摘要:本文提出一种基于STM32单片机的智能自行车锁(马蹄锁)的设计方法,来提高自行车锁的智能化及安防等级。
本文分享自华为云社区《基于STM32+华为云IOT设计的智能防盗单车锁【玩转华为云】》,作者: DS小龙哥 。
一、前言
近年来随着国民经济的发展,交通拥堵和环境污染问题越来越突出,而自行车对改善交通与环境起到了重要作用。中国本身是一个自行车使用大国,随着自行车的发展,自行车的科技含量越来越高,然而自行车安防问题突出。目前市场上自行车锁大多是传统机械结构车锁,没有实现智能化,急需解决。本文提出一种基于STM32单片机的智能自行车锁(马蹄锁)的设计方法,来提高自行车锁的智能化及安防等级。
硬件选项说明:单片机采用STM32F103RCT6,GSM模块采用SIM800C,完成网络连接、数据上传,GPS经纬度解析,短信发送,物联网平台采用华为云IOT,作为数据存储端,蓝牙模块采用正点原子低功耗BLE蓝牙,支持蓝牙开锁解锁,车辆的状态使用ADXL345三轴加速度传感器检测,密码键盘采用电容矩阵键盘。
二、设计思路总结
需要设计一款Android手机APP,可以远程开锁解锁,手机APP对接华为云物联网平台,实现远程与自行车锁完成数据交互,命令下发。智能锁与华为云IOT服务器之间的通信协议采用MQTT协议,手机APP与华为云IOT服务器之间采用HTTP协议。智能锁除了支持远程开锁关锁之外,还支持蓝牙解锁和输入密码开始,设计的APP支持蓝牙功能,可以连接智能锁上的蓝牙完成开锁和关锁,如果没有带手机,可以输入密码完成开锁。
车辆的状态检测通过ADXL345三轴加速度计检测,如果车辆处于锁定状态,发现车辆被移动了会触发报警,锁里的蜂鸣器会持续响,并且SIM800C会向指定的手机号码发送短信,提示车辆可能被盗,同时上传GPS经纬度到云端服务器,手机APP上可以获取智能锁上传的GPS经纬度,调用百度地图显示车辆的位置,方便寻车。
三、硬件选型
(1) 加速度计传感器
ADXL345是一款小尺寸、薄型、低功耗、完整的三轴加速度计,提供经过信号调理的电压输出。
说明:CS接高电平则选择IIC通信,反之则SPI通信。SDO(地址引脚)接高电平,根据手册器件的7位I2C地址是0x1D,后面跟上读取/写位(R/W),则写寄存器为0x3A,读寄存器为0x3B;接低电平,则7位I2C地址是0x53,同理,跟上读写标志位后写寄存器为0xA6,读寄存器为0xA7;
(2) STM32开发板
STM32F103RCT6的芯体规格是32位,速度是72MHz,程序存储器容量是256KB,程序存储器类型是FLASH,RAM容量是48K。
(3) BLE低功耗蓝牙模块
(4) SIM800C
模块特点:
1、支持极限DC5V-18V宽电压输入
2、有电源使能开关引脚EN
3、支持锂电池供电接口VBAT3.5-4.5V
4、输入支持移动和联通手机卡Micro SIM卡
5、送51/STM32/ARDUINO驱动例程
1、DC 5V-18V电源输入,推荐使用DC 9V
2、电源开始使能引脚默认使能
3、电源地
4、GSM模块的TXD引脚接其它模块的RXD
5、GSM模块的RXD引脚接其它模块的TXD
6、数据终端准备
7、内核音频输出引脚
8、内核音频输出引脚
9、锂电池输入引脚,DC 3.5 - 4.5V
10、电源地
11、启动引脚和GND短路可实现开机自启动
12、电源地
13、RTC外置电池引脚
14、内核振铃提示引脚
15、内合音频输入引脚
16、内核音频输入引脚
加粗的引脚一般都用到。
建议使用V_IN单独供电DC5-18V输入(推荐使用9V),或者VBAT供电锂电池两种供电方式这两种供电方式最稳定。如果只是简单调试,也可使用USB-TTL或者开发板的5V直接给模块供电。不过一般电脑或者开发板的功率有限,可能会不稳定。请根据具体情况自己取舍选择合适电源。
四. 手机APP软件设计
3.1 通信说明
上位机与设备之间支持通过BLE低功耗串口蓝牙进行通信,支持通过网络连接华为云服务器进行通信,手机APP下发open_lock和close_lock实现关锁开锁。
3.2 搭建开发环境
上位机软件采用Qt框架设计,Qt是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架。Qt是一个1991年由Qt Company开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序,也可用于开发非GUI程序,比如控制台工具和服务器。简单来说,QT可以很轻松的帮你做带界面的软件,甚至不需要你投入很大精力。
QT官网: https://www.qt.io/
QT学习入门实战专栏文章: https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/category_11400392.html
QT5.12.6的下载地址:
https://download.qt.io/archive/qt/5.12/5.12.6/
4、创建云端设备
4.1 创建产品
登录官网: https://www.huaweicloud.com/product/iothub.html
直接搜索物联网,打开页面。
4.2 自定义模型
4.3 注册设备
设备创建成功:
4.4 MQTT设备密匙
创建完产品、设备之后,接下来就需要知道如何通过MQTT协议登陆华为云服务器。
属性上报格式:
https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_3010.html
MQTT设备登陆密匙生成地址:
4.5 使用MQTT客户端软件登录
所有的参数已经得到,接下来采用MQTT客户端登录华为云进行测试。
华为云物联网平台的域名是: 161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com
华为云物联网平台的IP地址是:121.36.42.100
在软件里参数填充正确之后,就看到设备已经连接成功了。
接下来打开设备页面,可以看到设备已经在线了。
4.6 数据上报测试
4.7 应用侧开发
为了更方便的展示设备数据,与设备完成交互,还需要开发一个配套的上位机,官方提供了应用侧开发的API接口、SDK接口,为了方便通用一点,我这里采用了API接口完成数据交互,上位机软件采用QT开发。
帮助文档地址: https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0034.html
设备属性就是设备上传的传感器状态数据信息,应用侧提供了API接口,可以主动向设备端下发请求指令;设备端收到指令之后需要按照约定的数据格式上报数据;所以,要实现应用层与设备端的数据交互,需要应用层与设备端配合才能完成。
5. STM32开发
5.1 ADXL345.c
5.2 sim800.c
5.3 MQTT信息
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