB/s
MQTT單個發(fā)布消息最大長度，超過此大小的發(fā)布請求將被直接拒絕	1MB
MQTT連接心跳時間建議值	心跳時間限定為30至1200秒，推薦設(shè)置為120秒
產(chǎn)品是否支持自定義Topic	支持
消息發(fā)布與訂閱	設(shè)備只能對自己的Topic進行消息發(fā)布與訂閱
每個訂閱請求的最大訂閱數(shù)	無限制

（3）主題訂閱格式

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

對于設(shè)備而言，一般會訂閱平臺下發(fā)消息給設(shè)備 這個主題。

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

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

以當前設(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

對于設(shè)備來說，主題發(fā)布表示向云平臺上傳數(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。

這個操作稱為：屬性上報。

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， 當前設(shè)備發(fā)布主題，上報屬性的格式總結(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，需要上傳數(shù)據(jù)，這個數(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，一次可以上傳多個屬性字段。 這個JSON格式里的，服務(wù)ID，屬性字段名稱，屬性值類型，在前面創(chuàng)建產(chǎn)品的時候就已經(jīng)介紹了，不記得可以翻到前面去查看。

根據(jù)這個格式，組合一次上傳的屬性數(shù)據(jù):
{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"DHT11_T":30,"DHT11_H":10,"BH1750":1,"MQ135":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，就像我們平時登錄QQ，微信一樣要輸入賬號密碼才能登錄。MQTT協(xié)議登錄的這3個參數(shù)，一般稱為MQTT三元組。

接下來介紹，華為云平臺的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。但是單片機上使用比較困難，所以當前的設(shè)備是采用1883端口進連接的。

根據(jù)上面的域名和端口號，得到下面的IP地址和端口號信息： 如果設(shè)備支持填寫域名可以直接填域名，不支持就直接填寫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：1883

如何得到IP地址？如何域名轉(zhuǎn)IP？ 打開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

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

打開這個工具，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），點擊生成，就可以得到MQTT的登錄信息了。

下面是打開的頁面：

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MQTT協(xié)議登錄鑒權(quán)的時候，填入?yún)?shù)即可。

ClientId  663cb18871d845632a0912e7_dev1_0_0_2024050911
Username  663cb18871d845632a0912e7_dev1
Password  71b82deae83e80f04c4269b5bbce3b2fc7c13f610948fe210ce18650909ac237

2.7 模擬設(shè)備登錄測試

經(jīng)過上面的步驟介紹，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。 接下來就用MQTT客戶端軟件模擬真實的設(shè)備來登錄平臺。測試與服務(wù)器通信是否正常。

（1）填入登錄信息

打開MQTT客戶端軟件，對號填入相關(guān)信息（就是上面的文本介紹）。然后，點擊登錄，訂閱主題，發(fā)布主題。

（2）打開網(wǎng)頁查看

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

點擊詳情頁面，可以看到上傳的數(shù)據(jù)：

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

（3）MQTT登錄測試參數(shù)總結(jié)

MQTT服務(wù)器:  117.78.5.125
MQTT端口號:  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":{"DHT11_T":30,"DHT11_H":10,"BH1750":1,"MQ135":0}}]}

2.8 創(chuàng)建IAM賬戶

創(chuàng)建一個IAM賬戶，因為接下來開發(fā)上位機，需要使用云平臺的API接口，這些接口都需要token進行鑒權(quán)。簡單來說，就是身份的認證。 調(diào)用接口獲取Token時，就需要填寫IAM賬號信息。所以，接下來演示一下過程。

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

**【1】獲取項目憑證 ** 點擊左上角用戶名，選擇下拉菜單里的我的憑證

項目憑證:

28add376c01e4a61ac8b621c714bf459

【2】創(chuàng)建IAM用戶

鼠標放在左上角頭像上，在下拉菜單里選擇統(tǒng)一身份認證。

點擊左上角創(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)備影子是一個用于存儲和檢索設(shè)備當前狀態(tài)信息的JSON文檔。
每個設(shè)備有且只有一個設(shè)備影子，由設(shè)備ID唯一標識
設(shè)備影子僅保存最近一次設(shè)備的上報數(shù)據(jù)和預(yù)期數(shù)據(jù)
無論該設(shè)備是否在線，都可以通過該影子獲取和設(shè)置設(shè)備的屬性

簡單來說：設(shè)備影子就是保存，設(shè)備最新上傳的一次數(shù)據(jù)。

我們設(shè)計的軟件里，如果想要獲取設(shè)備的最新狀態(tài)信息，就采用設(shè)備影子接口。

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

在線調(diào)試接口，可以請求影子接口，了解請求，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，可以得到訪問影子數(shù)據(jù)的真實鏈接，接下來的代碼開發(fā)中，就采用Qt寫代碼訪問此鏈接，獲取影子數(shù)據(jù)，完成上位機開發(fā)。

鏈接如下：

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

三、STM32設(shè)備端代碼設(shè)計

3.1 RTC時鐘配置代碼

#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "rtc.h" 	
#include "calendar.h"	    
   
//實時時鐘配置
//初始化RTC時鐘,同時檢測時鐘是否工作正常
//BKP->DR1用于保存是否第一次配置的設(shè)置
//返回0:正常
//其他:錯誤代碼
u8 RTC_Init(void)
{
	//檢查是不是第一次配置時鐘
	u8 temp=0;
	if(BKP->DR1!=0X5050)//第一次配置
	{	 
	  	RCC->APB1ENR|=1<<28;     //使能電源時鐘	    
		RCC->APB1ENR|=1<<27;     //使能備份時鐘	    
		PWR->CR|=1<<8;           //取消備份區(qū)寫保護
		RCC->BDCR|=1<<16;        //備份區(qū)域軟復(fù)位	   
		RCC->BDCR&=~(1<<16);     //備份區(qū)域軟復(fù)位結(jié)束	  	 
	    RCC->BDCR|=1<<0;         //開啟外部低速振蕩器 
	    while((!(RCC->BDCR&0X02))&&temp<250)//等待外部時鐘就緒	 
		{
			temp++;
			delay_ms(10);
		};
		if(temp>=250)return 1;//初始化時鐘失敗,晶振有問題	   
		RCC->BDCR|=1<<8; //LSI作為RTC時鐘 	    
		RCC->BDCR|=1<<15;//RTC時鐘使能	  
	  	while(!(RTC->CRL&(1<<5)));//等待RTC寄存器操作完成	 
    	while(!(RTC->CRL&(1<<3)));//等待RTC寄存器同步  
    	RTC->CRH|=0X01;  		  //允許秒中斷
    	RTC->CRH|=0X02;  		  //允許鬧鐘中斷
    	while(!(RTC->CRL&(1<<5)));//等待RTC寄存器操作完成	 
		RTC->CRL|=1<<4;           //允許配置	 
		RTC->PRLH=0X0000;
		RTC->PRLL=32767;          //時鐘周期設(shè)置(有待觀察,看是否跑慢了?)理論值：32767	
		RTC_Set(2015,1,14,17,42,55); //設(shè)置時間	  
		RTC->CRL&=~(1<<4);           //配置更新
		while(!(RTC->CRL&(1<<5)));   //等待RTC寄存器操作完成		 									  
		BKP->DR1=0X5050;  
	 	printf("FIRST TIMEn");
	}else//系統(tǒng)繼續(xù)計時
	{
    	while(!(RTC->CRL&(1<<3)));//等待RTC寄存器同步  
    	RTC->CRH|=0X01;  		  //允許秒中斷
    	while(!(RTC->CRL&(1<<5)));//等待RTC寄存器操作完成
		printf("OKn");
	}		    				  
	MY_NVIC_Init(0,0,RTC_IRQn,2);//優(yōu)先級設(shè)置    
	RTC_Get();//更新時間 
	return 0; //ok
}		 				    
//RTC時鐘中斷
//每秒觸發(fā)一次  	 
void RTC_IRQHandler(void)
{	
	OSIntEnter();    			 
	if(RTC->CRL&0x0001)			//秒鐘中斷
	{							
		RTC_Get();				//更新時間   
		//printf("sec:%drn",calendar.sec);
 	}
	if(RTC->CRL&0x0002)			//鬧鐘中斷
	{
		RTC->CRL&=~(0x0002);	//清鬧鐘中斷	  
		RTC_Get();				//更新時間   
  		printf("Alarm Time:%d-%d-%d %d:%d:%dn",calendar.w_year,calendar.w_month,calendar.w_date,calendar.hour,calendar.min,calendar.sec);//輸出鬧鈴時間	   
		alarm.ringsta|=1<<7;	//開啟鬧鈴
	} 				  								 
    RTC->CRL&=0X0FFA;         	//清除溢出，秒鐘中斷標志
	while(!(RTC->CRL&(1<<5)));	//等待RTC寄存器操作完成	  							 
	OSIntExit();  	    						 	   	 
}
//判斷是否是閏年函數(shù)
//月份   1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 11 12
//閏年   31 29 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
//非閏年 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
//year:年份
//返回值:該年份是不是閏年.1,是.0,不是
u8 Is_Leap_Year(u16 year)
{			  
	if(year%4==0) //必須能被4整除
	{ 
		if(year%100==0) 
		{ 
			if(year%400==0)return 1;//如果以00結(jié)尾,還要能被400整除 	   
			else return 0;   
		}else return 1;   
	}else return 0;	
}	 			   
//設(shè)置時鐘
//把輸入的時鐘轉(zhuǎn)換為秒鐘
//以1970年1月1日為基準
//1970~2099年為合法年份
//返回值:0,成功;其他:錯誤代碼.
//月份數(shù)據(jù)表											 
u8 const table_week[12]={0,3,3,6,1,4,6,2,5,0,3,5}; //月修正數(shù)據(jù)表	  
//平年的月份日期表
const u8 mon_table[12]={31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};
//syear,smon,sday,hour,min,sec：年月日時分秒
//返回值：設(shè)置結(jié)果。0，成功；1，失敗。
u8 RTC_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec)
{
	u16 t;
	u32 seccount=0;
	if(syear<1970||syear>2099)return 1;	   
	for(t=1970;t<syear;t++)	//把所有年份的秒鐘相加
	{
		if(Is_Leap_Year(t))seccount+=31622400;//閏年的秒鐘數(shù)
		else seccount+=31536000;			  //平年的秒鐘數(shù)
	}
	smon-=1;
	for(t=0;t<smon;t++)	   //把前面月份的秒鐘數(shù)相加
	{
		seccount+=(u32)mon_table[t]*86400;//月份秒鐘數(shù)相加
		if(Is_Leap_Year(syear)&&t==1)seccount+=86400;//閏年2月份增加一天的秒鐘數(shù)	   
	}
	seccount+=(u32)(sday-1)*86400;//把前面日期的秒鐘數(shù)相加 
	seccount+=(u32)hour*3600;//小時秒鐘數(shù)
    seccount+=(u32)min*60;	 //分鐘秒鐘數(shù)
	seccount+=sec;//最后的秒鐘加上去
													    
	//設(shè)置時鐘
    RCC->APB1ENR|=1<<28;//使能電源時鐘
    RCC->APB1ENR|=1<<27;//使能備份時鐘
	PWR->CR|=1<<8;    //取消備份區(qū)寫保護
	//上面三步是必須的!
	RTC->CRL|=1<<4;   //允許配置 
	RTC->CNTL=seccount&0xffff;
	RTC->CNTH=seccount>>16;
	RTC->CRL&=~(1<<4);//配置更新
	while(!(RTC->CRL&(1<<5)));//等待RTC寄存器操作完成 
	RTC_Get();//設(shè)置完之后更新一下數(shù)據(jù) 	
	return 0;	    
}
//初始化鬧鐘		  
//以1970年1月1日為基準
//1970~2099年為合法年份
//syear,smon,sday,hour,min,sec：鬧鐘的年月日時分秒   
//返回值:0,成功;其他:錯誤代碼.
u8 RTC_Alarm_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec)
{
	u16 t;
	u32 seccount=0;
	if(syear<1970||syear>2099)return 1;	   
	for(t=1970;t<syear;t++)	//把所有年份的秒鐘相加
	{
		if(Is_Leap_Year(t))seccount+=31622400;//閏年的秒鐘數(shù)
		else seccount+=31536000;			  //平年的秒鐘數(shù)
	}
	smon-=1;
	for(t=0;t<smon;t++)	   //把前面月份的秒鐘數(shù)相加
	{
		seccount+=(u32)mon_table[t]*86400;//月份秒鐘數(shù)相加
		if(Is_Leap_Year(syear)&&t==1)seccount+=86400;//閏年2月份增加一天的秒鐘數(shù)	   
	}
	seccount+=(u32)(sday-1)*86400;//把前面日期的秒鐘數(shù)相加 
	seccount+=(u32)hour*3600;//小時秒鐘數(shù)
    seccount+=(u32)min*60;	 //分鐘秒鐘數(shù)
	seccount+=sec;//最后的秒鐘加上去 			    
	//設(shè)置時鐘
    RCC->APB1ENR|=1<<28;//使能電源時鐘
    RCC->APB1ENR|=1<<27;//使能備份時鐘
	PWR->CR|=1<<8;    //取消備份區(qū)寫保護
	//上面三步是必須的!
	RTC->CRL|=1<<4;   //允許配置 
	RTC->ALRL=seccount&0xffff;
	RTC->ALRH=seccount>>16;
	RTC->CRL&=~(1<<4);//配置更新
	while(!(RTC->CRL&(1<<5)));//等待RTC寄存器操作完成  
	return 0;	    
}
//得到當前的時間，結(jié)果保存在calendar結(jié)構(gòu)體里面
//返回值:0,成功;其他:錯誤代碼.
u8 RTC_Get(void)
{
	static u16 daycnt=0;
	u32 timecount=0; 
	u32 temp=0;
	u16 temp1=0;	  
 	timecount=RTC->CNTH;//得到計數(shù)器中的值(秒鐘數(shù))
	timecount<<=16;
	timecount+=RTC->CNTL;			 

 	temp=timecount/86400;   //得到天數(shù)(秒鐘數(shù)對應(yīng)的)
	if(daycnt!=temp)//超過一天了
	{	  
		daycnt=temp;
		temp1=1970;	//從1970年開始
		while(temp>=365)
		{				 
			if(Is_Leap_Year(temp1))//是閏年
			{
				if(temp>=366)temp-=366;//閏年的秒鐘數(shù)
				else break;  
			}
			else temp-=365;	  //平年 
			temp1++;  
		}   
		calendar.w_year=temp1;//得到年份
		temp1=0;
		while(temp>=28)//超過了一個月
		{
			if(Is_Leap_Year(calendar.w_year)&&temp1==1)//當年是不是閏年/2月份
			{
				if(temp>=29)temp-=29;//閏年的秒鐘數(shù)
				else break; 
			}
			else 
			{
				if(temp>=mon_table[temp1])temp-=mon_table[temp1];//平年
				else break;
			}
			temp1++;  
		}
		calendar.w_month=temp1+1;	//得到月份
		calendar.w_date=temp+1;  	//得到日期 
	}
	temp=timecount%86400;     		//得到秒鐘數(shù)   	   
	calendar.hour=temp/3600;     	//小時
	calendar.min=(temp%3600)/60; 	//分鐘	
	calendar.sec=(temp%3600)%60; 	//秒鐘
	calendar.week=RTC_Get_Week(calendar.w_year,calendar.w_month,calendar.w_date);//獲取星期   
	return 0;
}	 
//獲得現(xiàn)在是星期幾
//功能描述:輸入公歷日期得到星期(只允許1901-2099年)
//year,month,day：公歷年月日 
//返回值：星期號																						 
u8 RTC_Get_Week(u16 year,u8 month,u8 day)
{	
	u16 temp2;
	u8 yearH,yearL;
	
	yearH=year/100;	yearL=year%100; 
	// 如果為21世紀,年份數(shù)加100  
	if (yearH>19)yearL+=100;
	// 所過閏年數(shù)只算1900年之后的  
	temp2=yearL+yearL/4;
	temp2=temp2%7; 
	temp2=temp2+day+table_week[month-1];
	if (yearL%4==0&&month<3)temp2--;
	return(temp2%7);
}			  

3.2 SPI協(xié)議封裝

#include "spi.h"

//以下是SPI模塊的初始化代碼，配置成主機模式，訪問W25Q128/NRF24L01
//SPI口初始化
//這里針是對SPI2的初始化
void SPI2_Init(void)
{	 
	RCC->APB2ENR|=1<<3;  	//PORTB時鐘使能 	 
	RCC->APB1ENR|=1<<14;   	//SPI2時鐘使能 
	//這里只針對SPI口初始化
	GPIOB->CRH&=0X000FFFFF; 
	GPIOB->CRH|=0XBBB00000;	//PB13/14/15復(fù)用 	    
	GPIOB->ODR|=0X7<<13;   	//PB13/14/15上拉
	SPI2->CR1|=0<<10;		//全雙工模式	
	SPI2->CR1|=1<<9; 		//軟件nss管理
	SPI2->CR1|=1<<8;  

	SPI2->CR1|=1<<2; 		//SPI主機
	SPI2->CR1|=0<<11;		//8bit數(shù)據(jù)格式	
	SPI2->CR1|=1<<1; 		//空閑模式下SCK為1 CPOL=1
	SPI2->CR1|=1<<0; 		//數(shù)據(jù)采樣從第二個時間邊沿開始,CPHA=1  
	//對SPI2屬于APB1的外設(shè).時鐘頻率最大為36M.
	SPI2->CR1|=3<<3; 		//Fsck=Fpclk1/256
	SPI2->CR1|=0<<7; 		//MSBfirst   
	SPI2->CR1|=1<<6; 		//SPI設(shè)備使能
	SPI2_ReadWriteByte(0xff);//啟動傳輸		 
}  
//SPI2速度設(shè)置函數(shù)
//SpeedSet:0~7
//SPI速度=fAPB1/2^(SpeedSet+1)
//APB1時鐘一般為36Mhz
void SPI2_SetSpeed(u8 SpeedSet)
{
	SpeedSet&=0X07;			//限制范圍
	SPI2->CR1&=0XFFC7; 
	SPI2->CR1|=SpeedSet<<3;	//設(shè)置SPI2速度  
	SPI2->CR1|=1<<6; 		//SPI設(shè)備使能	  
} 
//SPI2 讀寫一個字節(jié)
//TxData:要寫入的字節(jié)
//返回值:讀取到的字節(jié)
u8 SPI2_ReadWriteByte(u8 TxData)
{		
	u16 retry=0;				 
	while((SPI2->SR&1<<1)==0)		//等待發(fā)送區(qū)空	
	{
		retry++;
		if(retry>=0XFFFE)return 0; 	//超時退出
	}			  
	SPI2->DR=TxData;	 	  		//發(fā)送一個byte 
	retry=0;
	while((SPI2->SR&1<<0)==0) 		//等待接收完一個byte  
	{
		retry++;
		if(retry>=0XFFFE)return 0;	//超時退出
	}	  						    
	return SPI2->DR;          		//返回收到的數(shù)據(jù)				    
}
//SPI1初始化
void SPI1_Init(void)
{	    
	RCC->APB2ENR|=1<<2;     //PORTA時鐘使能 	 
	RCC->APB2ENR|=1<<12;    //SPI1時鐘使能 
		   
	//這里只針對SPI口初始化
	GPIOA->CRL&=0X000FFFFF; 
	GPIOA->CRL|=0XBBB00000;	//PA5.6.7復(fù)用 	    
	GPIOA->ODR|=0X7<<5;    	//PA5.6.7上拉
		
	SPI1->CR1|=0<<10;//全雙工模式	
	SPI1->CR1|=1<<9; //軟件nss管理
	SPI1->CR1|=1<<8;  

	SPI1->CR1|=1<<2; //SPI主機
	SPI1->CR1|=0<<11;//8bit數(shù)據(jù)格式	
	SPI1->CR1|=1<<1; //CPOL=0時空閑模式下SCK為1  CPOL=1
	SPI1->CR1|=1<<0; //數(shù)據(jù)采樣從第二個時間邊沿開始,CPHA=1  
	  
	SPI1->CR1|=7<<3; //Fsck=Fcpu/256
	SPI1->CR1|=0<<7; //MSBfirst   
	SPI1->CR1|=1<<6; //SPI設(shè)備使能
 	SPI1_ReadWriteByte(0xff);//啟動傳輸	 
} 
//SPI1 速度設(shè)置函數(shù)
//SpeedSet:0~7
//SPI速度=fAPB2/2^(SpeedSet+1)
//APB2時鐘一般為72Mhz
void SPI1_SetSpeed(u8 SpeedSet)
{
	SpeedSet&=0X07;			//限制范圍
	SPI1->CR1&=0XFFC7; 
	SPI1->CR1|=SpeedSet<<3;	//設(shè)置SPI1速度  
	SPI1->CR1|=1<<6; 		//SPI設(shè)備使能	   
} 
//SPIx 讀寫一個字節(jié)
//TxData:要寫入的字節(jié)
//返回值:讀取到的字節(jié)
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData)
{				   			 
	while((SPI1->SR&1<<1)==0);//等待發(fā)送區(qū)空  
	SPI1->DR=TxData;	 	  //發(fā)送一個byte 	   
	while((SPI1->SR&1<<0)==0); //等待接收完一個byte   			    
	return SPI1->DR;          //返回收到的數(shù)據(jù)				    
}

3.3 IIC協(xié)議封裝

#include "myiic.h"
#include "delay.h"

//初始化IIC
void IIC_Init(void)
{					     
 	RCC->APB2ENR|=1<<3;		//先使能外設(shè)IO PORTB時鐘 							 
	GPIOB->CRL&=0X00FFFFFF;	//PB6/7 推挽輸出
	GPIOB->CRL|=0X33000000;	   
	GPIOB->ODR|=3<<6;     	//PB6,7 輸出高
}
//產(chǎn)生IIC起始信號
void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();     //sda線輸出
	IIC_SDA=1;	  	  
	IIC_SCL=1;
	delay_us(4);
 	IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	delay_us(4);
	IIC_SCL=0;//鉗住I2C總線，準備發(fā)送或接收數(shù)據(jù) 
}	  
//產(chǎn)生IIC停止信號
void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();//sda線輸出
	IIC_SCL=0;
	IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
 	delay_us(4);
	IIC_SCL=1; 
	IIC_SDA=1;//發(fā)送I2C總線結(jié)束信號
	delay_us(4);							   	
}
//等待應(yīng)答信號到來
//返回值：1，接收應(yīng)答失敗
//        0，接收應(yīng)答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0;
	SDA_IN();      //SDA設(shè)置為輸入  
	IIC_SDA=1;delay_us(1);	   
	IIC_SCL=1;delay_us(1);	 
	while(READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	IIC_SCL=0;//時鐘輸出0 	   
	return 0;  
} 
//產(chǎn)生ACK應(yīng)答
void IIC_Ack(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=0;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}
//不產(chǎn)生ACK應(yīng)答		    
void IIC_NAck(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}					 				     
//IIC發(fā)送一個字節(jié)
//返回從機有無應(yīng)答
//1，有應(yīng)答
//0，無應(yīng)答			  
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
	SDA_OUT(); 	    
    IIC_SCL=0;//拉低時鐘開始數(shù)據(jù)傳輸
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
        IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
        txd<<=1; 	  
		delay_us(2);   //對TEA5767這三個延時都是必須的
		IIC_SCL=1;
		delay_us(2); 
		IIC_SCL=0;	
		delay_us(2);
    }	 
} 	    
//讀1個字節(jié)，ack=1時，發(fā)送ACK，ack=0，發(fā)送nACK   
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();//SDA設(shè)置為輸入
    for(i=0;i<8;i++ )
	{
        IIC_SCL=0; 
        delay_us(2);
		IIC_SCL=1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
		delay_us(1); 
    }					 
    if (!ack)
        IIC_NAck();//發(fā)送nACK
    else
        IIC_Ack(); //發(fā)送ACK   
    return receive;
}

3.4 ADC代碼封裝

#include "adc.h"
#include "delay.h"					   
	
//初始化ADC1
//這里我們僅以規(guī)則通道為例
//我們默認僅開啟通道1																	   
void  Adc_Init(void)
{    
	//先初始化IO口
 	RCC->APB2ENR|=1<<2;    //使能PORTA口時鐘 
	GPIOA->CRL&=0XFFFFFF0F;//PA1 anolog輸入 
	RCC->APB2ENR|=1<<9;    //ADC1時鐘使能	  
	RCC->APB2RSTR|=1<<9;   //ADC1復(fù)位
	RCC->APB2RSTR&=~(1<<9);//復(fù)位結(jié)束	    
	RCC->CFGR&=~(3<<14);   //分頻因子清零	
	//SYSCLK/DIV2=12M ADC時鐘設(shè)置為12M,ADC最大時鐘不能超過14M!
	//否則將導(dǎo)致ADC準確度下降! 
	RCC->CFGR|=2<<14;      	 
	ADC1->CR1&=0XF0FFFF;   //工作模式清零
	ADC1->CR1|=0<<16;      //獨立工作模式  
	ADC1->CR1&=~(1<<8);    //非掃描模式	  
	ADC1->CR2&=~(1<<1);    //單次轉(zhuǎn)換模式
	ADC1->CR2&=~(7<<17);	   
	ADC1->CR2|=7<<17;	   //軟件控制轉(zhuǎn)換  
	ADC1->CR2|=1<<20;      //使用用外部觸發(fā)(SWSTART)!!!	必須使用一個事件來觸發(fā)
	ADC1->CR2&=~(1<<11);   //右對齊	 
	
	ADC1->CR2|=1<<23;      //使能溫度傳感器

	ADC1->SQR1&=~(0XF<<20);
	ADC1->SQR1|=0<<20;     //1個轉(zhuǎn)換在規(guī)則序列中 也就是只轉(zhuǎn)換規(guī)則序列1 			   
	//設(shè)置通道1的采樣時間
	ADC1->SMPR2&=~(3*1);   //通道1采樣時間清空	  
 	ADC1->SMPR2|=7<<(3*1); //通道1  239.5周期,提高采樣時間可以提高精確度	 

	ADC1->SMPR1&=~(7<<3*6);//清除通道16原來的設(shè)置	 
	ADC1->SMPR1|=7<<(3*6); //通道16  239.5周期,提高采樣時間可以提高精確度	 

	ADC1->CR2|=1<<0;	   //開啟AD轉(zhuǎn)換器	 
	ADC1->CR2|=1<<3;       //使能復(fù)位校準  
	while(ADC1->CR2&1<<3); //等待校準結(jié)束 			 
    //該位由軟件設(shè)置并由硬件清除。在校準寄存器被初始化后該位將被清除。 		 
	ADC1->CR2|=1<<2;        //開啟AD校準	   
	while(ADC1->CR2&1<<2);  //等待校準結(jié)束
	//該位由軟件設(shè)置以開始校準，并在校準結(jié)束時由硬件清除  
}				  
//獲得ADC1某個通道的值
//ch:通道值 0~16
//返回值:轉(zhuǎn)換結(jié)果
u16 Get_Adc(u8 ch)   
{
	//設(shè)置轉(zhuǎn)換序列	  		 
	ADC1->SQR3&=0XFFFFFFE0;//規(guī)則序列1 通道ch
	ADC1->SQR3|=ch;		  			    
	ADC1->CR2|=1<<22;       //啟動規(guī)則轉(zhuǎn)換通道 
	while(!(ADC1->SR&1<<1));//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束	 	   
	return ADC1->DR;		//返回adc值	
}
//獲取通道ch的轉(zhuǎn)換值，取times次,然后平均 
//ch:通道編號
//times:獲取次數(shù)
//返回值:通道ch的times次轉(zhuǎn)換結(jié)果平均值
u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
{
	u32 temp_val=0;
	u8 t;
	for(t=0;t<times;t++)
	{
		temp_val+=Get_Adc(ch);
		delay_ms(5);
	}
	return temp_val/times;
} 
//得到溫度值
//返回值:溫度值(擴大了100倍,單位:℃.)
short Get_Temprate(void)
{
	u32 adcx;
	short result;
 	double temperate;
	adcx=Get_Adc_Average(ADC_CH_TEMP,20);	//讀取通道16,20次取平均
	temperate=(float)adcx*(3.3/4096);		//電壓值 
	temperate=(1.43-temperate)/0.0043+25;	//轉(zhuǎn)換為溫度值 	 
	result=temperate*=100;					//擴大100倍.
	return result;
} 
//初始化ADC3
//這里我們僅以規(guī)則通道為例
//我們默認僅開啟通道6																	   
void  Adc3_Init(void)
{      
	RCC->APB2ENR|=1<<15;   //ADC3時鐘使能	  
	RCC->APB2RSTR|=1<<15;   //ADC復(fù)位
	RCC->APB2RSTR&=~(1<<15);//復(fù)位結(jié)束	    
	RCC->CFGR&=~(3<<14);   //分頻因子清零	 
	//SYSCLK/DIV2=12M ADC時鐘設(shè)置為12M,ADC最大時鐘不能超過14M!
	//否則將導(dǎo)致ADC準確度下降! 
	RCC->CFGR|=2<<14;      	 
	ADC3->CR1&=0XF0FFFF;   //工作模式清零
	ADC3->CR1|=0<<16;      //獨立工作模式  
	ADC3->CR1&=~(1<<8);    //非掃描模式	  
	ADC3->CR2&=~(1<<1);    //單次轉(zhuǎn)換模式
	ADC3->CR2&=~(7<<17);	   
	ADC3->CR2|=7<<17;	   //軟件控制轉(zhuǎn)換  
	ADC3->CR2|=1<<20;      //使用用外部觸發(fā)(SWSTART)!!!	必須使用一個事件來觸發(fā)
	ADC3->CR2&=~(1<<11);   //右對齊	   
	ADC3->SQR1&=~(0XF<<20);
	ADC3->SQR1|=0<<20;     //1個轉(zhuǎn)換在規(guī)則序列中 也就是只轉(zhuǎn)換規(guī)則序列1 			   
	//設(shè)置通道1的采樣時間
	ADC3->SMPR2&=~(7<<(3*6));//通道6采樣時間清空	  
 	ADC3->SMPR2|=7<<(3*6); //通道6  239.5個周期,提高采樣時間可以提高精確度	

	ADC3->CR2|=1<<0;	   //開啟AD轉(zhuǎn)換器	 
	ADC3->CR2|=1<<3;       //使能復(fù)位校準  
	while(ADC1->CR2&1<<3); //等待校準結(jié)束 			 
    //該位由軟件設(shè)置并由硬件清除。在校準寄存器被初始化后該位將被清除。 		 
	ADC3->CR2|=1<<2;        //開啟AD校準	   
	while(ADC3->CR2&1<<2);  //等待校準結(jié)束
	//該位由軟件設(shè)置以開始校準，并在校準結(jié)束時由硬件清除  
}		 
//獲得ADC3某個通道的值
//ch:通道值 0~16
//返回值:轉(zhuǎn)換結(jié)果
u16 Get_Adc3(u8 ch)   
{
	//設(shè)置轉(zhuǎn)換序列	  		 
	ADC3->SQR3&=0XFFFFFFE0;//規(guī)則序列1 通道ch
	ADC3->SQR3|=ch;		  			    
	ADC3->CR2|=1<<22;       //啟動規(guī)則轉(zhuǎn)換通道 
	while(!(ADC3->SR&1<<1));//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束	 	   
	return ADC3->DR;		//返回adc值	
} 

3.5 串口配置代碼

#include "sys.h"
#include "usart3.h"	  
#include "stdarg.h"	 	 
#include "stdio.h"	 	 
#include "string.h"
#include "timer.h"
#include "ucos_ii.h"
#include "malloc.h"


//串口接收緩存區(qū) 	
u8 USART3_RX_BUF[USART3_MAX_RECV_LEN]; 				//接收緩沖,最大USART3_MAX_RECV_LEN個字節(jié).


//通過判斷接收連續(xù)2個字符之間的時間差不大于10ms來決定是不是一次連續(xù)的數(shù)據(jù).
//如果2個字符接收間隔超過10ms,則認為不是1次連續(xù)數(shù)據(jù).也就是超過10ms沒有接收到
//任何數(shù)據(jù),則表示此次接收完畢.
//接收到的數(shù)據(jù)狀態(tài)
//[15]:0,沒有接收到數(shù)據(jù);1,接收到了一批數(shù)據(jù).
//[14:0]:接收到的數(shù)據(jù)長度
vu16 USART3_RX_STA=0;   	 
void USART3_IRQHandler(void)
{
	u8 res;	    
	OSIntEnter();    
	if(USART3->SR&(1<<5))//接收到數(shù)據(jù)
	{	 
		res=USART3->DR; 			 
		if((USART3_RX_STA&(1<<15))==0)//接收完的一批數(shù)據(jù),還沒有被處理,則不再接收其他數(shù)據(jù)
		{ 
			if(USART3_RX_STA<USART3_MAX_RECV_LEN)	//還可以接收數(shù)據(jù)
			{
				TIM7->CNT=0;         				//計數(shù)器清空
				if(USART3_RX_STA==0) 				//使能定時器7的中斷 
				{
					TIM7->CR1|=1<<0;     			//使能定時器7
				}
				USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA++]=res;	//記錄接收到的值	 
			}else 
			{
				USART3_RX_STA|=1<<15;				//強制標記接收完成
			} 
		}
	}  											 
	OSIntExit();  											 
}   
//初始化IO 串口3
//pclk1:PCLK1時鐘頻率(Mhz)
//bound:波特率 
void usart3_init(u32 pclk1,u32 bound)
{  	 
	RCC->APB2ENR|=1<<3;   	//使能PORTB口時鐘  
 	GPIOB->CRH&=0XFFFF00FF;	//IO狀態(tài)設(shè)置
	GPIOB->CRH|=0X00008B00;	//IO狀態(tài)設(shè)置 
	
	RCC->APB1ENR|=1<<18;  	//使能串口時鐘 	 
	RCC->APB1RSTR|=1<<18;   //復(fù)位串口3
	RCC->APB1RSTR&=~(1<<18);//停止復(fù)位	
	//波特率設(shè)置
 	USART3->BRR=(pclk1*1000000)/(bound);// 波特率設(shè)置	 
	USART3->CR1|=0X200C;  	//1位停止,無校驗位.
	//使能接收中斷 
	USART3->CR1|=1<<5;    	//接收緩沖區(qū)非空中斷使能	    	
	MY_NVIC_Init(0,1,USART3_IRQn,2);//組2
	TIM7_Int_Init(99,7199);	//10ms中斷
	TIM7->CR1&=~(1<<0);		//關(guān)閉定時器7
	USART3_RX_STA=0;		//清零
}

//串口3,printf 函數(shù)
//確保一次發(fā)送數(shù)據(jù)不超過USART3_MAX_SEND_LEN字節(jié)
void u3_printf(char* fmt,...)  
{  
	u16 i,j;
	u8 *pbuf;
	va_list ap;
	pbuf=mymalloc(SRAMIN,USART3_MAX_SEND_LEN);	//申請內(nèi)存
	if(!pbuf)									//內(nèi)存申請失敗
	{
		printf("u3 malloc errorrn");
		return ;
	}
	va_start(ap,fmt);
	vsprintf((char*)pbuf,fmt,ap);
	va_end(ap);
	i=strlen((const char*)pbuf);				//此次發(fā)送數(shù)據(jù)的長度
	for(j=0;j<i;j++)							//循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)
	{
		while((USART3->SR&0X40)==0);			//循環(huán)發(fā)送,直到發(fā)送完畢   
		USART3->DR=pbuf[j];  
	}
	myfree(SRAMIN,pbuf);						//釋放內(nèi)存
}

四、上位機開發(fā)

為了方便查看設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)，接下來利用Qt開發(fā)一款A(yù)ndroid手機APP 和 Windows上位機。

使用華為云平臺提供的API接口獲取設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)，進行可視化顯示，以及遠程控制設(shè)備。

4.1 Qt開發(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

打開下載鏈接后選擇下面的版本進行下載：

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

軟件安裝時斷網(wǎng)安裝，否則會提示輸入賬戶。

安裝的時候，第一個復(fù)選框里勾選一個mingw 32編譯器即可，其他的不管默認就行，直接點擊下一步繼續(xù)安裝。

選擇MinGW 32-bit 編譯器： （一定要看清楚了）

說明： 我這里只是介紹PC端，也就是Windows系統(tǒng)下的Qt環(huán)境搭建。 Android的開發(fā)環(huán)境比較麻煩，如果想學(xué)習(xí)Android開發(fā)，想編譯Android程序的APP，需要自己去搭建Android環(huán)境。

也可以看下面這篇文章，不過這個文章是在Qt開發(fā)專欄里付費的，需要訂閱專欄才可以看。 如果不想付費看，也可以自行找其他教程，自己搭建好必須的環(huán)境就行了

Android環(huán)境搭建的博客鏈接： https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/117254453

4.2 新建上位機工程

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

【1】新建工程

【2】設(shè)置項目的名稱。

【3】選擇編譯系統(tǒng)

【4】選擇默認繼承的類

【5】選擇編譯器

【6】點擊完成

【7】工程創(chuàng)建完成

4.3 設(shè)計UI界面與工程配置

【1】打開UI文件

打開默認的界面如下：

【2】開始設(shè)計界面

根據(jù)自己需求設(shè)計界面。

4.5 編譯Windows上位機

點擊軟件左下角的綠色三角形按鈕進行編譯運行。

編譯之后的效果：

4.6 配置Android環(huán)境

如果想編譯Android手機APP，必須要先自己配置好自己的Android環(huán)境。（搭建環(huán)境的過程可以自行百度搜索學(xué)習(xí)）

然后才可以進行下面的步驟。

【1】選擇Android編譯器

【2】創(chuàng)建Android配置文件

創(chuàng)建完成。

【3】配置Android圖標與名稱

【3】編譯Android上位機

Qt本身是跨平臺的，直接選擇Android的編譯器，就可以將程序編譯到Android平臺。

然后點擊構(gòu)建。

成功之后，在目錄下可以看到生成的apk文件，也就是Android手機的安裝包，電腦端使用QQ發(fā)送給手機QQ,手機登錄QQ接收，就能直接安裝。

生成的apk的目錄在哪里呢？ 編譯完成之后，在控制臺會輸出APK文件的路徑。

知道目錄在哪里之后，在Windows的文件資源管理器里，找到路徑，具體看下圖，找到生成的apk文件。

D:/linux-share-dir/QT/build-app_Huawei_Eco_tracking-Android_for_arm64_v8a_Clang_Qt_5_12_6_for_Android_ARM64_v8a-Release/android-build//build/outputs/apk/debug/android-build-debug.apk

五、總結(jié)

本項目設(shè)計的智能冰箱系統(tǒng)，集成了物聯(lián)網(wǎng)與智能控制技術(shù)，為用戶提供一個高效、健康、互動性強的智能家居體驗。

總結(jié)其核心功能如下：

（1）智能環(huán)境監(jiān)測與調(diào)節(jié)：系統(tǒng)通過部署在不同區(qū)域的溫濕度傳感器與有害氣體分析裝置，實時監(jiān)測冷藏、保鮮、冷凍區(qū)的環(huán)境狀態(tài)，確保食物處于最適宜的保存條件下。當檢測到異常狀況，如溫度偏高，系統(tǒng)能自動觸發(fā)制冷機制，并通過手機APP推送紅色預(yù)警，同時冰箱內(nèi)置的蜂鳴器也會報警，實現(xiàn)多維度提醒。

（2）遠程控制與數(shù)據(jù)可視化：借助華為云IoT平臺，用戶可以通過定制的Qt(C++)手機APP遠程監(jiān)控冰箱狀態(tài)，隨時隨地調(diào)整各區(qū)域溫度設(shè)置，查看歷史數(shù)據(jù)記錄。冰箱門上的OLED顯示屏則提供了直觀的現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示，增強了用戶體驗。

（3）紫外線消毒與健康管理：特別設(shè)計的紫外線消毒燈功能，允許用戶根據(jù)需要啟動消毒程序，有效消滅冰箱內(nèi)部的細菌和霉菌，為家庭飲食健康筑起一道防線。

（4）高效能與低能耗：采用高效的STM32系列微控制器和穩(wěn)壓電源模塊，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定且節(jié)能。通過精準的溫控策略，避免了不必要的能源消耗。

（5）用戶友好與個性化設(shè)置：手機APP界面簡潔友好，支持用戶根據(jù)生活習(xí)慣自定義冰箱設(shè)置，如溫度偏好、消毒頻率等，滿足不同家庭成員的需求。