基于STM32的工業(yè)倉庫環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)設計

一、前言

1.1 項目介紹

【1】項目開發(fā)背景

在當今工業(yè)自動化和智能化迅速發(fā)展的背景下，倉儲系統(tǒng)作為物流和供應鏈管理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其環(huán)境安全與智能監(jiān)控顯得尤為重要。工業(yè)倉庫常常儲存大量易燃、易爆、易腐蝕或?qū)Νh(huán)境要求嚴格的物資，一旦發(fā)生溫濕度異常、氣體泄漏或火災等突發(fā)事件，將可能導致巨大經(jīng)濟損失甚至人員傷亡。因此，構(gòu)建一個實時、高效、智能的倉庫環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，成為工業(yè)信息化管理的重要組成部分。

傳統(tǒng)的倉庫環(huán)境監(jiān)控方式多依賴人工巡檢和基礎(chǔ)報警裝置，不僅效率低下，且響應速度慢，無法滿足現(xiàn)代倉儲對安全性、實時性和智能化的要求。尤其在大型工業(yè)園區(qū)和分布式倉儲中心，傳統(tǒng)方式難以實現(xiàn)集中管理與遠程監(jiān)控，嚴重制約了企業(yè)的數(shù)字化發(fā)展進程。因此，需一種低成本、模塊化、高集成度的環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，以實現(xiàn)對倉儲環(huán)境的全面感知、智能響應和遠程管理。

本項目以STM32F103C8T6單片機為核心控制器，結(jié)合溫濕度、煙霧、火焰及有害氣體等多種傳感器，搭建一個可實時采集環(huán)境數(shù)據(jù)的智能感知系統(tǒng)。系統(tǒng)配備ESP8266 WiFi模塊，通過MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺，支持遠程監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)分析。同時，結(jié)合本地LCD顯示與風扇控制、蜂鳴器報警等執(zhí)行模塊，實現(xiàn)對異常情況的快速響應與聯(lián)動控制。上位機軟件則采用Qt5開發(fā)，提供圖形化界面，便于操作人員實時查看數(shù)據(jù)和分析環(huán)境變化趨勢。

本設計不僅具有較強的實用性與可擴展性，還符合當前工業(yè)4.0和智能制造的發(fā)展方向，能夠有效提升倉庫管理的智能化水平，為實現(xiàn)安全、高效、綠色的倉儲環(huán)境提供堅實的技術(shù)保障。

【2】設計實現(xiàn)的功能

（1）實時監(jiān)測倉庫環(huán)境參數(shù)：通過傳感器采集溫度、濕度、煙霧濃度、火焰信號和有害氣體（如甲醛、氨氣等）濃度，實現(xiàn)對倉庫環(huán)境的全面感知。

（2）本地LCD屏幕顯示環(huán)境信息：通過1.44寸TFT LCD液晶屏實時顯示當前的溫濕度、煙霧濃度、氣體泄漏等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，便于現(xiàn)場人員查看。

（3）環(huán)境異常自動報警與風扇聯(lián)動控制：當檢測到溫度過高、煙霧超標、火焰出現(xiàn)或氣體泄漏時，系統(tǒng)自動觸發(fā)蜂鳴器報警，并控制繼電器啟動風扇，進行通風處理。

（4）WIFI無線通信與數(shù)據(jù)上云：通過ESP8266模塊將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)通過MQTT協(xié)議實時上傳至華為云IoT平臺，支持遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控。

（5）支持上位機環(huán)境監(jiān)控平臺：通過Qt5 + C++開發(fā)上位機軟件，接收和顯示來自倉庫端的實時數(shù)據(jù)，并提供歷史數(shù)據(jù)查詢與分析功能，輔助管理人員進行環(huán)境評估和決策。

【3】項目硬件模塊組成

（1）主控模塊：STM32F103C8T6單片機，用于協(xié)調(diào)各傳感器的數(shù)據(jù)采集、邏輯控制與通信處理。

（2）溫濕度檢測模塊：SHT30數(shù)字溫濕度傳感器，采用I2C通信接口，實現(xiàn)精準環(huán)境溫濕度測量。

（3）煙霧檢測模塊：MQ2氣體傳感器，通過模擬信號輸出監(jiān)測煙霧濃度，用于火災預警。

（4）火焰檢測模塊：紅外火焰?zhèn)鞲衅?/a>，輸出高低電平信號，用于檢測火源存在。

（5）有害氣體檢測模塊：MQ135空氣質(zhì)量傳感器，輸出模擬信號，用于檢測空氣中的有害氣體如甲醛、氨氣等。

（6）通信模塊：ESP8266 WiFi模塊，通過串口通信與STM32連接，采用MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至華為云IoT平臺。

（7）顯示模塊：1.44寸TFT LCD液晶屏，SPI接口，用于本地顯示各項環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。

（8）風扇控制模塊：繼電器驅(qū)動電路，控制12V直流風扇，實現(xiàn)自動通風功能。

（9）報警模塊：高電平觸發(fā)的有源蜂鳴器，用于在檢測到環(huán)境異常時發(fā)出聲響警報。

（10）上位機軟件支持模塊：PC端通過串口或WiFi接收數(shù)據(jù)，配合Qt5 + C++開發(fā)的可視化界面進行數(shù)據(jù)展示與分析。

【4】設計意義

隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高，倉庫作為生產(chǎn)和物流環(huán)節(jié)中的重要組成部分，其環(huán)境安全問題越來越受到重視。溫濕度、煙霧、火焰及有害氣體等環(huán)境因素直接關(guān)系到倉庫存儲物品的質(zhì)量安全，尤其是對一些易燃易爆、易腐蝕物品的存儲而言，環(huán)境監(jiān)控顯得尤為關(guān)鍵。因此，設計一套基于STM32的工業(yè)倉庫環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，不僅能有效提升環(huán)境數(shù)據(jù)的感知能力，還能實現(xiàn)對潛在風險的及時預警和聯(lián)動控制，保障倉庫環(huán)境的穩(wěn)定和安全。

本設計采用多種環(huán)境傳感器，實現(xiàn)了對溫濕度、煙霧濃度、火焰及空氣質(zhì)量的實時監(jiān)測，結(jié)合繼電器驅(qū)動風扇進行主動通風處理，并配備有源蜂鳴器實現(xiàn)本地報警，從而提升了系統(tǒng)的響應速度與應急處理能力。通過本地LCD顯示模塊，工作人員可以隨時掌握環(huán)境狀態(tài)，無需依賴額外設備，大大提高了現(xiàn)場工作的便捷性與效率。

此外，系統(tǒng)通過ESP8266模塊實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠程無線傳輸，采用MQTT協(xié)議將環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺，為遠程實時監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)分析提供了技術(shù)支持。管理人員無需親臨現(xiàn)場即可通過上位機平臺查看倉庫的環(huán)境變化情況，從而為科學決策和故障預防提供依據(jù)。

整體而言，本項目的設計緊貼實際需求，方案成熟可靠，硬件結(jié)構(gòu)清晰，成本可控，具有良好的實用性和推廣價值。它不僅體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式技術(shù)在工業(yè)環(huán)境安全中的融合應用，也為后續(xù)智能倉儲系統(tǒng)的發(fā)展提供了有益的技術(shù)參考。

【5】市面上同類產(chǎn)品研究現(xiàn)狀

工業(yè)倉庫的環(huán)境監(jiān)控是保障物資安全、防止火災爆炸、確保作業(yè)環(huán)境舒適的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、傳感器技術(shù)和邊緣計算的發(fā)展，此類系統(tǒng)正朝著智能化、網(wǎng)絡化、集成化的方向快速演進。STM32系列微控制器因其高性能、低功耗、豐富外設和成熟的生態(tài)系統(tǒng)，成為此類嵌入式系統(tǒng)的主流選擇。

國內(nèi)研究現(xiàn)狀與典型案例

1. 海爾智能倉儲環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)：
   • 案例描述： 海爾在其大型物流倉庫中部署了基于傳感器網(wǎng)絡的智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)集成了溫濕度傳感器（類似SHT30）、煙霧探測器（類似MQ2）、可燃氣體探測器（類似MQ135）以及視頻監(jiān)控。數(shù)據(jù)通過ZigBee/WiFi（如ESP8266）匯聚到網(wǎng)關(guān)（常采用高性能STM32F4/F7系列），再上傳至私有云平臺。系統(tǒng)實現(xiàn)了實時監(jiān)控、閾值報警、自動通風（風機控制）和消防聯(lián)動。上位機平臺提供可視化展示和數(shù)據(jù)分析。
   • 與您設計的關(guān)聯(lián)： 核心功能（監(jiān)測、報警、通風、聯(lián)網(wǎng)、上位機）高度一致。海爾方案可能更復雜（如集成視頻、多節(jié)點組網(wǎng)），采用更高性能STM32作為網(wǎng)關(guān)，但底層傳感節(jié)點很可能使用類似STM32F1/C8T6級別的MCU。使用WiFi和云平臺（私有云 vs 華為云）是共同點。
   • 異同點： 海爾系統(tǒng)規(guī)模更大、集成度更高（可能包含RFID、AGV調(diào)度等），成本也更高。您的設計更側(cè)重于經(jīng)濟型、模塊化的單點/小型倉庫解決方案，直接使用ESP8266+STM32F103C8T6完成傳感、處理、通信。
2. 京東“亞洲一號”智能物流園環(huán)境監(jiān)控：
   • 案例描述： 京東的標桿性智能倉庫廣泛部署了環(huán)境感知系統(tǒng)。除了基礎(chǔ)的溫濕度、煙霧、氣體監(jiān)測，還特別關(guān)注庫區(qū)內(nèi)的粉塵濃度（對精密電子產(chǎn)品尤為重要）和特定區(qū)域（如冷庫、電池存儲區(qū)）的環(huán)境參數(shù)。系統(tǒng)采用工業(yè)級傳感器，數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)或無線網(wǎng)絡（含WiFi）傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控室和云端（京東云）。上位機系統(tǒng)基于Web技術(shù)開發(fā)，提供大屏可視化和智能預警。
   • 與您設計的關(guān)聯(lián)： 核心監(jiān)測參數(shù)（溫濕度、煙霧、有害氣體）相同，強調(diào)報警和聯(lián)網(wǎng)（云+上位機）。上位機進行數(shù)據(jù)可視化與分析是共同目標。
   • 異同點： 京東系統(tǒng)規(guī)模龐大，采用更昂貴的工業(yè)級傳感器和網(wǎng)絡設備（如工業(yè)以太網(wǎng)交換機），側(cè)重于高可靠性和與整個物流自動化系統(tǒng)的深度集成。您的設計更輕量級，使用消費/工規(guī)級傳感器和成本更優(yōu)的WiFi模塊(ESP8266)，適合中小型倉庫。
3. 基于華為云IoT的中小企業(yè)倉庫監(jiān)控方案 (如：某正泰電器區(qū)域倉庫)：
   • 案例描述： 眾多方案提供商（如一些物聯(lián)網(wǎng)初創(chuàng)公司或集成商）為中小企業(yè)倉庫提供基于STM32+華為云IoT平臺的標準化環(huán)境監(jiān)控解決方案。典型配置包括STM32F1/F4主控、各類模擬/數(shù)字傳感器、ESP8266/ESP32 WiFi模塊、繼電器控制通風/報警設備。數(shù)據(jù)通過MQTT協(xié)議上報華為云IoT，用戶可通過手機App或簡易Web上位機查看實時數(shù)據(jù)和報警信息，部分支持歷史數(shù)據(jù)查詢。
   • 與您設計的關(guān)聯(lián)： 這是與您設計最接近的案例！ 核心硬件架構(gòu)（STM32F1 + SHT30 + MQ2/MQ135 + 火焰?zhèn)鞲衅?+ ESP8266 + 繼電器/蜂鳴器 + LCD）、通信協(xié)議(MQTT)、云平臺(華為云IoT)、核心功能（監(jiān)測、報警、通風、遠程查看）幾乎完全一致。上位機可能更偏向于輕量級Web或App。
   • 異同點： 商業(yè)方案通常提供更完善的云端規(guī)則引擎（處理復雜報警邏輯）、設備管理、OTA升級功能。您的設計采用了本地LCD顯示和計劃使用Qt開發(fā)更強大的PC上位機，這在本地交互和深度數(shù)據(jù)分析上可能更具優(yōu)勢。

國內(nèi)趨勢總結(jié)：

• 普及化與云化： 環(huán)境監(jiān)控已成為現(xiàn)代化智能倉庫的標配，上云（華為云、阿里云、騰訊云等）是主流趨勢。
• 國產(chǎn)化與成本優(yōu)化： 大量采用國產(chǎn)MCU(如STM32替代)、傳感器模塊(如煒盛科技的MQ系列)和通信模塊(ESP系列)，降低成本，推動在中小企業(yè)應用。
• 集成化： 環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)越來越多地與安防（視頻）、消防、能源管理、倉儲管理系統(tǒng)(WMS)集成。
• 智能化： 開始引入簡單的AI算法進行異常模式識別（如基于歷史數(shù)據(jù)的溫濕度預測、煙霧誤報過濾）。

國外研究現(xiàn)狀與典型案例

1. 西門子倉庫環(huán)境與能源管理系統(tǒng) (如：西門子安貝格工廠內(nèi)部物流)：
   • 案例描述： 西門子在其先進的工廠和為客戶提供的解決方案中，將環(huán)境監(jiān)控深度整合到其工業(yè)自動化體系（如基于SIMATIC控制器）。系統(tǒng)使用高精度、高可靠性的工業(yè)傳感器（如Siemens自己的或Honeywell、Vaisala品牌），通過PROFINET或工業(yè)無線網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)到SCADA系統(tǒng)（如WinCC）和MindSphere工業(yè)云平臺。分析功能強大，可與樓宇管理系統(tǒng)(BMS)聯(lián)動，實現(xiàn)精細化的環(huán)境控制和能源優(yōu)化。
   • 與您設計的關(guān)聯(lián)： 目標一致（保障環(huán)境安全），都包含傳感、聯(lián)網(wǎng)、上位機分析。自動控制（通風）也是共同點。
   • 異同點： 西門子方案是重型工業(yè)級方案，成本高昂，采用專屬協(xié)議(PROFINET)和高端PLC/控制器，傳感器精度和可靠性要求極高，云端平臺(MindSphere)功能復雜。您的設計是輕量級、基于開放協(xié)議(MQTT)和通用MCU(STM32)的經(jīng)濟型方案。
2. 亞馬遜物流中心環(huán)境監(jiān)控 (Kiva系統(tǒng)集成)：
   • 案例描述： 亞馬遜龐大的物流網(wǎng)絡對其倉庫環(huán)境有嚴格要求，特別是溫控區(qū)域（如生鮮、藥品）。其系統(tǒng)高度自動化，環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)被集成到龐大的中央控制系統(tǒng)（AWS IoT Core是其核心技術(shù)棧之一）。數(shù)據(jù)用于實時監(jiān)控、觸發(fā)HVAC系統(tǒng)調(diào)節(jié)、確保機器人(Kiva/新形態(tài))工作環(huán)境安全，并通過AWS服務進行大數(shù)據(jù)分析預測維護和優(yōu)化能耗。
   • 與您設計的關(guān)聯(lián)： 都強調(diào)環(huán)境監(jiān)測對倉儲安全的重要性，都使用云平臺（AWS vs 華為云）進行數(shù)據(jù)匯聚和分析。
   • 異同點： 亞馬遜系統(tǒng)規(guī)模巨大，深度依賴AWS生態(tài)系統(tǒng)，與機器人自動化系統(tǒng)緊密耦合。其傳感器網(wǎng)絡可能更復雜（如分布式溫度監(jiān)測網(wǎng)格）。您的設計是獨立、專注環(huán)境監(jiān)控本身的基礎(chǔ)系統(tǒng)。
3. 羅克韋爾自動化 FactoryTalk 智能傳感器方案：
   • 案例描述： 羅克韋爾提供支持IO-Link通信協(xié)議的智能傳感器（包括溫濕度、氣體、壓力等）和配套的網(wǎng)關(guān)、軟件(FactoryTalk Hub)。這些傳感器將原始數(shù)據(jù)和處理后的信息通過IO-Link發(fā)送到網(wǎng)關(guān)（可能基于ARM處理器，性能類似STM32F4/H7），再通過以太網(wǎng)/MQTT上傳至SCADA或云平臺。優(yōu)勢在于簡化布線、遠程配置診斷、獲取更豐富數(shù)據(jù)。
   • 與您設計的關(guān)聯(lián)： 最終目標相似（環(huán)境監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)化），都涉及傳感器數(shù)據(jù)采集、邊緣處理/網(wǎng)關(guān)、云/上位機連接。
   • 異同點： 羅克韋爾方案強調(diào)智能傳感器和IO-Link工業(yè)通信協(xié)議，提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量和可管理性，但傳感器和協(xié)議成本顯著高于您設計中使用的模擬/簡單數(shù)字傳感器和直接I2C/ADC讀取方式。您的設計更注重成本效益和通用性。

國外趨勢總結(jié)：

• 工業(yè)4.0/IIoT驅(qū)動： 環(huán)境監(jiān)控作為IIoT的重要應用場景，深度融入數(shù)字化工廠架構(gòu)。
• 強調(diào)開放標準與互操作性： OPC UA, MQTT, IO-Link等開放標準被廣泛采用，促進不同廠商設備集成。
• 邊緣智能： 在網(wǎng)關(guān)上或智能傳感器端進行更多數(shù)據(jù)預處理、濾波和本地決策，減少云端負擔和延遲。
• 預測性維護與高級分析： 利用云端大數(shù)據(jù)和AI/ML技術(shù)，對環(huán)境系統(tǒng)設備（如風機、傳感器本身）進行健康狀態(tài)監(jiān)測和預測性維護，并優(yōu)化環(huán)境控制策略。

結(jié)論：

國內(nèi)外在工業(yè)倉庫環(huán)境智能監(jiān)控領(lǐng)域的研究和應用已相當深入，大型企業(yè)和工業(yè)自動化巨頭主導著高端、集成化的解決方案。同時，基于通用MCU(如STM32)、標準傳感器、WiFi模塊和公有云平臺（如華為云IoT、AWS IoT Core）的經(jīng)濟型方案，因其成本優(yōu)勢和快速部署能力，在國內(nèi)中小企業(yè)市場得到了廣泛應用和推廣。

您的設計方案精準定位在這一經(jīng)濟實用的細分市場，采用了經(jīng)過驗證的主流技術(shù)和組件（STM32F103C8T6, SHT30, MQ系列, ESP8266, MQTT, 華為云IoT），并兼顧了本地顯示（LCD）和深度遠程分析（Qt上位機）的需求，具備較高的實用價值和市場潛力。其核心價值在于以較低的成本實現(xiàn)工業(yè)倉庫環(huán)境監(jiān)控的關(guān)鍵功能閉環(huán)，符合當前國內(nèi)中小企業(yè)智能化升級的需求趨勢。

【6】摘要

本項目設計并實現(xiàn)了一種基于STM32F103C8T6單片機的工業(yè)倉庫環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，在實現(xiàn)對倉庫內(nèi)部溫濕度、煙霧、火焰以及有害氣體等環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測與異常處理。系統(tǒng)通過SHT30、MQ2、火焰?zhèn)鞲衅骷癕Q135等傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，利用繼電器控制風扇通風并通過蜂鳴器進行聲光報警。當環(huán)境參數(shù)異常時，系統(tǒng)可自動觸發(fā)報警機制并聯(lián)動風扇進行應急處理。同時，借助ESP8266 WiFi模塊，系統(tǒng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過MQTT協(xié)議上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)遠程環(huán)境監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析。上位機采用Qt5與C++開發(fā)，提供友好的可視化界面用于數(shù)據(jù)查看和歷史記錄管理。此外，系統(tǒng)配備本地LCD屏幕用于環(huán)境信息顯示。該系統(tǒng)具有響應速度快、功能完整、部署靈活、可擴展性強等優(yōu)點，適用于各類工業(yè)倉庫的環(huán)境安全監(jiān)測需求。

關(guān)鍵字：
STM32；環(huán)境監(jiān)控；倉庫安全；物聯(lián)網(wǎng)；MQTT；ESP8266；華為云；溫濕度；煙霧檢測；火焰報警

1.2 設計思路

本項目的設計思路圍繞“實時監(jiān)測、智能響應、遠程傳輸、可視化顯示”四個核心目標展開，采用模塊化設計方法，將環(huán)境采集、控制執(zhí)行、通信傳輸和人機交互等功能分別劃分為獨立模塊，并通過主控芯片STM32F103C8T6進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)與管理。

在環(huán)境參數(shù)采集方面，系統(tǒng)選用了具有代表性的傳感器：SHT30用于溫濕度測量，MQ2用于煙霧檢測，紅外火焰?zhèn)鞲衅饔糜诨鹪醋R別，MQ135用于有害氣體濃度檢測。這些傳感器通過I2C或模擬信號與STM32連接，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的高效采集。主控芯片周期性讀取傳感器數(shù)據(jù)并進行邏輯判斷，一旦某項參數(shù)超過設定閾值，即觸發(fā)異常處理機制。

在響應控制部分，系統(tǒng)設置了蜂鳴器和風扇兩個執(zhí)行裝置。當檢測到煙霧、火焰或有害氣體濃度異常時，系統(tǒng)立即啟動蜂鳴器發(fā)出警報，同時控制繼電器驅(qū)動風扇運行，以進行環(huán)境通風和應急處理。這種本地聯(lián)動響應機制確保了在斷網(wǎng)或延遲情況下，系統(tǒng)仍具備快速處理能力。

為實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能，系統(tǒng)集成了ESP8266 WiFi模塊，采用MQTT協(xié)議將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺。該方案具備通信效率高、協(xié)議輕量級、易于部署等優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)對多個倉庫的集中監(jiān)控和遠程數(shù)據(jù)管理。

在人機交互方面，系統(tǒng)通過1.44寸TFT LCD顯示屏將當前的環(huán)境參數(shù)信息實時呈現(xiàn)在現(xiàn)場人員面前，方便快速了解倉庫狀態(tài)。同時，配套的PC端上位機軟件基于Qt5與C++開發(fā)，提供圖形化界面，能夠?qū)崟r接收和展示數(shù)據(jù)，并支持歷史數(shù)據(jù)瀏覽與分析，進一步提升了系統(tǒng)的智能化水平與管理效率。

整體而言，本項目采用分層控制、模塊集成的設計方式，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定、功能協(xié)同、擴展便捷，具有良好的工程實用性與開發(fā)參考價值。

1.3 系統(tǒng)功能總結(jié)

功能類別	具體功能描述	對應模塊與器件
環(huán)境數(shù)據(jù)采集	實時采集溫度與濕度數(shù)據(jù)	SHT30數(shù)字溫濕度傳感器（I2C）
煙霧檢測	檢測倉庫內(nèi)部煙霧濃度，用于火災預警	MQ2煙霧傳感器（模擬信號）
火焰檢測	通過紅外識別火焰是否存在，判斷是否發(fā)生明火	紅外火焰?zhèn)鞲衅鳎ǜ叩碗娖捷敵觯?/td>
有害氣體檢測	檢測空氣中有害氣體濃度（如甲醛、氨氣等）	MQ135氣體傳感器（模擬信號）
本地報警	檢測到異常環(huán)境數(shù)據(jù)后啟動蜂鳴器進行報警提醒	高電平觸發(fā)有源蜂鳴器
自動通風控制	報警時自動啟動風扇進行通風排氣	繼電器 + 12V直流風扇
數(shù)據(jù)本地顯示	將實時溫濕度、煙霧、火焰、氣體狀態(tài)顯示在LCD屏上	1.44寸TFT LCD液晶屏（SPI接口）
無線數(shù)據(jù)上傳	將采集到的數(shù)據(jù)通過WiFi模塊上傳至華為云IoT平臺	ESP8266 WiFi模塊 + MQTT協(xié)議
云端遠程監(jiān)控	管理人員可通過云平臺遠程查看實時與歷史環(huán)境數(shù)據(jù)	華為云IoT平臺
上位機交互平臺	上位機軟件支持數(shù)據(jù)接收、展示、歷史分析和報警提示	Qt5 + C++ 開發(fā)的可視化上位機程序

1.4 開發(fā)工具的選擇

【1】設備端開發(fā)

硬件設備端的開發(fā)主要依賴于C語言，利用該語言直接操作硬件寄存器，確保系統(tǒng)運行的高效性和低延遲。C語言在嵌入式開發(fā)中具有廣泛的應用，它能夠直接訪問硬件，滿足對資源消耗和響應速度的嚴格要求。為了編寫高效、穩(wěn)定的代碼，開發(fā)工具選擇了Keil uVision 5作為主要的開發(fā)環(huán)境。Keil是一個專業(yè)的嵌入式開發(fā)工具，廣泛應用于基于ARM架構(gòu)的微控制器（如STM32）開發(fā)。Keil提供了完善的調(diào)試、編譯和仿真支持，能夠幫助在軟件開發(fā)過程中高效地進行調(diào)試、單步執(zhí)行以及斷點設置，確保開發(fā)的穩(wěn)定性和高效性。
STM32F103RCT6是項目中使用的主控芯片，它基于ARM Cortex-M3架構(gòu)，擁有強大的計算能力和豐富的外設接口。在硬件編程中，寄存器級編程是常用的方式，這要求開發(fā)者對芯片的硬件寄存器有深入的理解。在Keil環(huán)境中，通過STM32的寄存器直接控制GPIO、ADC、I2C、SPI等硬件接口，以滿足各個硬件模塊（如傳感器、執(zhí)行器、顯示屏等）與主控芯片的交互。使用寄存器編程能夠提供更高效、精確的控制，避免了外部庫的開銷，同時也能深入調(diào)控硬件特性，提升系統(tǒng)性能。

【2】上位機開發(fā)

本項目的上位機開發(fā)基于Qt 5框架，使用**C++**作為主要編程語言。Qt是一個跨平臺的應用開發(fā)框架，廣泛用于開發(fā)GUI應用程序。Qt提供了豐富的GUI組件和工具，能夠高效地實現(xiàn)圖形界面的設計與開發(fā)。C++則作為Qt的底層語言，具有高效的性能和良好的控制力，非常適合用于處理設備與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互、通信協(xié)議的實現(xiàn)和復雜的計算任務。在項目中，Qt被用于開發(fā)Windows平臺的桌面應用程序以及Android平臺的手機APP。Qt框架的跨平臺特性使得開發(fā)者能夠使用同一套代碼在不同操作系統(tǒng)上進行構(gòu)建和部署，大大提高了開發(fā)效率。

為了方便開發(fā)和調(diào)試，上位機的開發(fā)采用了Qt Creator作為主要的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。Qt Creator是一款由Qt官方提供的開發(fā)工具，專為Qt應用程序開發(fā)設計，支持C++、QML和JavaScript等語言。Qt Creator提供了豐富的功能，如代碼編輯、調(diào)試、構(gòu)建、版本控制集成等，能夠顯著提升開發(fā)者的生產(chǎn)力。在本項目中，Qt Creator為開發(fā)者提供了自動化構(gòu)建、界面設計工具（如Qt Designer）和調(diào)試工具（如QDebug和QML調(diào)試工具），使得開發(fā)過程更加高效和流暢。
上位機與硬件設備端的通信采用了基于TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸方式。為了實現(xiàn)這一功能，Qt提供了豐富的網(wǎng)絡編程支持，尤其是QTcpSocket和QTcpServer類，使得上位機能夠輕松地與硬件設備建立TCP連接，進行數(shù)據(jù)收發(fā)。上位機通過WIFI連接ESP8266-WIFI模塊，ESP8266模塊創(chuàng)建TCP服務器，上位機應用則作為客戶端連接到服務器，進行實時的數(shù)據(jù)傳輸與控制命令的下發(fā)。
為了滿足不同用戶的需求，本項目需要支持Windows平臺的桌面應用和Android平臺的移動APP。Qt的跨平臺特性使得開發(fā)人員能夠在一個代碼庫下完成多平臺應用的開發(fā)和移植。開發(fā)者僅需要編寫一次應用邏輯和用戶界面，就可以通過Qt的跨平臺構(gòu)建工具生成Windows和Android兩個平臺的可執(zhí)行文件。此外，Qt提供了豐富的文檔和社區(qū)支持，幫助開發(fā)者解決平臺差異和兼容性問題，確保應用在不同平臺上都能穩(wěn)定運行。

總體而言，上位機開發(fā)環(huán)境采用了Qt 5框架和C++語言，結(jié)合Qt Creator集成開發(fā)環(huán)境，提供了一個高效、穩(wěn)定、跨平臺的開發(fā)工具鏈。通過Qt強大的GUI設計、網(wǎng)絡通信、多線程支持以及數(shù)據(jù)庫管理功能，開發(fā)者能夠輕松實現(xiàn)與硬件設備的交互、控制設備、處理傳感器數(shù)據(jù)，并為用戶提供直觀、流暢的操作體驗。

1.5 模塊的技術(shù)詳情介紹

【1】ESP8266-WIFI模塊

ESP8266-WIFI模塊是一款功能強大的WiFi通信模塊，廣泛應用于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備中。它由Espressif Systems公司設計，并且由于其低功耗、較小的體積和較低的成本，成為了許多智能硬件項目的首選通信模塊。ESP8266不僅具備WiFi無線連接功能，還具有較高的處理能力和豐富的接口資源，使其成為實現(xiàn)無線通信的理想選擇。

ESP8266模塊內(nèi)置了一個完整的WiFi棧，可以直接作為WiFi客戶端或AP（Access Point）工作，支持無線網(wǎng)絡的連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N功能。在設計中，ESP8266支持多種網(wǎng)絡協(xié)議，最常見的是TCP/IP協(xié)議，允許設備與外部服務器或移動應用進行數(shù)據(jù)交換。其強大的功能使得它不僅可以連接到傳統(tǒng)的路由器，還可以直接創(chuàng)建一個WiFi熱點，支持設備與手機或其他WiFi設備的通信。

在硬件設計中，ESP8266模塊的另一大優(yōu)勢是其與微控制器的高兼容性。模塊通常通過串口（UART）與主控芯片進行通信，因此可以方便地與各種微控制器（如STM32、Arduino等）連接，進行數(shù)據(jù)傳輸。在本項目中，ESP8266模塊通過串口與STM32單片機相連接，負責將本地采集的健康數(shù)據(jù)上傳到Android手機APP中。數(shù)據(jù)傳輸采用的是TCP/IP協(xié)議，保證了通信的穩(wěn)定性和可靠性。

ESP8266模塊的低功耗特性也使其適用于嵌入式系統(tǒng)和移動設備中，尤其是在電池供電的項目中，能夠有效延長設備的使用時間。通過合理的睡眠模式和待機模式，ESP8266能夠在無需頻繁通信時降低功耗，從而優(yōu)化系統(tǒng)的能源使用。

ESP8266-WIFI模塊因其高集成度、低成本、強大的WiFi功能及廣泛的兼容性，成為了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中一個不可或缺的通信模塊。它不僅為各種嵌入式系統(tǒng)提供了便捷的無線網(wǎng)絡連接方案，還極大簡化了開發(fā)過程，使得開發(fā)者能夠?qū)Ｗ⒂诤诵墓δ艿膶崿F(xiàn)。本項目采用ESP8266模塊，便捷地實現(xiàn)了STM32與Android手機APP之間的實時數(shù)據(jù)傳輸，為健康檢測儀提供了可靠的無線通信能力。

【2】MQ135傳感器

MQ135氣體傳感器是一款常用于空氣質(zhì)量檢測的模擬型傳感器模塊，能夠檢測多種有害氣體的存在與濃度，包括氨氣（NH?）、硫化物（如H?S）、苯蒸氣、煙霧、酒精、甲醛（HCHO）、二氧化碳（CO?）等。由于其靈敏度高、響應速度快、使用方便，廣泛應用于空氣凈化器、環(huán)境監(jiān)測儀、智能家居及工業(yè)安全系統(tǒng)中。

該模塊的核心元件是MQ135氣敏電阻，其內(nèi)部由氧化錫（SnO?）為敏感材料組成。當目標氣體濃度增加時，傳感器內(nèi)部的電導率會發(fā)生變化，從而在輸出端產(chǎn)生相應的電壓變化。模塊一般帶有模擬電壓輸出（AO），有些版本還配有數(shù)字比較電路和可調(diào)電位器，可通過DO引腳輸出高低電平信號，用于閾值判斷。

MQ135的工作電壓通常為5V，預熱時間較長（一般為24~48小時），這對于其穩(wěn)定性和準確性有重要影響。在使用過程中，建議搭配STM32等微控制器的ADC模塊讀取其模擬輸出電壓，然后結(jié)合校準公式或查表方式換算出相對氣體濃度值。由于傳感器對溫度和濕度較敏感，因此建議在使用時進行環(huán)境補償或通過多點校準提高精度。

MQ135氣體傳感器具有成本低、應用靈活、支持多種有害氣體檢測的優(yōu)點，非常適合用于本項目的工業(yè)倉庫空氣質(zhì)量監(jiān)控場景，能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)有害氣體泄漏，為環(huán)境安全提供有效保障。

【3】SHT30模塊

SHT30數(shù)字溫濕度傳感器是一款高精度、穩(wěn)定性強的環(huán)境溫濕度檢測傳感器模塊，廣泛應用于氣象監(jiān)測、智能家居、工業(yè)自動化等領(lǐng)域。該傳感器由Sensirion公司設計，集成了溫度和濕度測量功能，并內(nèi)置數(shù)字信號處理電路，直接輸出數(shù)字化測量數(shù)據(jù)，極大地簡化了與微控制器的接口設計。

SHT30采用I2C通信接口，支持標準的I2C協(xié)議，方便與STM32等主控芯片連接。其測量范圍寬泛，溫度測量范圍一般為-40℃至+125℃，濕度測量范圍為0%RH至100%RH，且測量精度高，溫度誤差通常在±0.3℃左右，濕度誤差約為±2%RH，滿足工業(yè)級環(huán)境監(jiān)測需求。傳感器響應速度快，具備自我校準功能，保證了數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性。

該模塊內(nèi)部還集成了防干擾電路和補償算法，有效抵抗環(huán)境干擾，保證測量數(shù)據(jù)的可靠性。同時，SHT30傳感器功耗低，適合長期在線監(jiān)測使用。通過讀取其數(shù)字寄存器中的數(shù)據(jù)，主控芯片可以方便地獲取溫濕度值，無需復雜的模擬信號處理，提高系統(tǒng)整體的設計效率和穩(wěn)定性。

SHT30數(shù)字溫濕度傳感器模塊憑借其高精度、數(shù)字輸出、易集成的特點，是工業(yè)倉庫環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)溫濕度實時監(jiān)測的理想選擇，為保障倉庫環(huán)境的安全與穩(wěn)定提供了堅實的傳感技術(shù)支持。

1.6 華為云服務器的屬性

本項目中上傳到華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺的屬性字段應涵蓋所有關(guān)鍵的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)信息，確保云端能夠完整、準確地展示與分析倉庫當前環(huán)境狀況。

---

上傳到華為云的屬性字段（字段名及類型）：

1. temperature（float）
   當前溫度值（單位：℃），來自SHT30溫濕度傳感器。
2. humidity（float）
   當前相對濕度值（單位：%RH），來自SHT30傳感器。
3. smoke_level（int 或 float）
   煙霧濃度等級或模擬值，來自MQ2傳感器。
4. gas_level（int 或 float）
   有害氣體濃度等級或模擬值，來自MQ135傳感器。
5. flame_detected（bool 或 int）
   火焰檢測狀態(tài)，0表示未檢測到火焰，1表示檢測到火焰（來自紅外火焰?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)字信號）。
6. fan_status（bool 或 int）
   風扇運行狀態(tài)，0表示關(guān)閉，1表示已啟動（繼電器控制狀態(tài)）。
7. buzzer_status（bool 或 int）
   蜂鳴器狀態(tài)，0表示關(guān)閉，1表示報警中。
8. alarm_status（int）
   報警狀態(tài)碼，用于表示報警原因（例如：0=正常，1=溫濕度超限，2=煙霧報警，3=火焰報警，4=氣體泄漏等）。
9. timestamp（string 或 long）
   數(shù)據(jù)采集時間戳，建議統(tǒng)一采用UTC格式，便于云端記錄與分析歷史數(shù)據(jù)。

---

可選擴展字段：

• device_id（string）：設備編號，便于云端識別多個監(jiān)控終端。
• signal_strength（int）：WiFi信號強度，用于監(jiān)控通信質(zhì)量。

---

這些字段可根據(jù)華為云IoT平臺的設備模型（產(chǎn)品模型）進行定義與映射，通過MQTT協(xié)議定期或?qū)崟r上報。字段名稱可自定義，但需在設備產(chǎn)品建模階段統(tǒng)一設定，并與STM32端代碼保持一致。上傳格式通常為JSON格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如：

{
  "temperature": 25.3,
  "humidity": 60.5,
  "smoke_level": 220,
  "gas_level": 180,
  "flame_detected": 0,
  "fan_status": 1,
  "buzzer_status": 1,
  "alarm_status": 2,
  "timestamp": "2025-06-26T21:15:00Z"
}

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 設備接入云服務）提供海量設備的接入和管理能力，將物理設備聯(lián)接到云，支撐設備數(shù)據(jù)采集上云和云端下發(fā)命令給設備進行遠程控制，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)務應用和設備。

物聯(lián)網(wǎng)平臺作為連接業(yè)務應用和設備的中間層，屏蔽了各種復雜的設備接口，實現(xiàn)設備的快速接入；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。

設備可以通過固網(wǎng)、2G/3G/4G/5G、NB-IoT、Wifi等多種網(wǎng)絡接入物聯(lián)網(wǎng)平臺，并使用LWM2M/CoAP、MQTT、HTTPS協(xié)議將業(yè)務數(shù)據(jù)上報到平臺，平臺也可以將控制命令下發(fā)給設備。

業(yè)務應用通過調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)平臺提供的API，實現(xiàn)設備數(shù)據(jù)采集、命令下發(fā)、設備管理等業(yè)務場景。

2.2 開通物聯(lián)網(wǎng)服務

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

開通免費單元。

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，點擊詳情。 可以看到標準版實例的設備接入端口和地址。

下面框起來的就是端口號和域名

點擊實例名稱，可以查看當前免費單元的配置情況。

開通之后，點擊接入信息，也能查看接入信息。 我們當前設備準備采用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： dab1a1f2c6.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 10.0.19045.5011]
(c) Microsoft Corporation。保留所有權(quán)利。

C:UsersLenovo>ping dab1a1f2c6.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

正在 Ping dab1a1f2c6.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: 字節(jié)=32 時間=37ms TTL=44
來自 117.78.5.125 的回復: 字節(jié)=32 時間=37ms TTL=44
來自 117.78.5.125 的回復: 字節(jié)=32 時間=37ms TTL=44
來自 117.78.5.125 的回復: 字節(jié)=32 時間=37ms TTL=44

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 = 37ms，最長 = 37ms，平均 = 37ms

C:UsersLenovo>

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端口合適。

2.3 創(chuàng)建產(chǎn)品

鏈接：https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-dev/all-product?instanceId=03c5c68c-e588-458c-90c3-9e4c640be7af

（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備端上傳到服務器的數(shù)據(jù)名字。

先點擊自定義模型。

再創(chuàng)建一個服務ID。

接著點擊新增屬性。

2.4 添加設備

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備。添加的設備最終需要與真實的設備關(guān)聯(lián)在一起，完成數(shù)據(jù)交互。

（1）注冊設備

（2）根據(jù)自己的設備填寫

（3）保存設備信息

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）設備創(chuàng)建完成

（5）設備詳情

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)絡環(huán)境中的物聯(lián)網(wǎng)設備提供可靠的網(wǎng)絡服務。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，低計算能力的設備，做了特殊的優(yōu)化，使得其能適應各種物聯(lián)網(wǎng)應用場景。目前MQTT擁有各種平臺和設備上的客戶端，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)絡連接；所以，只要具備TCP協(xié)議棧的網(wǎng)絡設備都可以使用MQTT協(xié)議。 本次設備采用的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

對于設備而言，一般會訂閱平臺下發(fā)消息給設備 這個主題。

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

如果設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":{"你的字段名字1":30,"你的字段名字2":10,"你的字段名字3":1,"你的字段名字4":0}}]}

2.6 MQTT三元組

MQTT協(xié)議登錄需要填用戶ID，設備ID，設備密碼等信息，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服務器地址

要登錄MQTT服務器，首先記得先知道服務器的地址是多少，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，填入設備的信息（也就是剛才創(chuàng)建完設備之后保存的信息），點擊生成，就可以得到MQTT的登錄信息了。

下面是打開的頁面：

填入設備的信息： （上面兩行就是設備創(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備來登錄平臺。測試與服務器通信是否正常。

MQTT軟件下載地址【免費】： https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/89928772

（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服務器:  117.78.5.125
MQTT端口號:  183

//物聯(lián)網(wǎng)服務器的設備信息
#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":{"你的字段名字1":30,"你的字段名字2":10,"你的字段名字3":1,"你的字段名字4":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

設備影子介紹：

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

簡單來說：設備影子就是保存，設備最新上傳的一次數(shù)據(jù)。

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

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體，就是返回的影子數(shù)據(jù)。

設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、Qt開發(fā)入門與環(huán)境搭建

當前項目的上位機是采用Qt開發(fā)的，這一章節(jié)主要是介紹Qt開發(fā)環(huán)境的安裝，以及Qt開發(fā)環(huán)境入門的使用。如果你Qt沒有任何基礎(chǔ)，建議仔細看一遍。

3.1 Qt是什么？

Qt 是一個功能強大、跨平臺的應用程序開發(fā)框架，主要用于創(chuàng)建圖形用戶界面（GUI）應用程序，但它不僅僅局限于GUI編程。它由挪威的奇趣科技（TrollTech）最初于1991年開發(fā)，并在后續(xù)的發(fā)展歷程中經(jīng)歷了多次所有權(quán)變更，包括諾基亞和Digia等公司接手，現(xiàn)在Qt屬于The Qt Company所有。

Qt 主要特點和優(yōu)勢包括：

（1）跨平臺：Qt 支持多種操作系統(tǒng)，開發(fā)者可以使用同一份源代碼在不同平臺上編譯運行，如Windows、Linux、macOS、Android以及各種嵌入式系統(tǒng)（如RTOS），實現(xiàn)“一次編寫，到處編譯”。

（2）C++ 開發(fā)：Qt 的核心是基于C++編程語言構(gòu)建，提供了一套豐富的類庫，通過面向?qū)ο蟮脑O計方式簡化了開發(fā)過程。

（3）圖形用戶界面：Qt 提供了完整的GUI組件集，包含窗口、按鈕、標簽、文本框等各種標準控件，以及布局管理器、樣式表等功能，使得開發(fā)者能夠高效地創(chuàng)建美觀且功能完善的桌面應用或移動應用界面。

（4）工具鏈完整：Qt 包含一系列集成開發(fā)環(huán)境（IDE）和輔助工具，例如Qt Creator是一個全能的跨平臺IDE，Qt Designer用于可視化拖拽設計UI界面，Qt Linguist支持國際化資源文件的翻譯，還有Qt Assistant和大量文檔資源方便開發(fā)者的使用。

（5）非GUI功能豐富：除了GUI功能外，Qt 還提供了眾多非圖形化功能模塊，如網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)庫訪問、XML處理、多媒體處理（音頻視頻）、文件I/O、線程與并發(fā)處理、OpenGL和3D圖形渲染等。

（6）元對象系統(tǒng)：Qt 使用元對象系統(tǒng)（Meta-Object System, MOC）實現(xiàn)了信號與槽機制（Signals and Slots），這是一種高級事件處理機制，允許在不同對象之間安全地進行異步通信。

（7）可擴展性與靈活性：Qt 架構(gòu)高度靈活，支持插件體系結(jié)構(gòu)，開發(fā)者可以根據(jù)需要自定義組件并輕松地集成到Qt應用中。

Qt 以其強大的跨平臺能力和全面的功能集合成為許多企業(yè)和個人開發(fā)者選擇用來開發(fā)高性能、高穩(wěn)定性的應用程序的重要工具之一，被廣泛應用于各類桌面軟件、嵌入式設備、移動應用以及服務器端組件等領(lǐng)域。

3.2 Qt版本介紹

在Qt發(fā)行版本中將要涉及兩個版本：Qt商業(yè)授權(quán)和Qt開源授權(quán)。

（1）Qt商業(yè)授權(quán)是設計商業(yè)軟件的開發(fā)環(huán)境，這些商業(yè)軟件使用了傳統(tǒng)的商業(yè)來發(fā)布，它包含了一些更新的功能、技術(shù)上的支持和大量的解決方案，開發(fā)了使用于行業(yè)的一些特定的組件，有一些特殊的功能只在商業(yè)用戶中使用。

（2）Qt開源授權(quán)是用來開發(fā)開源的軟件，它提供了一些免費的支持，并遵循QPL協(xié)議。

開放源代碼是免費的軟件，不牽涉用戶的某些權(quán)益。任何人都有使用開源軟件和參與它的修改的機會，這就意味著其他的人同樣可獲得你開發(fā)的代碼。目前 Qt 的開源授權(quán)有兩種，一種是 GPL 授權(quán)，另一種是 LGPL 授權(quán)。

3.3 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。

如果下載不了，可以在網(wǎng)盤里找到安裝包下載： 飛書文檔記錄的網(wǎng)盤地址：https://ccnr8sukk85n.feishu.cn/wiki/QjY8weDYHibqRYkFP2qcA9aGnvb?from=from_copylink

安裝的時候，第一個復選框里勾選一個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：

3.4 開發(fā)第一個QT程序

在QT開發(fā)過程中，可以手動編寫代碼也可以使用UI設計師直接拖拽控件的方式編寫界面和布局，在實際的開發(fā)過程中一般是兩種方式結(jié)合使用，提高開發(fā)效率。

本小節(jié)用一個簡單的 “Hello QT” 程序介紹一下使用QtCreator新建工程的步驟。

（1）打開QtCreator軟件，選擇New Project，新建一個工程。

（2）項目模板選擇QT Widgets Application

（3）設置項目名稱和存放路徑

注意：QT項目路徑和名稱不能出現(xiàn)中文字符。

（4）編譯工具套件選擇

編譯工具套件可以后面自己增加，比如增加Android的。套件是指 Qt 程序從編譯鏈接到運行環(huán)境的全部工具和 Qt 類庫的集合。

（5）設置生成的類信息

在類信息設置界面選擇基類，目前有三種基類：QMainWindow，QWidget，QDialog。在基類里選擇QMainWindow，類名和文件名會根據(jù)基類自動修改，一般不需要修改，默認即可。

（6）項目管理

在項目管理界面可以設置作為子項目，以及加入版本控制系統(tǒng)。這兩個功能暫時用不到，都用默認的 ，然后點擊 “完成”。

（7）創(chuàng)建完成

（8） 編輯代碼

展開main.cpp文件，添加內(nèi)容如下：

#include "mainwindow.h"
#include <QApplication>
#include <QDebug>
#include <QLabel>
int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    //MainWindow w;
    //w.show();
    QLabel *label =new QLabel("Hello Qt!");
    label->setGeometry(400,100,100,20);
    label->show();
    return a.exec();
}

代碼解析：

1)	#include <QApplication>和 #include <QLabel>是QT的類聲明頭文件，對于每個QT類都有一個與該類同名的頭文件，在這個頭文件包含了對該類的定義。
2)	main(int argc, char *argv[]) ：main函數(shù)的標準寫法。
3)	QApplication a(argc, argv)：創(chuàng)建一個QApplication對象，用于管理應用程序的資源，QApplication類的構(gòu)造函數(shù)需要兩個參數(shù)。
4)	QLabel *label =new QLabel("Hello Qt!") ：創(chuàng)建QLabel窗口部件，QLabel是一個Qt提供的窗口部件，可以用來顯示一行文本。
5)	label->setGeometry(400,100,100,20) ： 設置控件顯示的位置。
6)	label->show()：使Qlabel創(chuàng)建的窗口可見，就是顯示設置的文本。
7)	return a.exec()：應用程序?qū)⒖刂茩?quán)傳遞給QT，讓程序進入消息循環(huán)。等待可能的菜單，工具條，鼠標等的輸入，進行響應。

（9）行程序

運行程序可以點擊左下角的三角形符號或者按下快捷鍵Ctrl+R。

3.5 調(diào)試輸出

QT中使用QDebug類輸出調(diào)試信息。主要用于調(diào)試代碼，類似于std::cout的替代品，支持QT的數(shù)據(jù)類型。使用前需要包含頭文件。

調(diào)試輸出的分類

qDebug	調(diào)試信息提示
qWarning	一般的警告提示
qCritical	嚴重錯誤提示
qFatal	致命錯誤提示

示例代碼：

qDebug("調(diào)試信息輸出");
qWarning("一般警告信息輸出");
qCritical("嚴重錯誤輸出");
qFatal("致命錯誤輸出");

qDebug輸出的信息會打印到QT軟件下邊的輸出面板。

在上節(jié)的HelloQt工程上加上調(diào)試輸出代碼，增加的main.cpp代碼如下：

#include "mainwindow.h"
#include <QApplication>
#include <QDebug>
int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    //MainWindow w;
    //w.show();
    qDebug()<<"QT調(diào)試信息輸出";
    int data_int=8888;
    qDebug()<<data_int;
    float data_float=123.888;
    qDebug()<<data_float;
    return a.exec();
}

運行程序，觀察輸出的調(diào)試信息：

3.6 QT Creator常用的快捷鍵

掌握一些適用的快捷鍵，可以提高程序開發(fā)的效率。

（1）F1 鍵，快速切換光標選中的函數(shù)或者類的幫助信息，按一次半屏顯示，按下兩次全屏顯示。

（2）F2 鍵，快速切換到光標選中的函數(shù)或者類的源碼定義處。

（3）F4鍵，快速在源文件和頭文件之間切換。

（4）Ctrl(按住)+ Tab，快速切換已打開的文件

（5）Ctrl+ I ，縮進光標選中行代碼（自動與上層代碼對齊）。

（6）Ctrl + / ，快速注釋或者取消注釋光標選中行。

（7）快速修改全局變量名

鼠標光標選中變量名，按下Ctrl+Shift+R，當變量名稱出現(xiàn)紅色框表示已經(jīng)激活全局修改功能。修改一處，整個工程對應變量名稱全部會修改。修改完畢之后，光標移開，再按下Ctrl+Shift+R保存修改。

（8）快速修改全局函數(shù)名

快捷方式與變量修改一樣按下Ctrl+Shift+R，一處修改整個工程對應的函數(shù)名稱也會跟著改。選中函數(shù)后，按下Ctrl+Shift+R后整個工程的對應的函數(shù)名會高亮，并且在軟件下方彈出修改框。

3.7 QT幫助文檔

Qt 幫助文檔太多，難以全部翻譯成中文，即使翻譯了一部分，翻譯花的時間太多，翻譯更新的時效性也難以保證，最終還是得看英文幫助，QtCreator 集成了幫助系統(tǒng)，查找非常方便。

打開QtCreator，選擇菜單欄的最左邊的幫助選項，界面如下：

（1）查看Qlabel控件的幫助信息：

3.8 UI設計師使用

上節(jié)的Hello QT程序使用純C++代碼編寫，這一節(jié)使用QT界面設計模式實現(xiàn)與上一節(jié)Hello QT程序一樣的功能。仿照著上節(jié)新創(chuàng)建一個工程。雙擊打開mainwindow.ui文件，進入到UI設計界面。

（1）拖一個Label控件到編輯區(qū)，雙擊Label控件可以修改文本內(nèi)容。

（2）運行程序可以點擊左下角的三角形符號或者按下快捷鍵Ctrl+R。

（3）UI設計師界面功能介紹

3.9 按鈕控件組

QT Creator UI設計師界面的按鈕組截圖如下：

以下是對按鈕組控件的一些功能介紹：

（1）Push Button按壓按鈕：最普通的按鈕，按(點擊)按鈕命令計算機執(zhí)行一些動作，或者回答問題，比如windows開始菜單里的重啟，注銷，關(guān)機等按鈕。

（2）Tool Button工具按鈕：工具按鈕通常是一個集合，一般集成在工具欄里。比如打開，保存，復制，粘貼，剪切等常用的操作。

（3）Radio Button單選按鈕：單選按鈕通常是兩個以上的形式出現(xiàn)在一塊，按鈕之間有互斥關(guān)系，每次只能選中一個。比如：一個人的性別只能選擇一個，不能同時是男性又是女性。

（4）Check Box復選框：復選框與單選按鈕概念相反，復選框通常表示多個可以同時存在的選項，比如一個人可以同時擁有多個愛好，比如讀書、看電影、爬山、游泳等。

（5）Command Link Button命令鏈接按鈕：一般用來打開的窗口或者網(wǎng)頁鏈接。

（6）Dialog Button Box標準按鈕盒：標準按鈕盒通常用于對話框程序；比如：常見的確認對話框有 “確定”“取消”等標準按鈕，Qt 將這些典型的按鈕做成標準按鈕盒，并將相應的信號加以封裝，方便程序員使用。

3.10 布局控件組

開發(fā)一個圖形界面應用程序，界面的布局影響到界面的美觀。前面的程序中都是使用UI界面拖控件，如果有多個按鈕，會出現(xiàn)大小難調(diào)整、位置難對齊等問題。Qt 提供的“布局管理“就很好的解決了控件擺放的問題。

以下是UI設計師界面的布局相關(guān)控件組：

功能介紹：

（1）Vertical Layout：垂直布局

（2）Horizontal Layout：水平布局

（3）Grid Layout：網(wǎng)格布局

（4）Form Layout：窗體中布局

（5）Horizontal Spacers：水平空格，在布局中用來占位。

（6）Vertical Spacer：垂直空格，在布局中用來占位。

3.11 基本布局控件

在UI設計界面添加一個布局控件，然后將需要布局的其他控件放入布局控件中即可完成布局，布局控件可以互相嵌套使用。（本節(jié)只介紹基本布局控件的使用）

以下是4種布局控件的效果：

3.12 UI設計師的布局功能

在UI設計界面的左上角有一排快捷的布局選項，使用時選中兩個以上的控件，點擊其中一種布局方式就可以切換布局。

以下為布局的簡單示例圖：

（1）為布局的選項。

（2）控件層次圖，可以看到控件的布局擺放層次。

如果想要控制某個控件的固定大小，不隨著布局改變大小，可以限定最大最小尺寸。選中控件鼠標右鍵–>大小限定->設置大小。

水平布局與垂直布局：

水平布局將控件按照水平方式擺放，垂直布局將控件按照垂直方式擺放。鼠標拖動紅色布局框上的黑色方點，可以調(diào)整布局框的大小。隨著布局框的尺寸變化，包含的控件高度不會變化，寬度會隨著布局框變化。選中其中一個控件然后鼠標右鍵>點擊大小限定，可以限定控件的最大和最小尺寸。

分裂器水平布局與垂直布局：

分裂器方式布局，包含控件的高度和寬度都會隨著布局框的拉伸而改變。選中其中一個控件然后鼠標右鍵>點擊大小限定，可以限定控件的最大和最小尺寸。

窗體中布局與柵格布局：

柵格（網(wǎng)格）布局器的基本單元是單元格，而窗體中布局（表單）的基本單元是行。隨著布局框的尺寸變化，包含的控件高度不會變化，寬度會隨著布局框變化。

設置主窗體布局方式：

設置主窗體的布局方式后，包含在主窗體內(nèi)的控件會隨著窗體的拉伸自動調(diào)整大小。

四、上位機開發(fā)

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：

如果下載不了，可以在網(wǎng)盤里找到安裝包下載： 飛書文檔記錄的網(wǎng)盤地址：https://ccnr8sukk85n.feishu.cn/wiki/QjY8weDYHibqRYkFP2qcA9aGnvb?from=from_copylink

軟件安裝時斷網(wǎng)安裝，否則會提示輸入賬戶。

安裝的時候，第一個復選框里的編譯器可以全選，直接點擊下一步繼續(xù)安裝。

選擇編譯器： （一定要看清楚了）

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設計上位機，設計界面，完成整體上位機的邏輯設計。

【1】新建工程

【2】設置項目的名稱。

【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 切換編譯器

在左下角是可以切換編譯器的。 可以選擇用什么樣的編譯器編譯程序。

目前新建工程的時候選擇了2種編譯器。 一種是mingw32這個編譯Windows下運行的程序。 一種是Android編譯器，可以生成Android手機APP。

不過要注意：Android的編譯器需要配置一些環(huán)境才可以正常使用，這個大家可以網(wǎng)上找找教程配置一下就行了。

windows的編譯器就沒有這么麻煩，安裝好Qt就可以編譯使用。

下面我這里就選擇的 mingw32這個編譯器，編譯Windows下運行的程序。

4.4 編譯測試功能

創(chuàng)建完畢之后，編譯測試一下功能是否OK。

點擊左下角的綠色三角形按鈕。

正常運行就可以看到彈出一個白色的框框。這就表示工程環(huán)境沒有問題了。 接下來就可以放心的設計界面了。

4.5 設計UI界面與工程配置

【1】打開UI文件

打開默認的界面如下：

【2】開始設計界面

根據(jù)自己需求設計界面。

4.6 設計代碼

【1】獲取token

調(diào)用華為云的API都需要填token參數(shù)，先看幫助文章，了解如何獲取token。

幫助文檔：https://support.huaweicloud.com/api-iam/iam_30_0001.html

根據(jù)幫助文檔，寫完成下面代碼編寫：

這段代碼的功能是通過華為云IAM服務獲取Token，以便后續(xù)調(diào)用華為云API時使用。以下是代碼的詳細功能解釋：

---

1. 設置功能標識

function_select = 3;

• function_select是一個標識變量，用于區(qū)分當前請求的功能類型。這里設置為3，表示當前請求是獲取Token。

---

2. 構(gòu)造請求URL

QString requestUrl;
QNetworkRequest request;

// 設置請求地址
QUrl url;

// 獲取token請求地址
requestUrl = QString("https://iam.%1.myhuaweicloud.com/v3/auth/tokens")
             .arg(SERVER_ID);

• 構(gòu)造獲取Token的請求URL，URL格式為：https://iam.{SERVER_ID}.myhuaweicloud.com/v3/auth/tokens。
• SERVER_ID是華為云服務器的區(qū)域ID（如cn-north-1），通過QString的arg方法動態(tài)替換到URL中。

---

3. 設置請求頭

// 設置數(shù)據(jù)提交格式
request.setHeader(QNetworkRequest::ContentTypeHeader, QVariant("application/json;charset=UTF-8"));

• 設置HTTP請求頭，指定請求體的數(shù)據(jù)格式為application/json;charset=UTF-8，表示發(fā)送的數(shù)據(jù)是JSON格式。

---

4. 設置請求URL

// 構(gòu)造請求
url.setUrl(requestUrl);
request.setUrl(url);

• 將構(gòu)造好的URL設置到QUrl對象中，并將其綁定到QNetworkRequest對象。

---

5. 構(gòu)造請求體

QString text = QString("{"auth":{"identity":{"methods":["password"],"password":"
"{"user":{"domain": {"
""name":"%1"},"name": "%2","password": "%3"}}},"
""scope":{"project":{"name":"%4"}}}}")
        .arg(MAIN_USER)
        .arg(IAM_USER)
        .arg(IAM_PASSWORD)
        .arg(SERVER_ID);

• 構(gòu)造JSON格式的請求體，用于向華為云IAM服務請求Token。請求體包含以下字段：
  • auth：認證信息。
    • identity：身份信息。
      • methods：認證方法，這里使用密碼認證（password）。
      • password：密碼認證的具體信息。
        • user：用戶信息。
          • domain：用戶所屬的域名。
            • name：域名名稱（MAIN_USER）。
          • name：用戶名（IAM_USER）。
          • password：用戶密碼（IAM_PASSWORD）。
    • scope：請求的范圍。
      • project：項目信息。
        • name：項目名稱（SERVER_ID）。
• 使用QString的arg方法動態(tài)替換請求體中的變量（如MAIN_USER、IAM_USER等）。

---

6. 發(fā)送HTTP POST請求

// 發(fā)送請求
manager->post(request, text.toUtf8());

• 使用QNetworkAccessManager的post方法發(fā)送HTTP POST請求。
• request是構(gòu)造好的請求對象，text.toUtf8()是將請求體轉(zhuǎn)換為UTF-8編碼的字節(jié)數(shù)組。

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7. 總結(jié)

這段代碼的核心功能是：

1. 構(gòu)造獲取Token的HTTP請求：包括請求URL、請求頭和請求體。
2. 發(fā)送請求：通過QNetworkAccessManager發(fā)送POST請求，向華為云IAM服務請求Token。
3. Token的作用：獲取到的Token將用于后續(xù)調(diào)用華為云API時的身份驗證。

通過這段代碼，QT上位機能夠獲取華為云的Token，為后續(xù)的設備數(shù)據(jù)查詢、控制等操作提供身份驗證支持。

【2】獲取影子數(shù)據(jù)

前面章節(jié)介紹了影子數(shù)據(jù)獲取接口。下面是對應編寫的代碼：

這段代碼的功能是向華為云IoT平臺查詢設備的屬性信息（設備狀態(tài)）。以下是對代碼的詳細功能含義解釋：

代碼功能含義解釋：

（1）function_select = 0;

• 這行代碼設置function_select為0，表示當前操作是查詢設備屬性。這個變量用于標識不同的操作，可以幫助后續(xù)根據(jù)不同的操作類型執(zhí)行不同的處理邏輯。

（2）QString requestUrl; QNetworkRequest request;

• requestUrl：用于存儲請求的URL地址，后續(xù)將構(gòu)造一個用于查詢設備屬性的URL。
• request：用來封裝HTTP請求的對象，包含請求的所有信息，包括請求頭、URL等。

（3）QUrl url;

• url：用于存儲并處理請求的URL對象，確保請求使用正確的地址。

（4）構(gòu)造請求URL：

requestUrl = QString("https://%1:443/v5/iot/%2/devices/%3/shadow")
             .arg(IP_ADDR)
             .arg(PROJECT_ID)
             .arg(device_id);

這行代碼構(gòu)建了一個URL，用于查詢設備的狀態(tài)（屬性）。URL包括了：

IP_ADDR：華為云IoT平臺的IP地址或域名。

PROJECT_ID：項目的ID，用于區(qū)分不同的項目。

device_id：設備的唯一標識符，用于查詢指定設備的屬性。

:443指定使用HTTPS協(xié)議（端口443）進行安全通信。

最終構(gòu)造出的URL形如：https://<IP_ADDR>:443/v5/iot/<PROJECT_ID>/devices/<device_id>/shadow，這是查詢設備狀態(tài)的API接口。

（1）request.setHeader(QNetworkRequest::ContentTypeHeader, QVariant("application/json"));

• 設置請求頭的內(nèi)容類型為application/json，表明請求體中的數(shù)據(jù)格式是JSON。

（2）request.setRawHeader("X-Auth-Token", Token);

• 設置請求頭中的X-Auth-Token字段，傳遞身份驗證令牌（Token）。這個令牌用于驗證請求的合法性，確保只有授權(quán)的用戶可以查詢設備的狀態(tài)。

（3）url.setUrl(requestUrl);

• 將前面構(gòu)建好的請求URL賦值給url對象，確保后續(xù)的請求使用正確的URL。

（4）request.setUrl(url);

• 將url對象設置到request對象中，準備發(fā)送請求。

（5）manager->get(request);

• 使用QNetworkAccessManager的get方法發(fā)送GET請求，查詢設備的屬性。request中包含了URL、請求頭以及Token等信息，服務器接收到請求后將返回設備的屬性信息（如設備狀態(tài)、屬性值等）。

代碼整體功能：

該代碼實現(xiàn)了通過華為云IoT平臺的API查詢設備的屬性信息。具體步驟包括：

1. 構(gòu)造查詢設備屬性的API請求URL。
2. 設置請求頭，指定數(shù)據(jù)格式為JSON，并傳遞Token進行身份驗證。
3. 使用QNetworkAccessManager發(fā)送GET請求，向服務器請求設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)。
4. 服務器將返回設備的屬性數(shù)據(jù)，供后續(xù)處理。

總結(jié)：

這段代碼的功能是向華為云IoT平臺查詢指定設備的屬性信息，并通過GET請求將設備的狀態(tài)返回給客戶端。通過Token進行身份驗證，確保請求的合法性。

【3】解析數(shù)據(jù)更新界面

根據(jù)接口返回的數(shù)據(jù)更新界面。

【4】判斷設備是否離線

這段代碼用于判斷設備是否離線。通過獲取設備上傳到服務器數(shù)據(jù)的時間與本地的系統(tǒng)時間差進行對比。

這段代碼的核心功能是通過比較設備上傳數(shù)據(jù)的時間和本地系統(tǒng)時間來判斷設備是否處于離線狀態(tài)，以下是其詳細解釋：

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（1）功能分析

顯示最新更新時間

ui->label_update_time->setText("最新時間:" + update_time);

將設備上傳的最新時間 update_time 顯示在界面上的 label_update_time 控件中，格式為 最新時間:yyyy-MM-dd HH:mm:ss。

方便用戶了解設備數(shù)據(jù)的最近更新時間。

獲取本地當前時間

QDateTime currentDateTime = QDateTime::currentDateTime();

使用 QDateTime::currentDateTime() 獲取系統(tǒng)當前時間，作為對比基準。

計算時間差

qint64 secondsDiff = currentDateTime.secsTo(dateTime);

secsTo: 計算 currentDateTime 和設備上傳時間 dateTime 之間的時間差（單位：秒）。

dateTime 是通過解析 JSON 數(shù)據(jù)提取到的設備數(shù)據(jù)上傳時間，并已轉(zhuǎn)換為本地時間格式。

判斷設備狀態(tài)

if (qAbs(secondsDiff) >= 5 * 60)

使用 qAbs 獲取時間差的絕對值。

如果時間差超過 5 分鐘（300秒），表示設備長時間未上傳數(shù)據(jù)，判定為“離線”。

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（2）離線處理

更新狀態(tài)顯示

ui->label_dev_state->setText("設備狀態(tài):離線");

在界面 label_dev_state 控件中顯示設備當前狀態(tài)為“離線”。

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（3）在線處理

狀態(tài)更新ui->label_dev_state->setText("設備狀態(tài):在線");如果時間差小于 5 分鐘，顯示“設備狀態(tài):在線”。

【5】獲取設備最新數(shù)據(jù)上傳時間

這是解析華為云API接口返回的數(shù)據(jù)，解析出來里面設備數(shù)據(jù)的時間，進行顯示。

這段代碼的主要作用是解析華為云 API 返回的 JSON 數(shù)據(jù)中的設備數(shù)據(jù)時間字段，轉(zhuǎn)換為本地時間格式，并最終以用戶友好的標準格式輸出到界面。

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（1）詳細代碼解析

（1）提取時間字段

QString event_time = obj3.take("event_time").toString();
qDebug() << "event_time:" << event_time;

obj3.take("event_time"):從 JSON 數(shù)據(jù)中的 reported 對象提取 event_time 字段，值為一個字符串，表示設備上傳數(shù)據(jù)的時間。

toString():將提取的字段值轉(zhuǎn)換為 QString 類型，便于后續(xù)操作。

調(diào)試輸出:使用 qDebug() 輸出提取的時間值，例如：20231121T120530Z。

2. 轉(zhuǎn)換為 QDateTime 對象

QDateTime dateTime = QDateTime::fromString(event_time, "yyyyMMddTHHmmssZ");

QDateTime::fromString:

使用指定格式解析 event_time 字符串為 QDateTime 對象。

格式說明：

• yyyyMMdd: 年、月、日（如 20231121）。
• T: 時間部分的分隔符（固定為 T）。
• HHmmss: 時、分、秒（如 120530）。
• Z: 表示時間是 UTC 時間。
• 如果時間字符串格式不匹配，會返回一個無效的 QDateTime 對象。

3. 轉(zhuǎn)換時區(qū)到本地時間

dateTime.setTimeSpec(Qt::UTC);
dateTime = dateTime.toLocalTime();

setTimeSpec(Qt::UTC):

• 明確告知 dateTime 對象，當前時間是 UTC 時間。
• 確保時間轉(zhuǎn)換準確，避免因為默認時區(qū)不明確導致的誤差。

toLocalTime():

• 將時間從 UTC 轉(zhuǎn)換為本地時區(qū)時間，例如中國標準時間（CST, UTC+8）。

4. 格式化輸出為標準時間字符串

QString update_time = dateTime.toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

toString():將 QDateTime 轉(zhuǎn)換為指定格式的字符串。

格式說明：

• yyyy-MM-dd: 年-月-日。
• HH:mm:ss: 小時:分鐘:秒。

示例結(jié)果：2023-11-21 20:05:30。

用戶顯示友好性:轉(zhuǎn)換后的格式易讀，符合國際通用的日期時間表示規(guī)范。

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（2）代碼運行效果

假設 API 返回的時間字段值為 20231121T120530Z。

轉(zhuǎn)換流程：

1. 解析為 QDateTime 對象：2023-11-21 12:05:30 (UTC);
2. 轉(zhuǎn)換為本地時間：2023-11-21 20:05:30 (CST)。
3. 格式化輸出："2023-11-21 20:05:30"。

輸出到界面時，顯示為：

最新時間: 2023-11-21 20:05:30

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。

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習）

然后才可以進行下面的步驟。

【1】選擇Android編譯器

選擇編譯器。

切換編譯器。

【2】創(chuàng)建Android配置文件

創(chuàng)建完成。

【3】配置Android圖標與名稱

根據(jù)自己的需求配置 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。

File: D:/QtProject/build-333_QtProject-Android_for_arm64_v8a_Clang_Qt_5_12_6_for_Android_ARM64_v8a-Release/android-build//build/outputs/apk/debug/android-build-debug.apk

4.7 設備仿真調(diào)試

通過MQTT客戶端模擬設備登錄華為云服務器。進行設備聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳和下發(fā)測試。

五、STM32代碼設計

5.1 硬件連線說明

1. 主控芯片：STM32F103C8T6
作為系統(tǒng)核心，負責傳感器數(shù)據(jù)采集、控制邏輯處理、通信傳輸及執(zhí)行模塊驅(qū)動。

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2. 溫濕度傳感器SHT30（I2C接口）

• SCL連接STM32的PB6（I2C1_SCL）
• SDA連接STM32的PB7（I2C1_SDA）
• 電源VCC接5V或3.3V，GND接地
  I2C總線用于數(shù)字溫濕度數(shù)據(jù)通信。

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3. 煙霧傳感器MQ2（模擬信號輸出）

• 模擬輸出端連接STM32的PA0（ADC1_IN0）
• VCC接5V，GND接地
  通過ADC采集煙霧濃度的模擬電壓值。

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4. 火焰?zhèn)鞲衅鳎〝?shù)字高低電平輸出）

• 信號輸出連接STM32的PA1（GPIO輸入）
• VCC接5V，GND接地
  高電平表示檢測到火焰，低電平表示無火焰。

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5. 有害氣體傳感器MQ135（模擬信號輸出）

• 模擬輸出端連接STM32的PA2（ADC1_IN2）
• VCC接5V，GND接地
  通過ADC采集氣體濃度模擬電壓值。

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6. WiFi模塊ESP8266（串口通信）

• ESP8266 TX連接STM32的PA3（USART2_RX）
• ESP8266 RX連接STM32的PA2（USART2_TX）
• VCC接3.3V，GND接地
  通過串口與ESP8266通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。注意電平匹配，必要時使用電平轉(zhuǎn)換。

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7. LCD顯示屏（1.44寸TFT SPI接口）

• SPI接口連接STM32的：
  • SCK → PA5 (SPI1_SCK)
  • MOSI → PA7 (SPI1_MOSI)
  • MISO（如用） → PA6 (SPI1_MISO，通常LCD不使用MISO）
  • CS（片選） → PB0 (GPIO輸出)
  • DC（數(shù)據(jù)/命令） → PB1 (GPIO輸出)
  • RESET → PB10 (GPIO輸出)
• VCC接3.3V，GND接地

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8. 繼電器風扇控制模塊

• 繼電器控制信號連接STM32的PB12（GPIO輸出）
• 繼電器電源與12V風扇供電獨立，GND與STM32共地
  控制繼電器通斷以啟動或關(guān)閉風扇。

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9. 蜂鳴器報警模塊

• 控制引腳連接STM32的PB13（GPIO輸出）
• VCC接5V，GND接地
  通過高電平控制蜂鳴器發(fā)聲報警。

5.2 傳感器代碼

// STM32F103C8T6 寄存器編程示例代碼（部分）
// 實現(xiàn)：SHT30（I2C），MQ2和MQ135（ADC），火焰?zhèn)鞲衅鳎℅PIO輸入）

#include "stm32f10x.h"

// I2C1初始化（用于SHT30）
void I2C1_Init(void)
{
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN;      // 使能GPIOB時鐘
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C1EN;      // 使能I2C1時鐘

    // PB6=SCL，PB7=SDA 配置為開漏復用推挽輸出
    GPIOB->CRL &= ~((0xF << 24) | (0xF << 28));
    GPIOB->CRL |= ((0xB << 24) | (0xB << 28)); // 速度50MHz，開漏復用推挽

    I2C1->CR1 = I2C_CR1_SWRST;                // 軟件復位
    I2C1->CR1 &= ~I2C_CR1_SWRST;              // 釋放復位

    I2C1->CR2 = 36;                           // APB1頻率36MHz
    I2C1->CCR = 180;                          // 標準模式100kHz
    I2C1->TRISE = 37;                         // 最大上升時間

    I2C1->CR1 |= I2C_CR1_PE;                  // 使能I2C1
}

// I2C啟動信號
void I2C_Start(void)
{
    I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START;
    while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB));
}

// I2C停止信號
void I2C_Stop(void)
{
    I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP;
}

// 發(fā)送地址(寫)
void I2C_SendAddress_Write(uint8_t addr)
{
    I2C1->DR = addr & 0xFE;
    while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR));
    (void)I2C1->SR2;
}

// 發(fā)送地址(讀)
void I2C_SendAddress_Read(uint8_t addr)
{
    I2C1->DR = addr | 0x01;
    while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR));
    (void)I2C1->SR2;
}

// 發(fā)送一個字節(jié)
void I2C_SendData(uint8_t data)
{
    I2C1->DR = data;
    while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE));
}

// 接收一個字節(jié)，ack=1時應答，ack=0不應答
uint8_t I2C_ReceiveData(uint8_t ack)
{
    if (ack)
    {
        I2C1->CR1 |= I2C_CR1_ACK;
    }
    else
    {
        I2C1->CR1 &= ~I2C_CR1_ACK;
    }
    while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_RXNE));
    return I2C1->DR;
}

// 延時函數(shù)，簡單軟件延時
void Delay(uint32_t count)
{
    while(count--) __NOP();
}

// 讀取SHT30溫濕度
// 返回值：0成功，-1失敗；溫度和濕度通過指針返回
int SHT30_Read(float *temperature, float *humidity)
{
    uint8_t addr = 0x44 << 1; // SHT30默認地址0x44，左移1位
    uint8_t buf[6];
    uint16_t rawT, rawH;
    uint8_t i;

    I2C_Start();
    I2C_SendAddress_Write(addr);
    I2C_SendData(0x2C);
    I2C_SendData(0x06); // 單次高重復度測量命令

    I2C_Stop();
    Delay(50000); // 延時測量約15ms

    I2C_Start();
    I2C_SendAddress_Read(addr);

    for(i=0; i<5; i++)
    {
        buf[i] = I2C_ReceiveData(1);
    }
    buf[5] = I2C_ReceiveData(0);

    I2C_Stop();

    // 簡單CRC校驗可選，忽略

    rawT = (buf[0]<<8) | buf[1];
    rawH = (buf[3]<<8) | buf[4];

    *temperature = -45 + 175 * ((float)rawT / 65535.0f);
    *humidity = 100 * ((float)rawH / 65535.0f);

    return 0;
}

// ADC初始化（用于MQ2和MQ135模擬信號采集）
void ADC1_Init(void)
{
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;   // 使能GPIOA時鐘
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ADC1EN;   // 使能ADC1時鐘
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_AFIOEN;

    // PA0和PA2配置為模擬輸入
    GPIOA->CRL &= ~((0xF << 0) | (0xF << 8));

    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_ADON;             // 使能ADC
    ADC1->SMPR2 |= ADC_SMPR2_SMP0 | ADC_SMPR2_SMP2; // 通道0和2采樣時間

    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_CONT;             // 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_CAL;              // 校準
    while (ADC1->CR2 & ADC_CR2_CAL);

    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_ADON;             // 啟動ADC
}

// 讀取ADC通道，channel = 0~15
uint16_t ADC_Read(uint8_t channel)
{
    ADC1->SQR3 = channel & 0x1F;
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_SWSTART;
    while(!(ADC1->SR & ADC_SR_EOC));
    return ADC1->DR;
}

// GPIO初始化（火焰?zhèn)鞲衅鬏斎?，蜂鳴器和風扇控制輸出）
void GPIO_Init(void)
{
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;  // 使能GPIOA
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN;  // 使能GPIOB

    // PA1輸入，火焰?zhèn)鞲衅鲾?shù)字信號，浮空輸入
    GPIOA->CRL &= ~(0xF << 4);
    GPIOA->CRL |= (0x4 << 4);  // 輸入浮空

    // PB12輸出，繼電器控制風扇，推挽輸出
    GPIOB->CRH &= ~(0xF << 16);
    GPIOB->CRH |= (0x3 << 16); // 50MHz推挽輸出

    // PB13輸出，蜂鳴器控制，推挽輸出
    GPIOB->CRH &= ~(0xF << 20);
    GPIOB->CRH |= (0x3 << 20); // 50MHz推挽輸出
}

// 讀取火焰?zhèn)鞲衅鳡顟B(tài)（返回1有火焰，0無火焰）
uint8_t FlameSensor_Read(void)
{
    return (GPIOA->IDR & (1 << 1)) ? 1 : 0;
}

// 控制風扇繼電器（1開啟，0關(guān)閉）
void Fan_Control(uint8_t on)
{
    if(on)
        GPIOB->BSRR = (1 << 12);
    else
        GPIOB->BRR = (1 << 12);
}

// 控制蜂鳴器（1響，0滅）
void Buzzer_Control(uint8_t on)
{
    if(on)
        GPIOB->BSRR = (1 << 13);
    else
        GPIOB->BRR = (1 << 13);
}

5.3 項目核心代碼

#include "stm32f10x.h"

// 外部模塊函數(shù)聲明（假設已實現(xiàn)）
extern void I2C1_Init(void);
extern int SHT30_Read(float *temperature, float *humidity);
extern void ADC1_Init(void);
extern uint16_t ADC_Read(uint8_t channel);
extern void GPIO_Init(void);
extern uint8_t FlameSensor_Read(void);
extern void Fan_Control(uint8_t on);
extern void Buzzer_Control(uint8_t on);
extern void ESP8266_UART_Init(void);
extern void MQTT_Publish_Data(float temp, float hum, uint16_t smoke, uint16_t gas, uint8_t flame, uint8_t fan, uint8_t buzzer);

// 系統(tǒng)閾值定義
#define TEMP_THRESHOLD     50.0f
#define HUM_THRESHOLD      80.0f
#define SMOKE_THRESHOLD    2000
#define GAS_THRESHOLD      2000

int main(void)
{
    float temperature = 0, humidity = 0;
    uint16_t smoke_adc = 0, gas_adc = 0;
    uint8_t flame = 0;
    uint8_t alarm_flag = 0;

    // 初始化外設
    I2C1_Init();
    ADC1_Init();
    GPIO_Init();
    ESP8266_UART_Init();

    while(1)
    {
        // 讀取溫濕度
        if(SHT30_Read(&temperature, &humidity) != 0)
        {
            // 讀取失敗，繼續(xù)下一輪
            continue;
        }

        // 讀取模擬量傳感器
        smoke_adc = ADC_Read(0);   // MQ2傳感器，PA0通道
        gas_adc = ADC_Read(2);     // MQ135傳感器，PA2通道

        // 讀取火焰?zhèn)鞲衅鲾?shù)字輸入
        flame = FlameSensor_Read();

        // 判斷是否有異常報警
        alarm_flag = 0;
        if(temperature > TEMP_THRESHOLD || humidity > HUM_THRESHOLD) alarm_flag = 1;
        if(smoke_adc > SMOKE_THRESHOLD) alarm_flag = 1;
        if(gas_adc > GAS_THRESHOLD) alarm_flag = 1;
        if(flame == 1) alarm_flag = 1;

        // 控制執(zhí)行器
        if(alarm_flag)
        {
            Fan_Control(1);
            Buzzer_Control(1);
        }
        else
        {
            Fan_Control(0);
            Buzzer_Control(0);
        }

        // 通過MQTT上傳數(shù)據(jù)到華為云
        MQTT_Publish_Data(temperature, humidity, smoke_adc, gas_adc, flame,
                          alarm_flag ? 1 : 0, alarm_flag ? 1 : 0);
    }
}

5.4 程序下載

也有視頻教程：

講解如何編譯代碼，下載STM32程序: https://www.bilibili.com/video/BV1Cw4m1e7Yc

打STM32的keil工程，編譯代碼、然后，使用USB線將開發(fā)板的左邊的USB口(串口1)與電腦的USB連接，打開程序下載軟件下載程序。

具體下載過程看下面圖：

打開程序下載軟件：[軟件就在資料包里的軟件工具目錄下]

5.5 程序正常運行效果

設備運行過程中會通過串口打印調(diào)試信息，我們可以通過串口打印了解程序是否正常。

程序下載之后，可以打開串口調(diào)試助手查看程序運行的狀態(tài)信息。[軟件就在資料包里的軟件工具目錄下]

5.6 取模軟件的使用

顯示屏上會顯示中文，字母，數(shù)字等數(shù)據(jù)，可以使用下面的取模軟件進行取模設置。

[軟件就在資料包里的軟件工具目錄下]

打開軟件之后：

六、總結(jié)

本項目基于STM32F103C8T6單片機設計并實現(xiàn)了工業(yè)倉庫環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)集成了溫濕度傳感器SHT30、煙霧傳感器MQ2、火焰?zhèn)鞲衅骷坝泻怏w傳感器MQ135，能夠?qū)崟r采集倉庫環(huán)境的關(guān)鍵參數(shù)。通過對傳感器數(shù)據(jù)的實時分析，系統(tǒng)能夠快速判斷環(huán)境是否存在異常，并在異常情況下自動啟動風扇通風及蜂鳴器報警，保障倉庫安全。

系統(tǒng)采用ESP8266 WiFi模塊，利用MQTT協(xié)議將環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控與歷史數(shù)據(jù)管理，極大地提升了管理效率和安全保障水平。同時，配備的1.44寸TFT LCD液晶屏為現(xiàn)場工作人員提供直觀的環(huán)境狀態(tài)顯示，方便即時了解倉庫情況。

在軟件設計方面，采用STM32寄存器級編程，提升了系統(tǒng)響應速度與穩(wěn)定性。通過模塊化設計思想，各功能模塊實現(xiàn)解耦，便于后續(xù)維護與升級。上位機軟件采用Qt5和C++開發(fā)，完成了數(shù)據(jù)的可視化展示和歷史分析功能，增強了系統(tǒng)的實用性和用戶體驗。

綜上所述，本系統(tǒng)設計合理，功能完善，具備良好的實時性、穩(wěn)定性和擴展性。它不僅滿足了工業(yè)倉庫環(huán)境監(jiān)控的需求，也為類似的物聯(lián)網(wǎng)應用提供了參考與借鑒價值。未來可結(jié)合更多傳感器和智能算法，進一步提升系統(tǒng)的智能化和自動化水平。