一、項目背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的智能設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，而溫度采集系統(tǒng)是其中重要的一類。在現(xiàn)代工業(yè)和家庭生活中，溫度對于生產(chǎn)、居住和儲存等過程的控制有著非常重要的作用。因此，準(zhǔn)確地采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理和展示，對于人們的生產(chǎn)和生活都具有重要意義。

基于此背景，設(shè)計了基于STM32F030的多點無線溫度采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過多個獨立的采集設(shè)備，同時采集多個不同位置的溫度數(shù)據(jù)，并分別通過MQTT協(xié)議上傳到OneNet平臺，方便用戶遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控溫度變化。同時，該系統(tǒng)還配備了OLED顯示屏，可在本地實時顯示溫度信息，方便用戶及時了解環(huán)境溫度變化趨勢。

整個系統(tǒng)采用了STM32F030作為主控芯片，以保證系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠；溫度采集模塊采用DHT20，具有精度高、響應(yīng)快等特點；NBIoT 通信模塊采用了移遠(yuǎn)BC260Y-CN，可以實現(xiàn)快速、安全地連接云平臺；OLED顯示屏采用0.96寸SPI接口的顯示屏，驅(qū)動芯片是SSD1306。整個系統(tǒng)設(shè)計緊湊、可靠，可以廣泛應(yīng)用于各種場合，為用戶提供精準(zhǔn)的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)和便捷的數(shù)據(jù)處理及展示功能。

二、硬件選型

資料地址: https://z7po9bxpe4.k.topthink.com/@nb-iot/peitaoziyuanxiazai.html

硬件選型是基于需求和要求選擇合適的硬件組件來實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵步驟。

在本項目中，選擇了以下硬件組件：

1. 主控芯片：STM32F030 該芯片具有較高的性價比，支持高速時鐘頻率，集成了多種外設(shè)接口和功能模塊，同時也易于編程和開發(fā)。
2. 溫度采集模塊：DHT20 DHT20溫度傳感器具有高精度、響應(yīng)快等優(yōu)點，可以快速準(zhǔn)確地采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，并與主控芯片進(jìn)行通信。
3. NBIoT通信模塊：移遠(yuǎn)BC260Y-CN 移遠(yuǎn)BC260Y-CN通信模塊具有低功耗、穩(wěn)定性好、通信速度快等優(yōu)勢，可以快速可靠地連接OneNet平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳和下載。
4. 顯示屏：0.96寸SPI接口OLED顯示屏，驅(qū)動芯片是SSD1306。 該顯示屏具有低功耗、顯示清晰等特點，可以快速顯示溫度數(shù)據(jù)，方便用戶隨時了解溫度變化趨勢。

本項目中的硬件選型具有性價比高、功能強(qiáng)大、質(zhì)量可靠、采集精度高等優(yōu)點，可以滿足多種溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計需求，并提供了便捷易用的數(shù)據(jù)處理和展示功能。

三、NB-IoT 技術(shù)簡介

【1】移動通信技術(shù)

平常所講的2G、3G、4G中的G其實是Generation的意思，例如2G是指第二代移動通信技術(shù)。每一代移動通信技術(shù)都有對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)制式：

中國移動：

• 2G -> GSM
• 3G -> TD-SCDMA
• 4G -> TD-LTE

中國聯(lián)通：

• 2G -> GSM
• 3G -> WCDMA
• 4G -> TD-LTE、FDD-LTE

中國電信:

• 2G -> CDMA1X
• 3G -> CDMA2000
• 4G -> TD-LTE、FDD-LTE

其中，LTE的全稱為Long Term Evolution，即長期演進(jìn)。

【2】WPAN和LPWA簡介

WPAN
WPAN的全稱是Low-rate wireless personal area network（低速無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)），典型的代表有ZigBee、藍(lán)牙等，其特點是低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本。

LPWA
LPWA的全稱是Low Power Wide Area（低速無線廣域網(wǎng)），典型的代表有NB-IoT、eMTC、Lora和SigFox等，具有廣覆蓋、低功耗、低成本和大連接的特點。

【3】NB-IoT技術(shù)

實際上NB-IoT是基于LTE制式的一種移動通信技術(shù)，也就是說，它是4G技術(shù)的一種。下圖是LTE制式通信技術(shù)的各個分支對比：

LTE Cat-NB即NB-IoT，是基于LTE網(wǎng)絡(luò)制式而設(shè)計的一種具有低功耗、低速率、上行通信時延低和下行通信時延較高（相對）特點的通信技術(shù)，滿足對低功耗要求高但是對通信速率要求低的應(yīng)用場景。上圖中，還可以看到LTE Cat-M，它支持的通信速率比NB-IoT更高，可以應(yīng)用于對通信速率要求更高的應(yīng)用場景。注意，此處說的通信速率是指通信的帶寬，不是說通信的時延。

【4】NB-IoT技術(shù)相關(guān)的技術(shù)供應(yīng)商

NB-IoT技術(shù)相關(guān)的技術(shù)供應(yīng)商有：芯片解決方案商、模塊生產(chǎn)廠商、運(yùn)營商。
（1）主要的芯片方案商有：高通、華為海思、Intel、RDA、簡約納、MTK、TI、SEQUANS、MARVELL、 NODRIC和中興微等。
（2）主要的中國模塊生產(chǎn)廠商有：移遠(yuǎn)、芯訊通、中興、聯(lián)想和中國移動等。
（3）運(yùn)營商：中國移動、中國聯(lián)通和中國電信。

【5】 應(yīng)用場景

由于NB-IoT技術(shù)具有低功耗、低速率、上行通信時延低和下行通信時延較高（相對）的特點，所以非常適用于數(shù)據(jù)采集上報類的應(yīng)用場景，例如

• 環(huán)境溫濕度、光照度、氣體成分等信息的采集上報
• 火災(zāi)、煤氣泄漏、水浸等環(huán)境異常狀態(tài)監(jiān)控與報警場景
• 外部設(shè)備狀態(tài)信息采集與上報場景，例如遠(yuǎn)程抄表

NB-IoT的下行通信時延較高，約15秒左右（讀者需要以實際測試為準(zhǔn)），所以如果把NB-IoT用于下發(fā)指令或數(shù)據(jù)給終端設(shè)備，需要考慮這個時延問題。如需對下行通信速率有更快速的要求，可以采用eMTC或CATn等技術(shù)。

四、OneNet服務(wù)器設(shè)計

【1】onenet平臺介紹

OneNet即為“中國移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)平臺”，是中國移動推出的物聯(lián)網(wǎng)云平臺服務(wù)。OneNet服務(wù)器是一個基于云計算技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺，旨在為用戶提供穩(wěn)定、安全、高效的數(shù)據(jù)云端存儲、處理、分析和展示等服務(wù)。

OneNet服務(wù)器具有以下主要特點：

1. 具有高可靠性和穩(wěn)定性，能夠保證用戶的數(shù)據(jù)安全和服務(wù)穩(wěn)定；
2. 支持?jǐn)?shù)據(jù)實時采集和云端存儲，并提供豐富的數(shù)據(jù)訪問和查詢接口；
3. 支持多種通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，方便用戶接入和使用；
4. 提供數(shù)據(jù)實時分析和處理功能，可以幫助用戶快速分析和處理大量數(shù)據(jù)；
5. 提供了可視化的數(shù)據(jù)展示界面和豐富的API接口，方便用戶自由定制和開發(fā)。

在本項目中，通過使用MQTT協(xié)議將溫度數(shù)據(jù)上傳到OneNet服務(wù)器上，并使用其提供的數(shù)據(jù)分析和展示功能，可以輕松地實現(xiàn)環(huán)境溫度的實時監(jiān)測和管理，提高生產(chǎn)和生活效率，方便用戶的使用和管理。

【2】創(chuàng)建產(chǎn)品

官網(wǎng)鏈接：https://open.iot.10086.cn/console/summary

這里的數(shù)據(jù)協(xié)議可以選擇數(shù)據(jù)流和JSON兩種形式。我這里選擇數(shù)據(jù)流方式。

產(chǎn)品ID：   OIcHdSz8R7

access_key： 8wXH2z97abNh9a37ndNB6ZWrR+eXVYVZnbvH3x3t29s=

【3】創(chuàng)建數(shù)據(jù)流模板

【4】創(chuàng)建設(shè)備1

設(shè)備詳情：

設(shè)備ID:  2103765871
設(shè)備密鑰:   NU14N01INmlhTE9sOUpGUkNOREwzNjBJbVJ1RzFRdkw= 

【5】創(chuàng)建設(shè)備2

設(shè)備ID:   2103766001
設(shè)備密匙：YWF5NTNZMFpZeWFEWnVMemVWYmdURkZuaEJhUnBRZGQ=

【6】創(chuàng)建設(shè)備3

設(shè)備ID:  2103766258
設(shè)備密匙:  anZRUmFYaFlYYWRBbHVLNEdQdnlMTEtweGhPTUFFYTA=

五、MQTT登錄參數(shù)生成

【1】生成MQTT登錄參數(shù)

MQTT服務(wù)器地址信息: https://open.iot.10086.cn/doc/v5/develop/detail/248

密匙生成工具：https://open.iot.10086.cn/doc/v5/develop/detail/242

工具軟件里需要填寫的參數(shù)如下：

【1】res選項參數(shù)的格式： products/{產(chǎn)品ID}/devices/{設(shè)備名稱}

【2】et是設(shè)置token過期時間：算出1970-1-1到你想要設(shè)置的到期時間，單位是秒，填入即可。

比如： 超時時間設(shè)置為2022-4-7,那么，這里填入的秒就是：1970-1-1到2022-4-7之間的秒單位時間。

【3】key的參數(shù)格式： 就是設(shè)備創(chuàng)建之后，在設(shè)備詳情頁的key

【2】生成設(shè)備1的密匙

res:  products/OIcHdSz8R7/devices/dev1
et :  56804459115
key:  NU14N01INmlhTE9sOUpGUkNOREwzNjBJbVJ1RzFRdkw=

得到的結(jié)果：

version=2018-10-31&res=products%2FOIcHdSz8R7%2Fdevices%2Fdev1&et=56804459115&method=md5&sign=LGkD04FA%2FFg78rSuVFDPsg%3D%3D

【3】生成設(shè)備2的密匙

res:  products/OIcHdSz8R7/devices/dev2
et :  56804459115
key:  YWF5NTNZMFpZeWFEWnVMemVWYmdURkZuaEJhUnBRZGQ=

得到的結(jié)果：

version=2018-10-31&res=products%2FOIcHdSz8R7%2Fdevices%2Fdev2&et=56804459115&method=md5&sign=haV81ypEWLefpOCrrSWHSg%3D%3D

【4】生成設(shè)備3的密匙

res:  products/OIcHdSz8R7/devices/dev3
et :  56804459115
key:  anZRUmFYaFlYYWRBbHVLNEdQdnlMTEtweGhPTUFFYTA=

得到的結(jié)果：

version=2018-10-31&res=products%2FOIcHdSz8R7%2Fdevices%2Fdev3&et=56804459115&method=md5&sign=49hqM5724RC40sgSuzqCnA%3D%3D

六、設(shè)備模擬登錄

【1】設(shè)備1登錄

當(dāng)前設(shè)備的主題訂閱與主題發(fā)布總結(jié)：

IP地址: 183.230.40.96
端口號: 1883
clientId: dev1
username: OIcHdSz8R7
password: version=2018-10-31&res=products%2FOIcHdSz8R7%2Fdevices%2Fdev1&et=56804459115&method=md5&sign=LGkD04FA%2FFg78rSuVFDPsg%3D%3D


訂閱主題:  $sys/OIcHdSz8R7/dev1/#
發(fā)布主題:  $sys/OIcHdSz8R7/dev1/dp/post/json
發(fā)布消息:  
{"id":123,"dp":{"temp":[{"v":28.3}]}}

使用MQTT客戶端模擬設(shè)備登錄測試：

依次填入?yún)?shù)，進(jìn)行登錄、訂閱主題、發(fā)布主題。

查看OneNet云端：

查看上傳的數(shù)據(jù)：

上傳多個數(shù)據(jù)后，看溫度的變化曲線：

【2】設(shè)備2登錄

當(dāng)前設(shè)備的主題訂閱與主題發(fā)布總結(jié)：

IP地址: 183.230.40.96
端口號: 1883
clientId: dev2
username: OIcHdSz8R7
password: version=2018-10-31&res=products%2FOIcHdSz8R7%2Fdevices%2Fdev2&et=56804459115&method=md5&sign=haV81ypEWLefpOCrrSWHSg%3D%3D


訂閱主題:  $sys/OIcHdSz8R7/dev2/#
發(fā)布主題:  $sys/OIcHdSz8R7/dev2/dp/post/json
發(fā)布消息:  
{"id":123,"dp":{"temp":[{"v":38.3}]}}

使用MQTT客戶端模擬設(shè)備登錄測試：

依次填入?yún)?shù)，進(jìn)行登錄、訂閱主題、發(fā)布主題。

查看OneNet云端：

【3】設(shè)備3登錄

當(dāng)前設(shè)備的主題訂閱與主題發(fā)布總結(jié)：

IP地址: 183.230.40.96
端口號: 1883
clientId: dev3
username: OIcHdSz8R7
password: version=2018-10-31&res=products%2FOIcHdSz8R7%2Fdevices%2Fdev3&et=56804459115&method=md5&sign=49hqM5724RC40sgSuzqCnA%3D%3D


訂閱主題:  $sys/OIcHdSz8R7/dev3/#
發(fā)布主題:  $sys/OIcHdSz8R7/dev3/dp/post/json
發(fā)布消息:  
{"id":123,"dp":{"temp":[{"v":48.3}]}}

使用MQTT客戶端模擬設(shè)備登錄測試：

依次填入?yún)?shù)，進(jìn)行登錄、訂閱主題、發(fā)布主題。

查看OneNet云端：

七、可視化頁面設(shè)計

地址：https://open.iot.10086.cn/studio/view/project

【1】創(chuàng)建項目

修改為手機(jī)版本：

【2】添加數(shù)據(jù)源

根據(jù)參數(shù)填入，管理設(shè)備的數(shù)據(jù)流。

填寫之后點擊創(chuàng)建按鈕，就可以添加數(shù)據(jù)源。

然后按照流程，添加剩下3個設(shè)備的數(shù)據(jù)源進(jìn)來。

上面列表里參數(shù)的來源：

（1）userId

（2）accessKey

【3】綁定數(shù)據(jù)源

先大致設(shè)計好界面。然后給控件綁定數(shù)據(jù)源。

【4】顯示數(shù)據(jù)上報時間

為了了解數(shù)據(jù)更新情況，可以添加一個文本控件顯示最新的數(shù)據(jù)上報時間。

return [{
    "value": "數(shù)據(jù)上報時間:" + data[0].update_at
}]

【5】添加報警閥值判斷

設(shè)置過濾器：

if (data[0].value > 30) {
    return [{ "value": "溫度異常" }]
}
else {
    return [{ "value": "設(shè)備1(正常)" }]
}

【6】發(fā)布項目

鏈接：https://open.iot.10086.cn/view/main/index.html#/share2d?id=646f1f2078cb250035479cb5

八、STM32硬件端設(shè)計

填寫設(shè)備的信息：

上傳溫度數(shù)據(jù)。

九、溫度折線圖顯示

為了在onenet頁面顯示溫度的變化曲線。需要再新增加3個數(shù)據(jù)源。

單獨建立一個數(shù)據(jù)源，設(shè)置采集10次數(shù)據(jù)。也就是這數(shù)據(jù)源會保存最新的10個溫度數(shù)據(jù)，這樣在曲線里可以顯示最近10個溫度的變化曲線。

添加的這3個數(shù)據(jù)源，是接下來給折線圖控件使用。

添加一個折線圖控件。

折線圖控件的系列表示界面要顯示幾根曲線。

編寫過濾器提取數(shù)據(jù)：

// 最終數(shù)據(jù)應(yīng)該是一個數(shù)組
var result = [];
var dataPoint = null;
//循環(huán)處理選中的數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)點
for (var i = 0; i < data.length; i++) {
    // 從數(shù)據(jù)點中取出需要的數(shù)據(jù)，通過配置鍵值對使得數(shù)據(jù)格式符合要求
    dataPoint = {
        y1: data[i].value,
    };
    // 將這個數(shù)據(jù)點添加進(jìn)結(jié)果中
    result.push(dataPoint);
}
return result;

剩下的折線圖控件也是一樣的。