项目：远程温湿度检测系统

前言

之前我们做了温湿度监测小项目，只是把温湿度数据上传到 OneNET，现在我们来优化这个小项目，让它更完整，更人性。我们在原有的基础上加上蜂鸣器和 LED 灯，当温湿度正常，蜂鸣器不报警，LED 灯不亮；当温湿度超出设定阈值时蜂鸣器报警，LED 灯闪烁。是不是有电影里保险柜红外检测到人偷窃，红灯连闪，报警声长鸣那感觉了。

1. 源码下载及前置阅读

本文首发 良许嵌入式网 ：https://www.lxlinux.net/e/ ，欢迎关注！

本文所涉及的源码及安装包如下（由于平台限制，请点击以下链接阅读原文下载）：

https://www.lxlinux.net/e/stm32/temp-humi-detection-system.html

如果你是嵌入式开发小白，那么建议你先读读下面几篇文章。

前期教程，没看过的小伙伴可以先看下。

作者简介
大家好，我是良许，博客里所有的文章皆为我的原创。下面是我的一些个人介绍，欢迎交个朋友： · 211工科硕士，国家奖学金获得者； · 深耕嵌入式11年，前世界500强外企高级嵌入式工程师； · 书籍《速学Linux作者》，机械工业出版社专家委员会成员； · 全网60W粉丝，博客分享大量原创成体系文章，全网阅读量累计超4000万； · 靠自媒体连续年入百万，靠自己买房买车。

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下面是我的一些个人介绍，欢迎交个朋友：
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我本科及硕士都是学机械，通过自学成功进入世界500强外企。我已经将自己的学习经验写成了一本电子书，超千人通过此书学习并转行成功。现在将这本电子书免费分享给大家，希望对你们有帮助：

电子书链接：https://www.lxlinux.net/1024.html

2. 整体系统设计

使用 STM32 作主控，配合 DHT11 温湿度传感器，实时监测周围环境的温湿度变化。通过 ESP8266 模块以 MQTT 协议将获取到的温湿度数据通过无线网络连接上传至 OneNET 平台，以便用户可以随时随地通过手机或电脑查看数据。温湿度如有异常，蜂鸣器报警，LED 灯闪烁。

3. 硬件选型

本教程使用的硬件如下：

单片机：STM32F103C8T6

这款单片机具有 64K flash，20K RAM，4 个定时器，3 个串口，网络上资料好几吨，非常适合初学者入门，强烈推荐。

WiFi模块：ESP-01S（ESP8266）

ESP8266 可以利用串口与单片机进行通讯，从而编程实现控制。

温湿度传感器：DHT11

DHT11 有 3 脚和 4 脚两款，在使用上没有差别，接线都一样，主要接三根，四脚的款式有一脚悬空。四脚款接杜邦线会有点不稳，适合插面包板或开发板上。

DHT11 工作参数：

湿度测量范围：20~90%RH
湿度测量精度：±5%RH
温度测量范围：0~50℃
温度测量精度：±2℃
工作电压：DC 3.3V/5V

蜂鸣器

蜂鸣器广泛应用于各种电子设备中，例如警报器、计时器、电子钟、雷达等。它们可以用来进行提醒、报警、指示等，通过发出特定的声音频率来引起用户的注意。可分为无源蜂鸣器和有源蜂鸣器。

LED灯

LED灯是一种半导体光源，具有高效、耐用和可靠的特点，被广泛应用于各种电子设备和照明系统中，为我们的生活和工作提供了可靠的光源。它可以发出多种颜色的光，如下模块就有红、黄、蓝、绿、白的颜色，3.3~5V 的电压范围内供电。

串口：USB 转 TTL

这种设备主要作用是用来调试或下载程序，本文用于串口输出作调试。价格也很便宜，普遍 5~8 元。

烧录器：ST-LINK V2

ST-Link 是一种用于 STM32 微控制器的调试和编程工具，它可以通过 SWD 或 JTAG 接口与开发板进行通信。本文用做烧录。一般也很便宜，七八元左右。

4. OneNET物联网平台

我们上一篇已经配置过 OneNET 了，这里就不从头教了，没看的同学可以去看看【MQTT+DHT11链接】

4.1 OneNET配置

书接上回，我们需要在之前的基础上创建以下物模型：

当前湿度，用于存储实时湿度数据。
当前温度，用于存储实时温度数据。
湿度上限，用于显示设定的湿度上限，湿度高于上限就报警。
温度上限，用于显示设定的温度上限，温度高于上限就报警。
湿度下限，用于显示设定的湿度下限，湿度低于下限就报警。
温度下限，用于显示设定的温度下限，温度低于下限就报警。
湿度告警，若湿度超出阈值即记录事件。
温度告警，若温度超出阈值即记录事件。

4.2 MQTT三元组

「MQTT 三元组」的获取方式也在上一篇详细介绍过了，这边不赘述啦，直接给出，没看的同学可以去看看【MQTT+DHT11链接】

设备 ID：temp01
产品 ID：P2k4KV0low
token：version=2018-10-31&res=products%2FP2k4KV0low%2Fdevices%2Ftemp01&et=2017881776&method=sha1&sign=M3jVJvfeFLnggMrUPhYm5uRirXs%3D

5. STM32设备端开发

5.1 硬件接线

接线可参照下表：

ESP8266	DHT11	蜂鸣器	LED	STM32	USB 转 TTL
3V3				3.3
TX				A3
RX				A2
GND				G
	VCC			3.3
	DATA			B9
	GND			G
		I/C		C13
			IN	A6
				A10	TX
				A9	RX
				G	GND

烧录的时候接线如下表，如果不会烧录的话可以看我之前的文章【STM32下载程序的五种方法】。

ST-Link V2	STM32
SWCLK	SWCLK
SWDIO	SWDIO
GND	GND
3.3V	3V3

5.2 设备实物图

接好如下图，我用的是正点原子的开发板，大家用别的板子也是一样可以的，只要是 STM32F103C8T6 就行。

5.3 DHT11温湿度传感器代码

详细代码解析可以看手把手教你玩转DHT11（原理+驱动）。

5.4 ESP8266模块代码

详细代码解析可以看手把手教你玩转ESP8266（原理+驱动）。

5.5 MQTT代码

CONNECT 报文和 PUBLISH 报文已经在上一篇讲过，没看的同学可以去看看【MQTT+DHT11链接】

我们讲新增的。

5.5.1 SUBSCRIBE 报文

SUBSCRIBE 报文的编写及发送代码，报文编写就按照我们万字猛文：MQTT原理及案例的理论编写即可，报文内容：82+剩余长度+标识符+L+主题过滤器+QoS。

uint8_t mqtt_subscribe_topic(char *topic,uint8_t qos,uint8_t whether)
{    
    uint8_t i,j;
    mqtt_txlen=0;
    int topiclen = strlen(topic);
    
    int DataLen = 2 + (topiclen+2) + (whether?1:0);//可变报头的长度（2字节）加上有效载荷的长度
    //固定报头
    //控制报文类型
    if(whether)mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x82; //消息类型和标志订阅
    else    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xA2;    //取消订阅

    //剩余长度
    do
    {
        uint8_t encodedByte = DataLen % 128;
        DataLen = DataLen / 128;
        // if there are more data to encode, set the top bit of this byte
        if ( DataLen > 0 )
            encodedByte = encodedByte | 128;
        mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
    }while ( DataLen > 0 );    
    
    //可变报头
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;            //消息标识符 MSB
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x01;        //消息标识符 LSB
    //有效载荷
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topiclen);//主题长度 MSB
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topiclen);//主题长度 LSB   
    memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],topic,topiclen);
    mqtt_txlen += topiclen;
    
    if(whether)
    {
       mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = qos;//QoS级别
    }
    
    for(i=0;i<10;i++)
    {
        memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);
        mqtt_send_data(mqtt_txbuf,mqtt_txlen);

        for(j=0;j<10;j++)
        {
            delay_ms(50);
            if (esp8266_wait_receive() == ESP8266_EOK)
                esp8266_copy_rxdata((char *)mqtt_rxbuf);

            if(mqtt_rxbuf[0]==parket_subAck[0] && mqtt_rxbuf[1]==parket_subAck[1]) //订阅成功               
            {
                return 0;//订阅成功
            }
        }
    }
    return 1; //失败
}

5.5.2 PINGREQ 报文

心跳请求就很简单，ESP8266 发送“C0 D0”即可。

const uint8_t parket_heart[] = {0xc0,0x00};

void mqtt_send_heart(void)
{
    mqtt_send_data((uint8_t *)parket_heart,sizeof(parket_heart));
}

void mqtt_send_data(uint8_t *buf,uint16_t len)
{
    esp8266_send_data((char *)buf, len);
}

5.5.3 接收句柄

接收 OneNET 发来的数据，去掉我们不需要的固定报头和可变报头，只保存有效载荷。

uint8_t mqtt_receive_handle(uint8_t *data_received, Mqtt_RxData_Type *rx_data)
{
    uint8_t *p;
    uint8_t encodeByte = 0;
    uint32_t multiplier = 1, Remaining_len = 0;
    uint8_t QS_level = 0;
    
    p = data_received;
    memset(rx_data, 0, sizeof(Mqtt_RxData_Type));
    
    //解析接收数据
    if((*p != 0x30)&&(*p != 0x32)&&(*p != 0x34))   //不是发布报文头
        return 1;
    
    if(*p != 0x30) QS_level = 1;    //标记qs等级不为0
    
    p++;
    //提取剩余数据长度
    do{
        encodeByte = *p++;
        Remaining_len += (encodeByte & 0x7F) * multiplier;
        multiplier *= 128;
        
        if(multiplier > 128*128*128) //超出剩余长度最大4个字节的要求,错误
            return 2;
    }while((encodeByte & 0x80) != 0);
    
    //提取主题数据长度
    rx_data->topic_len = *p++;
    rx_data->topic_len = rx_data->topic_len * 256 + *p++;
    //提取主题
    memcpy(rx_data->topic,p,rx_data->topic_len);
    p += rx_data->topic_len;
    
    if(QS_level != 0)  //跳过报文标识符
        p += 2;
    
    //提取payload
    rx_data->payload_len = Remaining_len - rx_data->topic_len - 2;
    memcpy(rx_data->payload, p, rx_data->payload_len);

    return 0;
}

5.6 数据上报

将我们得到的温湿度数据和设定的温湿度阈值通过 PUBLISH 报文上报到 OneNET。

void status_post_task(void)
{
    if(!status_post_flag)
        return;
    
    status_post_flag = 0;
    
    printf("\r\n~~~~~~~~主动上报系统状态~~~~~~~~\r\n");
    memset(data_send_buff, 0, sizeof(data_send_buff));
    sprintf((char *)data_send_buff,"{\"id\":\"1386772172\",\"version\":\"1.0\",\"params\":{\"CurrentTemperature\":{\"value\":%d},\"CurrentHumidity\":{\"value\":%d},\"MaxTempSet\":{\"value\":%d},\"MiniTempSet\":{\"value\":%d},\"MaxHumSet\":{\"value\":%d},\"MiniHumSet\":{\"value\":%d}}}",
        temperature, humidity, temp_upper_limit, temp_lower_limit, humi_upper_limit, humi_lower_limit);
    mqtt_publish_data(POST_TOPIC, (char *)data_send_buff, 0);
    printf("%s\r\n", data_send_buff);
    printf("~~~~~~~~上报结束~~~~~~~~\r\n");
}

5.7 超出阈值报警

当 alarm_post_flag 为1，则表示超出设定的温/湿度的上/下限，向 OneNET 和串口发布报警

void alarm_post_task(void)
{
    if(!alarm_post_flag)
        return;
    
    alarm_post_flag = 0;
    
    if(alarm_flag){
        printf("\r\n~~~~~~~~上报告警状态~~~~~~~~\r\n");
        memset(data_send_buff, 0, sizeof(data_send_buff));
        sprintf((char *)data_send_buff,"{\"id\":\"1386772172\",\"version\":\"1.0\",\"params\":{\"TempAlarm\":{\"value\":{\"high\":%d,\"low\":%d}},\"HumAlarm\":{\"value\":{\"high\":%d,\"low\":%d}}}}",
            alarm_status.temp_upper_alarm, alarm_status.temp_lower_alarm, alarm_status.humi_upper_alarm, alarm_status.humi_lower_alarm);
        mqtt_publish_data(EVENT_PUBLISH_TOPIC, (char *)data_send_buff, 0);
        printf("%s\r\n", data_send_buff);
        printf("~~~~~~~~上报结束~~~~~~~~\r\n");
    }
}

5.8 定时任务

将我们需要用到的蜂鸣器和 LED 报警、DHT11读取、数据上报、心跳请求、接收数据、报警上传的这几个任务定时。

void systick_isr(void)
{
    // sys任务，每1000ms运行一次
    if(sys_task_cnt < 1000)
        sys_task_cnt++;
    else{
        sys_task_cnt = 0;
        if(alarm_flag){            /* 如果温湿度异常 */
            BEEP_TOGGLE();        /* BEEP状态翻转 */
            LED2_TOGGLE();        /*  LED状态翻转 */
        }else{
            BEEP(0);
            LED1(1);
        }
    }

    // DHT11任务，每1000ms运行一次
    if(dht11_task_cnt < 1000)
        dht11_task_cnt++;
    else{
        dht11_task_cnt = 0;
        dht11_update_flag = 1;
    }
    
    // MQTT数据上报任务，每30s运行一次
    if(status_post_task_cnt < 10000)
        status_post_task_cnt++;
    else{
        status_post_task_cnt = 0;
        status_post_flag = 1;
    }
    
    // MQTT心跳任务，每30s运行一次
    if(heart_task_cnt < 30000)
        heart_task_cnt++;
    else{
        heart_task_cnt = 0;
        heart_send_flag = 1;
    }

    // MQTT接收任务，每30ms运行一次
    if(mqtt_receive_task_cnt < 30)
        mqtt_receive_task_cnt++;
    else{
        mqtt_receive_task_cnt = 0;
        mqtt_receive_flag = 1;
    }
    
    // 告警上传接收任务，每15s运行一次
    if(alarm_post_task_cnt < 15000)
        alarm_post_task_cnt++;
    else{
        alarm_post_task_cnt = 0;
        alarm_post_flag = 1;
    }
}

5.9 蜂鸣器逻辑代码

蜂鸣器的代码简简单单，这里就不赘述了，下面是蜂鸣器初始化代码。

void beep_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    BEEP_GPIO_CLK_ENABLE();                             /* BEEP时钟使能 */

    gpio_init_struct.Pin = BEEP_GPIO_PIN;               /* 蜂鸣器引脚 */
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;        /* 推挽输出 */
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                /* 上拉 */
    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;      /* 高速 */
    HAL_GPIO_Init(BEEP_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);   /* 初始化蜂鸣器引脚 */

    BEEP(0);                                            /* 关闭蜂鸣器 */
}

蜂鸣器的 .h文件：

#ifndef __BEEP_H
#define __BEEP_H

#include "sys.h"

/******************************************************************************************/
/* 引脚 定义 */

#define BEEP_GPIO_PORT                  GPIOC
#define BEEP_GPIO_PIN                   GPIO_PIN_13
#define BEEP_GPIO_CLK_ENABLE()          do{ __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); }while(0)   /* PB口时钟使能 */

/******************************************************************************************/

/* 蜂鸣器控制 */
#define BEEP(x)         do{ x ? \
                            HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_PORT, BEEP_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
                            HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_PORT, BEEP_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
                        }while(0)

/* BEEP状态翻转 */
#define BEEP_TOGGLE()   do{ HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_PORT, BEEP_GPIO_PIN); }while(0)     /* BEEP = !BEEP */

void beep_init(void);   /* 初始化蜂鸣器 */

#endif

5.10 LED逻辑代码

LED 灯的代码也简简单单，我们只用了 LED1，所以只设置了 LED1 的输出模式。

void led_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    LED1_GPIO_CLK_ENABLE();                                 /* LED1时钟使能 */
    LED2_GPIO_CLK_ENABLE();                                 /* LED2时钟使能 */
    LED3_GPIO_CLK_ENABLE();                                 /* LED3时钟使能 */

    gpio_init_struct.Pin = LED1_GPIO_PIN;                   /* LED1引脚 */
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;            /* 推挽输出 */
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                    /* 上拉 */
    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;          /* 高速 */
    HAL_GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);       /* 初始化LED1引脚 */

    gpio_init_struct.Pin = LED2_GPIO_PIN;                   /* LED2引脚 */
    HAL_GPIO_Init(LED2_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);       /* 初始化LED2引脚 */
    
    gpio_init_struct.Pin = LED3_GPIO_PIN;                   /* LED3引脚 */
    HAL_GPIO_Init(LED3_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);       /* 初始化LED3引脚 */

    LED1(0);                                                /* 关闭 LED1 */
    LED2(0);                                                /* 关闭 LED2 */
    LED3(0);                                                /* 关闭 LED3 */
}

LED 的 .h文件：

#ifndef _LED_H
#define _LED_H
#include "sys.h"


/******************************************************************************************/
/* 引脚 定义 */

#define LED1_GPIO_PORT                  GPIOA
#define LED1_GPIO_PIN                   GPIO_PIN_6
#define LED1_GPIO_CLK_ENABLE()          do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0)             /* PA口时钟使能 */

#define LED2_GPIO_PORT                  GPIOA
#define LED2_GPIO_PIN                   GPIO_PIN_7
#define LED2_GPIO_CLK_ENABLE()          do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0)             /* PA口时钟使能 */

#define LED3_GPIO_PORT                  GPIOB
#define LED3_GPIO_PIN                   GPIO_PIN_0
#define LED3_GPIO_CLK_ENABLE()          do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0)             /* PB口时钟使能 */

/******************************************************************************************/
/* LED端口定义 */
#define LED1(x)   do{ x ? \
                      HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
                      HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
                  }while(0)      /* LED1翻转 */

#define LED2(x)   do{ x ? \
                      HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_PORT, LED2_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
                      HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_PORT, LED2_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
                  }while(0)      /* LED2翻转 */

#define LED3(x)   do{ x ? \
                      HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
                      HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
                  }while(0)      /* LED3翻转 */

/* LED取反定义 */
#define LED1_TOGGLE()   do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN); }while(0)        /* 翻转LED0 */
#define LED2_TOGGLE()   do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED2_GPIO_PORT, LED2_GPIO_PIN); }while(0)        /* 翻转LED1 */
#define LED3_TOGGLE()   do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN); }while(0)        /* 翻转LED1 */

/******************************************************************************************/
/* 外部接口函数*/
void led_init(void);                                                                            /* 初始化 */

#endif

5.11 主函数逻辑代码

main.c 如下，调用各个函数以实现我们当温湿度正常，蜂鸣器不报警，LED 灯不亮；当温湿度超出设定阈值时蜂鸣器报警，LED 灯闪烁的目标。

#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "esp8266.h"
#include "mqtt.h"
#include "tasks.h"
#include "systick.h"
#include "led.h"
#include "beep.h"
#include "dht11.h"


int main(void)
{
    HAL_Init();                                 /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);         /* 设置时钟,72M */
    usart_init(115200);                         /* 波特率设为115200 */
    SysTick_Init(systick_isr);
    led_init();
    beep_init();

    LED1(1);                                    //系统启动，LED1长亮
    network_connection();                       //ESP8266连接OneNET，订阅主题

    while(1)
    {
        dht11_task();                           //读取温湿度
        status_post_task();                     //数据上报
        heart_send_task();                      //发送心跳请求
        mqtt_receive_task();                    //接收心跳响应
        alarm_post_task();                      //发布报警
    }
}

5.12 运行过程

烧录好后，串口和 OneNET 平台效果如下：

若温度/湿度超出阈值，串口报警，OneNet 上事件告警记录，蜂鸣器鸣叫，LED 闪烁。

总结

优化后的温湿度监测是不是更完整，更人性了。希望大家能够有所收获，接下来有机会还会继续优化更新这个项目。感谢各位看官，love and peace！

另外，想进大厂的同学，一定要好好学算法，这是面试必备的。这里准备了一份 BAT 大佬总结的 LeetCode 刷题宝典，很多人靠它们进了大厂。

刷题 | LeetCode算法刷题神器，看完 BAT 随你挑！

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项目：远程温湿度检测系统

前言

1. 源码下载及前置阅读

2. 整体系统设计

3. 硬件选型

4. OneNET物联网平台

4.1 OneNET配置

4.2 MQTT三元组

5. STM32设备端开发

5.1 硬件接线

5.2 设备实物图

5.3 DHT11温湿度传感器代码

5.4 ESP8266模块代码

5.5 MQTT代码

5.5.1 SUBSCRIBE 报文

5.5.2 PINGREQ 报文

5.5.3 接收句柄

5.6 数据上报

5.7 超出阈值报警

5.8 定时任务

5.9 蜂鸣器逻辑代码

5.10 LED逻辑代码

5.11 主函数逻辑代码

5.12 运行过程

总结

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良许

引用和评论

前端如何入门 Go 语言

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5.5.2 PINGREQ 报文

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5.6 数据上报

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5.8 定时任务

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