【Nucleo-F413ZH创想活动项目】Nucleo-F413ZH智能家居原型

只看该作者 · 2017-2-13 20:33

智能家居应用开发方案——基于物联网手机APP远程控制系统
一、系统概览

利用全球领先的用第三方云平台-机智云，打造了基于Nuleo-STM32F413的物联网应用系统，实现的功能有：

a) 远程手机APP控制RGB LED的颜色（红、绿、蓝）；

b) 自带3种混合色，黄色、紫色、粉色，一键切换所需颜色；

c) 远程手机APP控制Nuleo-STM32F413板载2颗LED；

d) 远程手机APP显示温湿度；

e) 红外传感器障碍物检测；

f) 远程手机APP显示STM32F413内部温度；

视频：

二、硬件介绍

NUCLEO-F413ZH是ST公司推出的一款针对STM32F4入门级系列设计的Cortex-M4开发板，支持mbed ，兼容Arduino，同时还提供ST Zio接口和 ST morpho扩展排针，可连接微控制器的所有周边外设。开发板基于STM32F413ZHT6设计，开发板还集成了ST-LINK/V2-1仿真下载器（但仅对外提供SWD接口），免除您另外采购仿真器或下载器的麻烦。并且具备Arduino接口，可接入 Arduino 巨大生态系统的各种 Shield 扩展板，让您能够轻松快速增加特殊功能。

机智云是智能硬件时代专为硬件提供后台支持的云服务平台，服务的内容主要包括了统计分析、数据安全、远程管理、软件升级等。GoKit是机智云推出的一套智能硬件开发板，Gokit扩展板采用Arduino UNO接口，板载ESP8266-12F WiFi模块、温湿度传感器DHT11、2个按键、障碍物红外检测模块、微型直流电机、RGB 5050全彩LED。

三、软件系统

开发工具：STM32CubeMX和IAR for ARM，IAR不做介绍，这里介绍下ST推广的全新开发工具STM32CubeMX。

STM32CubeMX 是 ST 意法半导体近几年来大力推荐的 STM32 芯片图形化配置工具，允许用户使用图形化向导生成 C 初始化代码，可以大大减轻开发工作，时间和费用。 STM32CubeMX覆盖了 STM32 全系列芯片。它具有如下特性：

① 直观的选择 MCU 型号，可指定系列、封装、外设数量等条件

② 微控制器图形化配置

③ 自动处理引脚冲突

④ 动态设置时钟树，生成系统时钟配置代码

⑤ 可以动态设置外围和中间件模式和初始化

⑥ 功耗预测

⑦ C 代码工程生成器覆盖了STM32 微控制器初始化编译软件，如 IAR， KEIL， GCC。

⑧ 可以独立使用或者作为 Eclipse 插件使用

机智云智能设备接入原理：

硬件厂商对硬件智能化的第一步是让设备能够联网，GAgent是机智云提供的一款兼容国内主流Wi-Fi模块、移动网络模块的模组系统。硬件厂商只需理解如何与GAgent进行通讯即可。GAgent主要的作用是数据转发，是设备数据、机智云、应用端（APP）的数据交互桥梁。可将GAgent移植到WiFi模组、GPRS模组、PC端等。目前机智云提供由机智云移植的WiFi模组对应固件有：汉枫LPB100、乐鑫8266、汉枫LPT120、高通4004、RealTek 8711AM 、庆科3162等。简单的说就是，WiFi模块里面烧录了一个叫GAgent的固件，然后这个WiFi模块对用户的MCU就是串口透传了，复杂的协议、交互都给封装了。

四、云端配置

我们在机智云开发者中心http://dev.gizwits.com/zh-cn/developer/创建一个名为F413ZH_Gokit的产品并添加数据点，数据点是设备产品的功能的抽象，用于描述产品功能及其参数。创建数据点后，设备与云端通讯的数据格式即可确定，设备、机智云可以相互识别设备与机智云互联互通的数据。因为我们手机APP的功能需求是：

单独控制RGB LED的颜色（红、绿、蓝）；

自带3种混合色，黄色、紫色、粉色，保证能一键切换所需颜色；

远程手机APP控制Nuleo-STM32F413板载2颗LED；

远程手机APP显示温湿度传感器DHT11采集的温湿度；

红外传感器障碍物检测；

远程手机APP显示STM32F413内部温度(通过芯片内置Sensor获取);

把以上进行抽象，依次为数值量下发控制、枚举量下发控制、开关量下发控制、数值量上报、布尔值上报、数值量上报。

所以建立如下数据点（这里可以利用官方提供的模板或者从excel导入）：

应用此模板后，把我们不需要的直流电机删除，另外新增3个数据点：2颗板载LED和芯片内部温度，创建后的数据点如下（文末提供数据点excel下载）：

五、MCU端编程

在云端创建产品，建立好数据点后，即可自动生成多种方案的工程，还可以下载自动生成的手机APP进行测试，在没有硬件设备时还可以进行在线虚拟调试以进行前期功能评估，机智云为广大开发者提供一系列简便的开发工具：

如利用虚拟设备，在没有搭建硬件设备平台时可模拟设备与云端的交互：

接下来，我们使用MCU代码自动生成工具，生成一个STM32工程，在服务栏目->MCU开发，我们选择独立MCU+WiFi方案：

这里选择STMF407X的，点击生成代码包即可；

很快就可以生成完毕；

下载生成的工程，解压，其文件组织目录如下：

API介绍文档包含了设备接入框架简介和用户API；

注意Gizwits文件夹下包含4个文件，这些是机智云协议层的，已包含云端创建的数据点信息并留出用户接口：

另外需要注意User目录下的main.c文件，这里包含了程序框架。

这个工程（基于STM32标准库函数且IDE为Keil for ARM）只是一个框架，但包含了和机智云通信协议层，用户只需要添加自己的驱动代码和业务逻辑，以本例来说就是我们需要实现RGB LED的驱动，板载2颗LED的驱动，温湿度传感器的驱动，STMF413芯片内部温度Sensor驱动、红外传感器的驱动，以及收到手机APP发的指令后干什么，软件逻辑如下：