手把手教你STM32F412Discovery物联网智能远程控制应用开发

bigfanofloT · 发表于 2017-2-13 14:10:54

本帖最后由 bigfanofloT 于 2017-2-13 15:03 编辑

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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STM32F412Discovery的物联网远程控制应用系统，实现的功能有：

a) 远程手机APP控制RGB LED的颜色（红、绿、蓝），256级深度可调；

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STM32F412Discovery板载3颗LED；

d) 远程手机APP显示温湿度传感器DHT11采集的环境温湿度；

e) 红外传感器障碍物检测；

f) 远程手机APP显示芯片STM32F412内部温度；

g) 远程手机APP控制微型直流电机；

视频：

http://player.youku.com/player.php/sid/XMjUwOTY3MTAzMg==/v.swf

二、硬件介绍

ST公司的STM32F412XE/G是基于高性能ARM® Cortex® -M4 32位RISC核的MCU,工作频率高达100MHz,内核具有浮点单元(FPU),支持所有ARM单精度数据处理指令和数据类型,还能执行所有DSP指令,而存储器保护单元(MPU)则增强了应用安全性,集成了高达1MB闪存和256KB SRAM,工作电压1.7 V- 3.6 V,主要用在马达驱动和应用控制,医疗设备,工业应用如PLC,逆变器,电路断路器,打印鸡和扫描仪,告警系统,HVAC,家用音频设备,可穿戴设备和Wi-Fi模块等。开发板基于STM32F412ZTT6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**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F412DisShield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（点我详细了解数据点）。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STM32F412Discovery板载3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STM32F412内部温度(通过芯片内置Sensor获取);

远程手机APP控制微型直流电机；

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、数值量下发控制。

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，另外新增4个数据点：3颗板载LED和MCU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，还可以下载通用手机APP（支持安卓和IOS）机智云Wi-Fi/移动通信产品调试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Demo APP，用户无需开发手机APP，可直接下载机智云提供的通用APP进行功能验证（本例使用的正是提供的通用APP，支持安卓和IOS）；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，解压后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，我们在后面需要向gizwits_product添加用户业务代码，而gizwits_protocol完全不需要任何修改：

另外需要注意User目录下的main.c文件，这里包含了用户程序框架。

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的完整协议层，用户只需要添加自己的硬件底层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，STMF412Discovery板载3颗LED的驱动，温湿度传感器的驱动，STMF412芯片内部温度Sensor驱动、红外传感器的驱动、微型直流电机驱动，以及收到手机APP发的指令后干什么、以什么频率/格式发送数据到云端。生成的工程软件逻辑如下图所示：

所以我们只需简单的移植一下，通过此图知道要把任意MCU通过WIFI模块连上机智云，只需实现3个简单的接口函数：串口发送、中断接收1字节数据，定时器1ms中断（作为MCU和WIFI模组的心跳）。

如上图根据STM32F412Discovery和机智云Gokit V2.3扩展板原理图，确定了引脚分配。

PS:由于STM32F412Discovery那里刚好缺少一个PWM输出，因此直流电机只能单向转动，无法双向；

接下来，我们先用STM32CubeMX生成STM32FF412ZGT6的基于HAL库函数的IAR工程，配置详细方法参见附件PDF文档：GokitShield_STM32F412ZGT6Discovery

系统时钟配置为100MHz；

ADC1内部温度通道用于监测MCU温度；

定时器6为1ms中断，用于MCU和WIFI模组的心跳；

定时器7为1ms中断，用于按键扫描；

这里需要指出的是堆栈Heap和Stack的设置，需要修改大一些(可分析map文件确定)！另外工程文件夹名为GokitShield_STM32F412ZGT6Discovery：

点击生成工程按钮，至此我们生成了一个初始化了外设的工程，但是还没有硬件（如温湿度传感器DHT11）的驱动以及和机智云交互的部分，接下来描述机智云协议层和硬件驱动层的移植。

我们把机智云MCU代码自动生成工具生成工程的GizWits目录拷贝到IAR工程中：

到此完成了机智云协议层的拷贝，下面拷贝硬件驱动层：

我们在机智云官网下载微信宠物屋源码：

解压，找到Hal文件夹，如下图，里面包含了RGB LED、微型直流电机、温湿度传感器DHT11等硬件驱动源码，但是这些是基于STD库函数且MCU是STM32F103C8T6：

而我们STM32CubeMX软件生成的是基于HAL库函数且MCU是STM32F412ZGT6，所以需要简单的修改这些硬件驱动，移植这里就不介绍了，大家下载附件查看即可，我这里把这些驱动文件.c和.h放在一个文件夹Hal:

打开IAR工程，新建HardWares和Gizwits分组，并添加好这些文件以及编译路径，如下图IAR工程，红框是机智云协议层，蓝框是硬件驱动层：

其中main.c文件的修改需要参考机智云MCU代码自动生成工具生成的工程里面的main.c文件，主要是初始化流程、用户数据上报接口、SuperLoop处理、按键处理；另外关于MCU相关的头文件包含也需要替换；需要修改的3个接口和需要添加的用户逻辑位于gizwits_product.c，前文提到的三个接口函数是定时器1ms中断，串口发送和中断接收如下图：

其他细节不再赘述，下载源码查看即可或者前往机智云论坛http://club.gizwits.com/ 查看更多教程；

编译完毕，下载代码，上电后打开串口调试助手可以查看日志。

总结：本文介绍了使用机智云自助开发平台快速创建智能产品的过程，并给出了移植机智云微信宠物屋SDK到STM32F412Discovery的过程。利用机智云强大的代码生成工具，我们只需简单的把用户代码填充到机智云为我们搭建的框架即可，而无需编写复杂的协议层代码，降低用户工作量，加快开发；同时利用STM32CubeMX快速图形化配置MCU外设，生成工程，屏蔽硬件层，使得不同系列STM32 MCU之间代码移植变得简单。

本例完整工程源码，资料请戳：http://club.gizwits.com/thread-4921-1-1.html

更多关于机智云平台资料、教程，请戳机智云文档中心：

http://docs.gizwits.com/zh-cn/overview/overview.html

更多实战项目示例，请戳机智云开发者论坛：

http://club.gizwits.com/forum.php

如有任何疑问，欢迎跟贴讨论！

附件：

1.IAR工程源码：

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2.STM32CubeMX配置PDF：

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3.数据点excel: