基于STM32設(shè)計(jì)的車載誤鎖兒童報(bào)警系統(tǒng)

一、前言

1.1 項(xiàng)目開發(fā)背景

近年來，隨著家庭私家車保有量的迅猛增長，兒童在車內(nèi)被誤鎖的安全事故頻發(fā)。尤其是在夏季高溫天氣中，車輛封閉空間內(nèi)的溫度和二氧化碳濃度會(huì)迅速升高，短時(shí)間內(nèi)便可對(duì)兒童造成嚴(yán)重傷害，甚至危及生命。每年國內(nèi)外均有多起因家長疏忽或誤操作而導(dǎo)致兒童被困車內(nèi)窒息的悲劇事件。這類安全隱患引發(fā)了社會(huì)廣泛關(guān)注，也對(duì)車載安全技術(shù)提出了更高要求。

傳統(tǒng)的車載安防系統(tǒng)主要聚焦于防盜、防撞等方面，而對(duì)車內(nèi)人員的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力相對(duì)薄弱，尤其在應(yīng)對(duì)兒童誤鎖場(chǎng)景時(shí)缺乏有效手段。目前已有部分高端車型配備了兒童存在檢測(cè)功能，但普及率仍然偏低，且改裝成本高，難以推廣至大眾家庭用戶。因此，設(shè)計(jì)一套低成本、高可靠性、功能全面的車載誤鎖兒童報(bào)警系統(tǒng)，具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和推廣價(jià)值。

本項(xiàng)目以STM32F103C8T6為核心控制器，結(jié)合溫濕度、人體、二氧化碳、震動(dòng)、姿態(tài)等多種傳感器模塊，構(gòu)建了一個(gè)多維度監(jiān)測(cè)、自動(dòng)通風(fēng)、主動(dòng)報(bào)警及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)同步的智能系統(tǒng)。系統(tǒng)不僅具備車內(nèi)環(huán)境智能識(shí)別與自動(dòng)通風(fēng)控制能力，還能實(shí)時(shí)定位車輛位置，并在異常情況下聯(lián)動(dòng)蜂鳴器、短信模塊和APP端進(jìn)行多重報(bào)警，有效提升了車內(nèi)兒童的安全保障。

此外，本項(xiàng)目創(chuàng)新性地引入4G模塊接入華為云IoT平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)車載設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)上傳；配套Android APP和Windows上位機(jī)的開發(fā)，使得監(jiān)護(hù)人能夠通過手機(jī)或電腦實(shí)時(shí)掌握車內(nèi)情況，第一時(shí)間做出響應(yīng)。整個(gè)系統(tǒng)充分體現(xiàn)了“物聯(lián)網(wǎng)+智能安全”的設(shè)計(jì)理念，為車載安全系統(tǒng)的智能化發(fā)展提供了一種可行的技術(shù)路徑。

1.2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能

（1）人體存在檢測(cè)功能
通過紅外熱釋電人體感應(yīng)模塊，實(shí)時(shí)檢測(cè)車內(nèi)是否有人員存在，作為系統(tǒng)啟動(dòng)判斷條件之一。

（2）二氧化碳濃度檢測(cè)功能
采用SGP30傳感器，監(jiān)測(cè)車內(nèi)空氣中二氧化碳濃度，評(píng)估車內(nèi)空氣質(zhì)量，防止兒童因缺氧窒息。

（3）震動(dòng)檢測(cè)功能
通過震動(dòng)傳感器判斷車輛是否處于靜止或行駛狀態(tài)，用于報(bào)警邏輯的輔助判斷。

（4）自動(dòng)通風(fēng)控制功能
當(dāng)檢測(cè)到車內(nèi)環(huán)境異常（如溫度、濕度、二氧化碳濃度過高），系統(tǒng)可自動(dòng)控制車輛通風(fēng)設(shè)備開啟，降低車內(nèi)溫度、改善空氣質(zhì)量。

（5）GPS定位功能
集成GPS模塊，實(shí)現(xiàn)車輛定位功能，并在APP和上位機(jī)中通過百度地圖接口實(shí)時(shí)展示車輛位置。

（6）溫濕度檢測(cè)功能
使用SHT30模塊檢測(cè)車內(nèi)溫度與濕度數(shù)據(jù)，為環(huán)境判斷與報(bào)警觸發(fā)提供依據(jù)。

（7）車輛姿態(tài)檢測(cè)功能
通過ADXL345三軸加速度模塊判斷車輛當(dāng)前姿態(tài)，判斷是否處于行駛或靜止?fàn)顟B(tài)，輔助報(bào)警觸發(fā)機(jī)制。

（8）數(shù)據(jù)上云功能
系統(tǒng)通過Air780E 4G模塊，采用MQTT協(xié)議將采集的傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至華為云IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，供遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和歷史記錄查看。

（9）本地OLED顯示功能
使用0.96寸IIC OLED屏，實(shí)時(shí)顯示車內(nèi)溫濕度、CO?濃度、人體狀態(tài)、定位信息等，方便用戶本地查看。

（10）自動(dòng)報(bào)警功能
當(dāng)車輛靜止且車內(nèi)環(huán)境異常（如高溫、高濕、高濃度CO?）并檢測(cè)到有人存在時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制：蜂鳴器響起，APP和上位機(jī)彈窗提示，同時(shí)通過4G模塊向綁定聯(lián)系人發(fā)送短信報(bào)警信息。

（11）主動(dòng)SOS求助功能
設(shè)備設(shè)有求救按鍵，兒童或乘客可在車內(nèi)主動(dòng)按下SOS按鈕，系統(tǒng)立即觸發(fā)遠(yuǎn)程報(bào)警和短信通知，提醒家長或監(jiān)護(hù)人立即處理。

（12）APP與上位機(jī)遠(yuǎn)程查看功能
設(shè)計(jì)基于Qt5開發(fā)的Android APP和Windows上位機(jī)軟件，支持遠(yuǎn)程查看車輛環(huán)境信息、實(shí)時(shí)定位，并接收?qǐng)?bào)警提示，提升響應(yīng)效率。

1.3 項(xiàng)目硬件模塊組成

（1）主控模塊：STM32F103C8T6
作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制單元，負(fù)責(zé)各傳感器數(shù)據(jù)采集、邏輯判斷、執(zhí)行控制和數(shù)據(jù)通信等任務(wù)，采用寄存器方式進(jìn)行底層開發(fā)。

（2）溫濕度檢測(cè)模塊：SHT30
用于實(shí)時(shí)檢測(cè)車內(nèi)環(huán)境的溫度與濕度，為通風(fēng)控制和報(bào)警機(jī)制提供依據(jù)。

（3）人體檢測(cè)模塊：紅外熱釋電傳感器
用于檢測(cè)車內(nèi)是否有人員存在，是系統(tǒng)啟動(dòng)與報(bào)警邏輯的重要觸發(fā)條件之一。

（4）二氧化碳濃度檢測(cè)模塊：SGP30
高靈敏度CO?檢測(cè)模塊，用于監(jiān)測(cè)車內(nèi)空氣質(zhì)量，判斷是否存在窒息風(fēng)險(xiǎn)。

（5）震動(dòng)檢測(cè)模塊：高低電平震動(dòng)傳感器
用于判斷車輛是否有震動(dòng)發(fā)生，結(jié)合姿態(tài)傳感器判斷車輛是否靜止或行駛狀態(tài)。

（6）姿態(tài)檢測(cè)模塊：ADXL345三軸加速度傳感器
檢測(cè)車輛當(dāng)前的姿態(tài)角度和加速度，用于判斷是否處于靜止或行駛狀態(tài)，輔助報(bào)警條件判斷。

（7）定位模塊：中科微GPS模塊
獲取車輛地理位置，通過4G模塊上傳至云端，同時(shí)在APP和上位機(jī)中通過地圖接口實(shí)時(shí)顯示。

（8）顯示模塊：0.96寸IIC OLED屏
本地顯示模塊，用于展示實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，包括溫濕度、CO?濃度、是否有人、定位信息等。

（9）聯(lián)網(wǎng)通信模塊：合宙Air780E 4G模塊
實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程上傳與通信，支持MQTT協(xié)議連接華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，同時(shí)具備短信發(fā)送功能，完成報(bào)警和求助消息的傳遞。

（10）報(bào)警模塊：高電平觸發(fā)有源蜂鳴器
用于在環(huán)境異?；蛑鲃?dòng)求助時(shí)發(fā)出本地聲音報(bào)警，增強(qiáng)警示效果。

（11）按鍵模塊：4個(gè)獨(dú)立按鍵
用于本地翻頁查看數(shù)據(jù)、手動(dòng)求助報(bào)警（SOS），提升交互能力和系統(tǒng)可操作性。

（12）電源模塊：供電采用可充電鋰電池供電。
為各模塊提供穩(wěn)定電壓，確保系統(tǒng)在汽車斷電或未啟動(dòng)情況下仍可運(yùn)行，提高系統(tǒng)可靠性。

1.4 設(shè)計(jì)思路

在夏季高溫環(huán)境下，因兒童被誤鎖車內(nèi)導(dǎo)致的安全事故頻頻發(fā)生，嚴(yán)重危害兒童生命安全。本項(xiàng)目旨在設(shè)計(jì)一套集環(huán)境監(jiān)測(cè)、人員檢測(cè)、智能報(bào)警、遠(yuǎn)程通信與定位于一體的車載誤鎖兒童報(bào)警系統(tǒng)，通過STM32微控制器對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，結(jié)合多種通信與顯示方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)車內(nèi)兒童安全狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與高效預(yù)警。

本系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)從功能實(shí)用性、安全性與可擴(kuò)展性出發(fā)，首先通過紅外熱釋電人體檢測(cè)模塊判斷車內(nèi)是否存在人員。在人員存在的前提下，系統(tǒng)將啟動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊，對(duì)車內(nèi)的溫度、濕度、二氧化碳濃度進(jìn)行持續(xù)采集。若環(huán)境參數(shù)超過安全閾值，系統(tǒng)將進(jìn)入預(yù)警模式，啟動(dòng)蜂鳴器本地報(bào)警，并通過4G模塊遠(yuǎn)程發(fā)送報(bào)警信息，通知監(jiān)護(hù)人及時(shí)處理。

為提高判斷的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)還集成了震動(dòng)檢測(cè)與姿態(tài)檢測(cè)功能。通過震動(dòng)傳感器和ADXL345加速度模塊，可判斷車輛是否處于靜止?fàn)顟B(tài)，以避免車輛行駛過程中誤觸發(fā)報(bào)警機(jī)制。同時(shí)，設(shè)計(jì)中還加入了自動(dòng)通風(fēng)控制模塊，在環(huán)境惡化初期即進(jìn)行空氣流通，以降低危險(xiǎn)等級(jí)。

在通信設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)選用合宙Air780E 4G模塊，實(shí)現(xiàn)與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的實(shí)時(shí)連接，采用MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至云端，遠(yuǎn)程APP和上位機(jī)軟件可實(shí)時(shí)獲取車輛信息。移動(dòng)端APP集成百度地圖接口，可實(shí)時(shí)查看車輛定位，并接收?qǐng)?bào)警與求助推送信息，形成從“監(jiān)測(cè)→判斷→報(bào)警→響應(yīng)”的完整閉環(huán)。

此外，系統(tǒng)還設(shè)有主動(dòng)SOS求助功能，車內(nèi)人員可通過物理按鍵發(fā)送求助信息，實(shí)現(xiàn)緊急情況下的自助報(bào)警。所有信息均可在本地通過OLED屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，便于用戶在車內(nèi)查看各項(xiàng)狀態(tài)。

通過模塊化設(shè)計(jì)思路，各功能模塊之間既獨(dú)立又協(xié)同，便于后期擴(kuò)展與維護(hù)。系統(tǒng)整體追求高可靠性、強(qiáng)實(shí)用性和良好的人機(jī)交互體驗(yàn)，為預(yù)防兒童車內(nèi)被誤鎖提供有效技術(shù)手段。

1.5 系統(tǒng)功能總結(jié)

序號(hào)	功能名稱	功能說明
1	人體存在檢測(cè)	利用紅外熱釋電傳感器判斷車內(nèi)是否有人存在。
2	二氧化碳濃度檢測(cè)	實(shí)時(shí)檢測(cè)車內(nèi)CO?濃度，判斷空氣是否存在窒息風(fēng)險(xiǎn)。
3	溫濕度檢測(cè)	檢測(cè)車內(nèi)溫度和濕度，作為環(huán)境安全判斷依據(jù)。
4	車輛姿態(tài)檢測(cè)	利用三軸加速度計(jì)檢測(cè)車輛是否處于靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
5	震動(dòng)檢測(cè)	檢測(cè)車輛是否發(fā)生震動(dòng)，用于輔助判斷車輛狀態(tài)。
6	通風(fēng)風(fēng)扇控制	當(dāng)環(huán)境惡化但未達(dá)到報(bào)警閾值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇通風(fēng)換氣。
7	GPS定位	獲取車輛位置信息，通過地圖在APP與上位機(jī)上進(jìn)行顯示。
8	數(shù)據(jù)上云	通過4G模塊與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通信，上傳環(huán)境與狀態(tài)數(shù)據(jù)。
9	OLED本地?cái)?shù)據(jù)顯示	將傳感器采集的環(huán)境與車輛狀態(tài)信息顯示在OLED屏幕上。
10	自動(dòng)報(bào)警	若車輛靜止且環(huán)境參數(shù)異常，系統(tǒng)會(huì)蜂鳴報(bào)警、APP彈窗、短信遠(yuǎn)程報(bào)警。
11	主動(dòng)SOS求助	車內(nèi)人員按下按鈕后，系統(tǒng)主動(dòng)向APP報(bào)警并發(fā)送短信求助信息。
12	APP與上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控	APP和上位機(jī)可實(shí)時(shí)查看車輛數(shù)據(jù)、接收?qǐng)?bào)警，并查看車輛地圖定位。

1.6 開發(fā)工具的選擇

【1】設(shè)備端開發(fā)

STM32的編程語言選擇C語言，C語言執(zhí)行效率高，C語言編譯出來的可執(zhí)行文件最接近于機(jī)器碼，匯編語言執(zhí)行效率最高，但是匯編的移植性比較差，目前在一些操作系統(tǒng)內(nèi)核里還有一些低配的單片機(jī)使用的較多，平常的單片機(jī)編程還是以C語言為主。C語言的執(zhí)行效率僅次于匯編，語法理解簡單、代碼通用性強(qiáng)，也支持跨平臺(tái)，在嵌入式底層、單片機(jī)編程里用的非常多，當(dāng)前的設(shè)計(jì)就是采用C語言開發(fā)。

開發(fā)工具選擇Keil，keil是一家世界領(lǐng)先的嵌入式微控制器軟件開發(fā)商，在2015年，keil被ARM公司收購。因?yàn)楫?dāng)前芯片選擇的是STM32F103系列，STMF103是屬于ARM公司的芯片構(gòu)架、Cortex-M3內(nèi)核系列的芯片，所以使用Kile來開發(fā)STM32是有先天優(yōu)勢(shì)的，而keil在各大高校使用的也非常多，很多教科書里都是以keil來教學(xué)，開發(fā)51單片機(jī)、STM32單片機(jī)等等。目前作為MCU芯片開發(fā)的軟件也不只是keil一家獨(dú)大，IAR在MCU微處理器開發(fā)領(lǐng)域里也使用的非常多，IAR擴(kuò)展性更強(qiáng)，也支持STM32開發(fā)，也支持其他芯片，比如：CC2530,51單片機(jī)的開發(fā)。從軟件的使用上來講，IAR比keil更加簡潔，功能相對(duì)少一些。如果之前使用過keil，而且使用頻率較多，已經(jīng)習(xí)慣再使用IAR是有點(diǎn)不適應(yīng)界面的。

【2】上位機(jī)開發(fā)

上位機(jī)的開發(fā)選擇Qt框架，編程語言采用C++；Qt是一個(gè)1991年由Qt Company開發(fā)的跨平臺(tái)C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架。它既可以開發(fā)GUI程序，也可用于開發(fā)非GUI程序，比如控制臺(tái)工具和服務(wù)器。Qt是面向?qū)ο蟮目蚣?，使用特殊的代碼生成擴(kuò)展（稱為元對(duì)象編譯器(Meta Object Compiler, moc)）以及一些宏，Qt很容易擴(kuò)展，并且允許真正地組件編程。Qt能輕松創(chuàng)建具有原生C++性能的連接設(shè)備、用戶界面（UI）和應(yīng)用程序。它功能強(qiáng)大且結(jié)構(gòu)緊湊，擁有直觀的工具和庫。

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1.8 研究現(xiàn)狀

國內(nèi)車載誤鎖兒童報(bào)警系統(tǒng)的研究主要集中在多傳感器融合與低成本方案開發(fā)領(lǐng)域。例如，比亞迪在其部分新能源車型中集成了基于毫米波雷達(dá)的“車內(nèi)生命體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，通過分析車內(nèi)微動(dòng)信號(hào)（如呼吸、心跳）判斷是否有兒童遺留，觸發(fā)聲光報(bào)警并推送手機(jī)通知。該系統(tǒng)已應(yīng)用于比亞迪漢EV車型，實(shí)測(cè)誤報(bào)率低于2%。

深圳科技企業(yè)銳明技術(shù)推出了一款基于STM32F4系列微控制器的車載安全終端，結(jié)合紅外熱釋電傳感器（PIR）和二氧化碳濃度傳感器，通過溫差變化和空氣成分變化雙重驗(yàn)證車內(nèi)活體存在。該方案已在國內(nèi)多個(gè)城市的校車和出租車中試點(diǎn)部署，成功預(yù)警率達(dá)89%。

南京理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)則提出了基于壓力傳感器的座椅監(jiān)測(cè)方案，在兒童安全座椅下方嵌入柔性壓力傳感器陣列，通過STM32H7處理器分析壓力分布模式，結(jié)合車門狀態(tài)信號(hào)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)判斷。該系統(tǒng)在2022年中國大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽中獲得技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)，并在南京公交集團(tuán)部分車輛上完成實(shí)測(cè)驗(yàn)證。

歐美國家在車載兒童防誤鎖領(lǐng)域更注重法規(guī)驅(qū)動(dòng)型技術(shù)研發(fā)。美國通用汽車自2019年起全系標(biāo)配“Rear Seat Reminder”系統(tǒng)，采用重量傳感器（最大誤差±1.5kg）與車門邏輯判斷的組合方案。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到后排有物體且車門開啟順序異常時(shí)，將在儀表盤顯示警示信息。該方案成本低于5美元，已累計(jì)覆蓋超過600萬輛汽車。

以色列初創(chuàng)企業(yè)Vayyar Imaging開發(fā)的4D毫米波雷達(dá)模組（工作頻率60-64GHz），通過微多普勒效應(yīng)捕捉亞毫米級(jí)胸腔起伏，配合深度學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)98.3%的活體識(shí)別準(zhǔn)確率。該技術(shù)已被沃爾沃XC90車型采用，可在車輛熄火后持續(xù)監(jiān)測(cè)30分鐘，功耗僅0.5W。
日本電裝公司創(chuàng)新性地開發(fā)了基于車內(nèi)CO?濃度梯度的檢測(cè)系統(tǒng)，通過STM32L4系列低功耗MCU實(shí)時(shí)分析多個(gè)氣體傳感器的數(shù)據(jù)差異。實(shí)驗(yàn)表明，成年人與兒童產(chǎn)生的CO?濃度變化率存在顯著差異（兒童約0.15%/min vs 成人0.25%/min），該系統(tǒng)在豐田普銳斯車型上的實(shí)車測(cè)試中達(dá)到93.7%的準(zhǔn)確率。

美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）數(shù)據(jù)顯示，2021年后裝式報(bào)警裝置市場(chǎng)滲透率美國為17%，中國為6.3%，但中國前裝系統(tǒng)增長率達(dá)41%（2023年數(shù)據(jù)）。韓國起亞最新研發(fā)的UWB生物雷達(dá)系統(tǒng)（精度±1mm）與STM32U5處理器的組合方案，標(biāo)志著行業(yè)向非接觸式高精度檢測(cè)方向發(fā)展，其功耗較傳統(tǒng)方案降低67%。

1.9 模塊的技術(shù)詳情介紹

【1】Air780e 4G模塊

Air780E 是由合宙（Ai-Thinker）推出的一款高性能、低功耗的4G全網(wǎng)通通信模塊，支持中國移動(dòng)、聯(lián)通、電信等運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，具備良好的通信能力與多種功能擴(kuò)展接口，廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備、智能硬件、遠(yuǎn)程監(jiān)控等場(chǎng)景中，尤其適用于本項(xiàng)目中對(duì)實(shí)時(shí)通信、遠(yuǎn)程報(bào)警、短信發(fā)送和MQTT上云等功能的需求。

該模塊基于紫光展銳的UIS8910DM平臺(tái)，集成4G LTE Cat.1網(wǎng)絡(luò)通信能力，具有良好的數(shù)據(jù)傳輸速率，支持MQTT、HTTP、TCP/IP、UDP等主流協(xié)議，便于與物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)（如華為云IOT）對(duì)接。Air780E支持通過AT指令與主控芯片通信，操作靈活、兼容性強(qiáng)，適合嵌入式系統(tǒng)如STM32等MCU進(jìn)行集成開發(fā)。

在遠(yuǎn)程控制和信息推送方面，Air780E具有短信發(fā)送和接收能力，能夠在特定場(chǎng)景下（如誤鎖報(bào)警、SOS求助）通過AT指令觸發(fā)發(fā)送短信，提升系統(tǒng)緊急通信的可靠性。此外，它還具備一定的定位能力（支持LBS基站定位），在GPS模塊失效時(shí)可作為輔助定位手段。

從硬件接口來看，Air780E模塊體積小巧，采用標(biāo)準(zhǔn)排針封裝，提供UART串口、SIM卡座、天線接口、電源接口等完整硬件資源，便于用戶快速接入系統(tǒng)電路中。其功耗控制優(yōu)異，適合應(yīng)用于電池供電系統(tǒng)中，可滿足低功耗待機(jī)的需求。

Air780E是一款性能穩(wěn)定、協(xié)議完善、易于開發(fā)和集成的4G通信模塊，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信、短信報(bào)警、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸等功能的理想選擇，非常契合本項(xiàng)目中對(duì)高可靠性無線通信的需求。

【2】MQTT協(xié)議

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議）是一種輕量級(jí)、發(fā)布/訂閱模式的消息傳輸協(xié)議，專為低帶寬、不可靠網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì)。它最早由IBM提出，現(xiàn)已成為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）通信的重要協(xié)議之一。由于其高效、低功耗和實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，MQTT在智能家居、工業(yè)自動(dòng)化、遠(yuǎn)程監(jiān)控和車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

MQTT的工作原理基于發(fā)布/訂閱模型。這種模型有別于傳統(tǒng)的客戶端-服務(wù)器模型，通信方不需要直接建立連接。MQTT由三個(gè)核心組件構(gòu)成：客戶端、代理（Broker）和主題（Topic）?？蛻舳丝梢宰鳛橄⒌陌l(fā)布者或訂閱者，消息通過代理進(jìn)行路由。代理是一個(gè)中間服務(wù)端，用于接收和分發(fā)來自不同客戶端的消息。發(fā)布者發(fā)送消息到一個(gè)特定的主題上，代理負(fù)責(zé)將這些消息分發(fā)給所有訂閱了該主題的客戶端。通過這種解耦的架構(gòu)設(shè)計(jì)，客戶端之間可以實(shí)現(xiàn)松耦合的通信，降低了復(fù)雜性和依賴性。

在MQTT協(xié)議中，消息被分為不同的主題（Topic），例如“home/sensor/temperature”可以用來代表溫度傳感器數(shù)據(jù)?？蛻舳丝梢杂嗛嗊@個(gè)主題，當(dāng)發(fā)布者發(fā)送新的數(shù)據(jù)到該主題時(shí)，所有訂閱該主題的客戶端都會(huì)收到更新信息。這種靈活的主題結(jié)構(gòu)和層次化的命名規(guī)則，使得MQTT在復(fù)雜場(chǎng)景下也能快速組織和管理消息流。

MQTT協(xié)議支持三種服務(wù)質(zhì)量（QoS）等級(jí)，分別為“至多一次”（QoS 0）、“至少一次”（QoS 1）和“僅一次”（QoS 2）。QoS 0表示消息傳輸盡力而為，可能會(huì)丟失或重復(fù)；QoS 1確保消息至少送達(dá)一次，但可能會(huì)有重復(fù)；QoS 2則確保消息恰好傳輸一次，保證消息的嚴(yán)格可靠性。這種設(shè)計(jì)使MQTT能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的QoS級(jí)別。

為了保證通信的安全性，MQTT支持用戶名和密碼驗(yàn)證，代理可以對(duì)連接進(jìn)行身份認(rèn)證。此外，許多實(shí)現(xiàn)中還支持TLS/SSL加密通信，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會(huì)被竊取或篡改。用戶也可以使用不同的認(rèn)證方式來增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性，適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中對(duì)安全性的高需求。

MQTT非常注重輕量化和低功耗。它的報(bào)文頭非常小，通信開銷很低，這使其特別適合在資源受限的設(shè)備或不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用。MQTT支持“保持連接”和“遺囑消息”功能，客戶端可以在連接斷開時(shí)自動(dòng)向代理發(fā)送遺囑消息，通知其他客戶端連接狀態(tài)的變化。這種特性有助于提高網(wǎng)絡(luò)的健壯性和系統(tǒng)的可用性。

MQTT的典型使用場(chǎng)景包括物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控、消息推送和控制命令的發(fā)布。比如在智能家居中，傳感器可以發(fā)布環(huán)境數(shù)據(jù)，如溫濕度、煙霧濃度等，控制設(shè)備根據(jù)收到的消息作出響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。在工業(yè)場(chǎng)景中，MQTT可以幫助收集和管理大規(guī)模設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)集中化和高效的設(shè)備監(jiān)控。

MQTT協(xié)議憑借其低功耗、高效能、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，已成為物聯(lián)網(wǎng)通信的主要協(xié)議之一。它的發(fā)布/訂閱模式簡化了設(shè)備之間的通信，使其特別適合多對(duì)多、低延遲、高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景。MQTT易于使用、拓展性強(qiáng)，為開發(fā)者提供了靈活的解決方案來構(gòu)建各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

【3】中科微ATGM336H-GPS模塊

中科微ATGM336H-GPS模塊是一款高性能、低功耗的全球定位模塊，專為衛(wèi)星定位導(dǎo)航應(yīng)用設(shè)計(jì)。該模塊集成了GNSS基帶處理器和RF接收器，支持GPS、GLONASS、BDS（北斗）等多種衛(wèi)星系統(tǒng)的定位信號(hào)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速精準(zhǔn)的定位，并提供穩(wěn)定可靠的位置、速度和時(shí)間數(shù)據(jù)。ATGM336H模塊廣泛應(yīng)用于車輛定位、物流跟蹤、無人機(jī)導(dǎo)航、智能穿戴設(shè)備、戶外運(yùn)動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。

ATGM336H模塊采用小巧的LCC封裝，尺寸為16mm x 12.2mm x 2.3mm，便于集成到各種緊湊型設(shè)備中。模塊內(nèi)置高靈敏度接收芯片，具有-165dBm的高靈敏度，即使在復(fù)雜環(huán)境下也能快速捕獲和跟蹤衛(wèi)星信號(hào)。其冷啟動(dòng)時(shí)間在開闊地帶一般小于30秒，熱啟動(dòng)時(shí)間約為1秒，重捕獲時(shí)間小于1秒，使其在車輛移動(dòng)和各種快速切換的場(chǎng)景下表現(xiàn)出色，定位精度可達(dá)2.5米。

該模塊支持多種工作模式，以滿足不同應(yīng)用的功耗要求。它不僅可以在普通模式下連續(xù)定位，還支持周期性模式和節(jié)電模式，通過關(guān)閉部分功能或降低數(shù)據(jù)輸出頻率來減少功耗，適合電池供電的便攜式設(shè)備。其最低功耗在微安級(jí)別，能夠顯著延長電池續(xù)航時(shí)間，使其成為移動(dòng)設(shè)備的理想選擇。

ATGM336H-GPS模塊的接口豐富，支持UART、I2C、SPI等多種通信接口，方便與主控MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。模塊提供的標(biāo)準(zhǔn)NMEA協(xié)議輸出和二進(jìn)制格式數(shù)據(jù)能夠直接對(duì)接多種導(dǎo)航應(yīng)用程序。此外，模塊還具有內(nèi)置的天線檢測(cè)功能和動(dòng)態(tài)干擾抑制技術(shù)，有助于在有較強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中保持定位精度，并能實(shí)時(shí)檢測(cè)和報(bào)告天線狀態(tài)，進(jìn)一步提高定位可靠性。

為了提高用戶體驗(yàn)和簡化開發(fā)過程，中科微為ATGM336H模塊提供了完善的開發(fā)手冊(cè)和技術(shù)支持，便于開發(fā)者快速上手并將其應(yīng)用到多種設(shè)備中。此外，模塊還支持多衛(wèi)星系統(tǒng)協(xié)同定位的功能，通過融合GPS、BDS、GLONASS等衛(wèi)星數(shù)據(jù)，提高在市區(qū)、高山、森林等衛(wèi)星信號(hào)受限環(huán)境下的定位精度和穩(wěn)定性，使其適用于復(fù)雜環(huán)境的高精度定位需求。

【4】ADXL345加速度傳感器

ADXL345?是 Analog Devices 公司推出的一款高性能、超低功耗的?三軸加速度傳感器。它可用于測(cè)量動(dòng)態(tài)加速度（如運(yùn)動(dòng)、震動(dòng)或沖擊）以及靜態(tài)加速度（如重力方向），因其體積小巧、功耗低、靈敏度高，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備、可穿戴設(shè)備、車輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等領(lǐng)域。

ADXL345 內(nèi)部集成了一個(gè)16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），可提供 ±2g、±4g、±8g、±16g 多檔量程選擇，用戶可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整靈敏度和測(cè)量范圍。在本項(xiàng)目中，它主要用于監(jiān)測(cè)車輛的姿態(tài)變化，如判斷車輛是否處于靜止、行駛、傾斜或發(fā)生異常震動(dòng)等狀態(tài)，是判斷車內(nèi)誤鎖報(bào)警是否觸發(fā)的重要依據(jù)之一。

該傳感器支持?I2C 和 SPI 兩種數(shù)字通信接口，在STM32系統(tǒng)中通常使用I2C方式與主控芯片通信，通過簡單的寄存器讀取即可獲得X、Y、Z三個(gè)方向的加速度數(shù)值。其數(shù)字輸出方式提高了抗干擾能力，尤其適合在復(fù)雜的車載環(huán)境中穩(wěn)定工作。

ADXL345還具備多種智能功能，如自由落體檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、靜止檢測(cè)、雙擊/單擊檢測(cè)等，可以通過配置寄存器實(shí)現(xiàn)事件中斷輸出。這些功能為系統(tǒng)在低功耗監(jiān)測(cè)和自動(dòng)喚醒方面提供了良好的技術(shù)支持，使其不僅能采集姿態(tài)數(shù)據(jù)，還能在關(guān)鍵事件發(fā)生時(shí)第一時(shí)間響應(yīng)。

在電源方面，ADXL345支持1.8V至3.6V的供電電壓，非常適合與3.3V供電的STM32微控制器直接配合使用。同時(shí)，它的待機(jī)功耗極低，僅在數(shù)微安級(jí)別，適合對(duì)功耗要求嚴(yán)格的車載智能設(shè)備或電池供電系統(tǒng)。

ADXL345 是一款功能全面、精度高、功耗低且通信靈活的三軸加速度傳感器，非常適用于本車載系統(tǒng)中對(duì)姿態(tài)判斷、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析與低功耗喚醒等功能的實(shí)現(xiàn)需求。

【5】SGP30傳感器

SGP30?是 Sensirion 公司推出的一款數(shù)字式空氣質(zhì)量傳感器模塊，集成了多種氣體檢測(cè)功能，主要用于測(cè)量室內(nèi)空氣中的總揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOC）和二氧化碳當(dāng)量濃度（eCO?）。該傳感器采用先進(jìn)的金屬氧化物（MOX）氣體感應(yīng)技術(shù)，結(jié)合Sensirion獨(dú)特的智能算法，可在極小體積內(nèi)提供穩(wěn)定可靠的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于智能家居、車載空氣監(jiān)測(cè)、空氣凈化設(shè)備等領(lǐng)域。

SGP30 的一大特點(diǎn)是其輸出數(shù)據(jù)為數(shù)字信號(hào)，通過標(biāo)準(zhǔn)的?I2C 接口?與主控芯片通信，避免了模擬信號(hào)易受干擾的問題，非常適合應(yīng)用在車載等復(fù)雜電磁環(huán)境中。在本項(xiàng)目中，SGP30 主要用于檢測(cè)車輛內(nèi)部空氣中二氧化碳的當(dāng)量濃度和TVOC濃度，一旦濃度超標(biāo)，即可觸發(fā)報(bào)警邏輯，提醒家長兒童被誤鎖在車內(nèi)的危險(xiǎn)狀態(tài)。

該模塊內(nèi)部集成了多個(gè)微型傳感器陣列，通過溫度補(bǔ)償和環(huán)境自適應(yīng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果。值得一提的是，SGP30 不提供直接的 CO? 濃度值，而是通過檢測(cè)TVOC并結(jié)合算法估算出eCO?（等效二氧化碳濃度），其精度已足夠滿足誤鎖兒童報(bào)警系統(tǒng)中空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的需求。

在電源要求方面，SGP30 工作電壓為?1.8V ~ 3.3V，一般與STM32系統(tǒng)共享3.3V電源即可；同時(shí)，傳感器具有較低的功耗，尤其在周期性采樣的應(yīng)用場(chǎng)景下，能夠有效節(jié)省系統(tǒng)能量消耗，有利于提高整個(gè)設(shè)備的續(xù)航能力。

SGP30 還提供了一個(gè)內(nèi)部基線校準(zhǔn)機(jī)制，允許用戶定期保存和恢復(fù)傳感器的基準(zhǔn)值，提高長期使用中的準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度。對(duì)于本項(xiàng)目而言，可以在車輛首次啟動(dòng)或系統(tǒng)初始化時(shí)進(jìn)行空氣基線更新，從而獲取更準(zhǔn)確的環(huán)境變化數(shù)據(jù)。

SGP30 是一款高集成度、高靈敏度、低功耗的空氣質(zhì)量檢測(cè)傳感器，非常適合本項(xiàng)目中對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、異常預(yù)警和數(shù)據(jù)上傳等需求的實(shí)現(xiàn)，是構(gòu)建兒童誤鎖報(bào)警系統(tǒng)關(guān)鍵的感知元件之一。

1.10 摘要

隨著社會(huì)安全問題的日益嚴(yán)重，兒童誤鎖車內(nèi)事件頻發(fā)，給家長和社會(huì)帶來了極大的安全隱患。為了解決這一問題，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一款基于STM32微控制器的車載誤鎖兒童報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合多種傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)車內(nèi)的環(huán)境溫度、濕度、二氧化碳濃度、震動(dòng)、車輛姿態(tài)等信息，并通過4G模塊上傳至云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警。當(dāng)車輛出現(xiàn)誤鎖情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，蜂鳴器發(fā)出警示音，同時(shí)通過短信和APP彈窗通知車主。此外，系統(tǒng)還具備車輛定位功能，支持SOS求助功能，并通過本地OLED顯示屏實(shí)時(shí)顯示車輛內(nèi)的傳感器數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)通過I2C、串口、MQTT等多種通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)各模塊之間的高效數(shù)據(jù)交換，保障了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與實(shí)時(shí)性。項(xiàng)目不僅提高了車內(nèi)兒童的安全性，還為今后的智能車載安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了有益的參考。

關(guān)鍵字：
車載誤鎖報(bào)警，STM32，兒童安全，傳感器，4G模塊，MQTT協(xié)議，遠(yuǎn)程監(jiān)控，SOS求助，車輛定位，云平臺(tái)

二、硬件選型(搭建模型參考)

如果大家想自己搭建模型，完成這個(gè)項(xiàng)目的功能測(cè)試。

那么可以看參考下面的部分硬件模塊選型。

（1）STM32F103C8T6最小系統(tǒng)板：主控芯片，用于控制各傳感器采集與通信處理。

（2）SHT30溫濕度傳感器模塊：用于采集車內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度信息。

（3）SGP30空氣質(zhì)量傳感器模塊：用于檢測(cè)車內(nèi)的TVOC總揮發(fā)性有機(jī)物和eCO?（等效二氧化碳濃度）。

（4）紅外熱釋電人體感應(yīng)模塊：用于檢測(cè)車內(nèi)是否有人存在。

（5）震動(dòng)檢測(cè)傳感器：檢測(cè)車輛是否有震動(dòng)，用于判斷車輛狀態(tài)。

（6）ADXL345三軸加速度傳感器：用于檢測(cè)車輛的姿態(tài)變化，判斷車輛是否在行駛或靜止。

（7）Air780E 4G模塊（合宙）：用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至華為云IOT平臺(tái)、發(fā)送短信等通信功能。

（8）中科微GPS定位模塊：用于獲取車輛當(dāng)前的位置信息，在APP和上位機(jī)中顯示定位地圖。

（9）0.96寸OLED顯示屏（IIC接口）：用于本地實(shí)時(shí)顯示所有傳感器數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)。

（10）高電平觸發(fā)有源蜂鳴器：用于報(bào)警提示，如超溫、超CO?濃度等情況下觸發(fā)警報(bào)。

（11）通風(fēng)控制風(fēng)扇（或外循環(huán)電機(jī)控制模塊）：用于車輛空氣流通換氣。

（12）4顆獨(dú)立按鍵模塊：用于頁面切換、SOS緊急求助觸發(fā)等功能。

（13）電源模塊（穩(wěn)壓模塊、移動(dòng)電源）：提供系統(tǒng)所需的穩(wěn)定電源（3.3V/5V）。

三、部署華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

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(shè)備接入IoTDA。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)介紹

華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)（IoT 設(shè)備接入云服務(wù)）提供海量設(shè)備的接入和管理能力，將物理設(shè)備聯(lián)接到云，支撐設(shè)備數(shù)據(jù)采集上云和云端下發(fā)命令給設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)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(tái)構(gòu)建一個(gè)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(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用和設(shè)備。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為連接業(yè)務(wù)應(yīng)用和設(shè)備的中間層，屏蔽了各種復(fù)雜的設(shè)備接口，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速接入；同時(shí)提供強(qiáng)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(shè)備可以通過固網(wǎng)、2G/3G/4G/5G、NB-IoT、Wifi等多種網(wǎng)絡(luò)接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，并使用LWM2M/CoAP、MQTT、HTTPS協(xié)議將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上報(bào)到平臺(tái)，平臺(tái)也可以將控制命令下發(fā)給設(shè)備。

業(yè)務(wù)應(yīng)用通過調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供的API，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集、命令下發(fā)、設(shè)備管理等業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

3.2 開通物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)

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

開通免費(fèi)單元。

點(diǎn)擊立即創(chuàng)建。

正在創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)版實(shí)例，需要等待片刻。

創(chuàng)建完成之后，點(diǎn)擊詳情。 可以看到標(biāo)準(zhǔn)版實(shí)例的設(shè)備接入端口和地址。

下面框起來的就是端口號(hào)和域名

點(diǎn)擊實(shí)例名稱，可以查看當(dāng)前免費(fèi)單元的配置情況。

開通之后，點(diǎn)擊接入信息，也能查看接入信息。 我們當(dāng)前設(shè)備準(zhǔn)備采用MQTT協(xié)議接入華為云平臺(tái)，這里可以看到MQTT協(xié)議的地址和端口號(hào)等信息。

總結(jié):

端口號(hào)： ? 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(tái)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(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=37ms TTL=44
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=37ms TTL=44
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=37ms TTL=44
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=37ms TTL=44

117.78.5.125 的 Ping 統(tǒng)計(jì)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(jì)時(shí)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(hào)有兩個(gè)，1883是非加密端口，8883是證書加密端口，單片機(jī)無法加載證書，所以使用1883端口合適。

3.3 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(shè)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(diǎn)擊查看詳情。

（4）添加自定義模型

產(chǎn)品創(chuàng)建完成之后，點(diǎn)擊進(jìn)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(shè)備上傳到云平臺(tái)的數(shù)據(jù)。

你可以根據(jù)自己的產(chǎn)品進(jìn)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(jī)設(shè)備端上傳到服務(wù)器的數(shù)據(jù)名字。

先點(diǎn)擊自定義模型。

再創(chuàng)建一個(gè)服務(wù)ID。

接著點(diǎn)擊新增屬性。

3.4 添加設(shè)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(shí)際的設(shè)備。添加的設(shè)備最終需要與真實(shí)的設(shè)備關(guān)聯(lián)在一起，完成數(shù)據(jù)交互。

（1）注冊(cè)設(shè)備

（2）根據(jù)自己的設(shè)備填寫

（3）保存設(shè)備信息

創(chuàng)建完畢之后，點(diǎn)擊保存并關(guān)閉，得到創(chuàng)建的設(shè)備密匙信息。該信息在后續(xù)生成MQTT三元組的時(shí)候需要使用。

（4）設(shè)備創(chuàng)建完成

（5）設(shè)備詳情

3.5 MQTT協(xié)議主題訂閱與發(fā)布

（1）MQTT協(xié)議介紹

當(dāng)前的設(shè)備是采用MQTT協(xié)議與華為云平臺(tái)進(jìn)行通信。

MQTT是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，它被設(shè)計(jì)用于輕量級(jí)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(luò)環(huán)境中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。MQTT是專門針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的輕量級(jí)傳輸協(xié)議。MQTT協(xié)議針對(duì)低帶寬網(wǎng)絡(luò)，低計(jì)算能力的設(shè)備，做了特殊的優(yōu)化，使得其能適應(yīng)各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。目前MQTT擁有各種平臺(tái)和設(shè)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(duì)列協(xié)議，使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對(duì)多的消息發(fā)布，解除應(yīng)用程序耦合，相對(duì)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(luò)連接；所以，只要具備TCP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可以使用MQTT協(xié)議。 本次設(shè)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(tái)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(wù)流程：

（2）華為云平臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)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(jí)	采用TCP通道基礎(chǔ) + TLS協(xié)議（最高TLSv1.3版本）
單帳號(hào)每秒最大MQTT連接請(qǐng)求數(shù)	無限制
單個(gè)設(shè)備每分鐘支持的最大MQTT連接數(shù)	1
單個(gè)MQTT連接每秒的吞吐量，即帶寬，包含直連設(shè)備和網(wǎng)關(guān)	3KB/s
MQTT單個(gè)發(fā)布消息最大長度，超過此大小的發(fā)布請(qǐng)求將被直接拒絕	1MB
MQTT連接心跳時(shí)間建議值	心跳時(shí)間限定為30至1200秒，推薦設(shè)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(shè)備只能對(duì)自己的Topic進(jìn)行消息發(fā)布與訂閱
每個(gè)訂閱請(qǐng)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(duì)于設(shè)備而言，一般會(huì)訂閱平臺(tái)下發(fā)消息給設(shè)備 這個(gè)主題。

設(shè)備想接收平臺(tái)下發(fā)的消息，就需要訂閱平臺(tái)下發(fā)消息給設(shè)備 的主題，訂閱后，平臺(tái)下發(fā)消息給設(shè)備，設(shè)備就會(huì)收到消息。

如果設(shè)備想要知道平臺(tái)下發(fā)的消息，需要訂閱上面圖片里標(biāo)注的主題。

以當(dāng)前設(shè)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(duì)于設(shè)備來說，主題發(fā)布表示向云平臺(tái)上傳數(shù)據(jù)，將最新的傳感器數(shù)據(jù)，設(shè)備狀態(tài)上傳到云平臺(tái)。

這個(gè)操作稱為：屬性上報(bào)。

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(dāng)前設(shè)備發(fā)布主題，上報(bào)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(shí)，需要上傳數(shù)據(jù)，這個(gè)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(wù)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(gè)屬性字段。 這個(gè)JSON格式里的，服務(wù)ID，屬性字段名稱，屬性值類型，在前面創(chuàng)建產(chǎn)品的時(shí)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(gè)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}}]}

3.6 MQTT三元組

MQTT協(xié)議登錄需要填用戶ID，設(shè)備ID，設(shè)備密碼等信息，就像我們平時(shí)登錄QQ，微信一樣要輸入賬號(hào)密碼才能登錄。MQTT協(xié)議登錄的這3個(gè)參數(shù)，一般稱為MQTT三元組。

接下來介紹，華為云平臺(tái)的MQTT三元組參數(shù)如何得到。

（1）MQTT服務(wù)器地址

要登錄MQTT服務(wù)器，首先記得先知道服務(wù)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(jī)上使用比較困難，所以當(dāng)前的設(shè)備是采用1883端口進(jìn)連接的。

根據(jù)上面的域名和端口號(hào)，得到下面的IP地址和端口號(hào)信息：?如果設(shè)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(wù)器地址：117.78.5.125
華為云的MQTT端口號(hào)：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(gè)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(gè)工具，填入設(shè)備的信息（也就是剛才創(chuàng)建完設(shè)備之后保存的信息），點(diǎn)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(shè)備的信息：?（上面兩行就是設(shè)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(shè)備端通過MQTT協(xié)議登錄鑒權(quán)的時(shí)候，填入?yún)?shù)即可。

ClientId ?663cb18871d845632a0912e7_dev1_0_0_2024050911
Username ?663cb18871d845632a0912e7_dev1
Password ?71b82deae83e80f04c4269b5bbce3b2fc7c13f610948fe210ce18650909ac237

3.7 模擬設(shè)備登錄測(cè)試

經(jīng)過上面的步驟介紹，已經(jīng)創(chuàng)建了產(chǎn)品，設(shè)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(shí)的設(shè)備來登錄平臺(tái)。測(cè)試與服務(wù)器通信是否正常。

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

（1）填入登錄信息

打開MQTT客戶端軟件，對(duì)號(hào)填入相關(guān)信息（就是上面的文本介紹）。然后，點(diǎn)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(tái)，可以看到設(shè)備已經(jīng)在線了。

點(diǎn)擊詳情頁面，可以看到上傳的數(shù)據(jù)：

到此，云平臺(tái)的部署已經(jīng)完成，設(shè)備已經(jīng)可以正常上傳數(shù)據(jù)了。

（3）MQTT登錄測(cè)試參數(shù)總結(jié)

MQTT服務(wù)器: ?117.78.5.125
MQTT端口號(hào): ?183

//物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的設(shè)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}}]}

3.8 創(chuàng)建IAM賬戶

創(chuàng)建一個(gè)IAM賬戶，因?yàn)榻酉聛黹_發(fā)上位機(jī)，需要使用云平臺(tái)的API接口，這些接口都需要token進(jìn)行鑒權(quán)。簡單來說，就是身份的認(rèn)證。 調(diào)用接口獲取Token時(shí)，就需要填寫IAM賬號(hào)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(xiàng)目憑證 ** 點(diǎn)擊左上角用戶名，選擇下拉菜單里的我的憑證

項(xiàng)目憑證:

28add376c01e4a61ac8b621c714bf459

【2】創(chuàng)建IAM用戶

鼠標(biāo)放在左上角頭像上，在下拉菜單里選擇統(tǒng)一身份認(rèn)證。

點(diǎn)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

3.9 獲取影子數(shù)據(jù)

幫助文檔：https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0079.html

設(shè)備影子介紹：

設(shè)備影子是一個(gè)用于存儲(chǔ)和檢索設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)信息的JSON文檔。
每個(gè)設(shè)備有且只有一個(gè)設(shè)備影子，由設(shè)備ID唯一標(biāo)識(shí)
設(shè)備影子僅保存最近一次設(shè)備的上報(bào)數(shù)據(jù)和預(yù)期數(shù)據(jù)
無論該設(shè)備是否在線，都可以通過該影子獲取和設(shè)置設(shè)備的屬性

簡單來說：設(shè)備影子就是保存，設(shè)備最新上傳的一次數(shù)據(jù)。

我們?cè)O(shè)計(jì)的軟件里，如果想要獲取設(shè)備的最新狀態(tài)信息，就采用設(shè)備影子接口。

如果對(duì)接口不熟悉，可以先進(jìn)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(qǐng)求影子接口，了解請(qǐng)求，與返回的數(shù)據(jù)格式。

調(diào)試完成看右下角的響應(yīng)體，就是返回的影子數(shù)據(jù)。

設(shè)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(shí)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(jī)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

3.10 訪問接口的代碼實(shí)現(xiàn)

（1）配置 Qt 項(xiàng)目

在 Qt 項(xiàng)目的?.pro?文件中，加入對(duì)?libcurl?的支持：

QT += core
CONFIG += console
CONFIG -= app_bundle

INCLUDEPATH += /usr/include/curl ?# 根據(jù)你的系統(tǒng)設(shè)置 libcurl 的路徑
LIBS += -lcurl ?# 鏈接 libcurl 庫

SOURCES += main.cpp

（2）代碼實(shí)現(xiàn)

main.cpp?文件中實(shí)現(xiàn)代碼如下：

#include?<QCoreApplication>
#include?<curl/curl.h>
#include?<QDebug>
#include?<QString>
#include?<QByteArray>

// 回調(diào)函數(shù)，處理libcurl下載數(shù)據(jù)
size_t?WriteCallback(void?*contents,?size_t?size,?size_t?nmemb,?void?*userp)?{
? ??size_t?totalSize = size * nmemb;
? ? QByteArray *response =?static_cast<QByteArray *>(userp);
? ? response->append(static_cast<char?*>(contents), totalSize);
? ??return?totalSize;
}

int?main(int?argc,?char?*argv[])?{
? ??QCoreApplication?a(argc, argv);

? ??// 初始化libcurl
? ? CURL *curl;
? ? CURLcode res;
? ? QByteArray responseData; ?// 用于存儲(chǔ)響應(yīng)數(shù)據(jù)

? ??curl_global_init(CURL_GLOBAL_DEFAULT);
? ? curl =?curl_easy_init();
? ??if?(curl) {
? ? ? ??// 設(shè)置訪問URL
? ? ? ??const?QString url =?"https://ad635970a1.st1.iotda-app.cn-north-4.myhuaweicloud.com:443/v5/iot/28add376c01e4a61ac8b621c714bf459/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/shadow";

? ? ? ??// 設(shè)置HTTP請(qǐng)求頭
? ? ? ??struct?curl_slist?*headers =?NULL;
? ? ? ? headers =?curl_slist_append(headers,?"Authorization: Bearer <Your_Access_Token>");?// 這里需要替換為你的實(shí)際 token

? ? ? ??curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_URL, url.toStdString().c_str());
? ? ? ??curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_HTTPHEADER, headers);
? ? ? ??curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEFUNCTION, WriteCallback);
? ? ? ??curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEDATA, &responseData);

? ? ? ??// 發(fā)起GET請(qǐng)求
? ? ? ? res =?curl_easy_perform(curl);

? ? ? ??if?(res != CURLE_OK) {
? ? ? ? ? ??qDebug() <<?"Curl request failed:"?<<?curl_easy_strerror(res);
? ? ? ? }?else?{
? ? ? ? ? ??qDebug() <<?"Response data:"?<< responseData;
? ? ? ? }

? ? ? ??// 清理
? ? ? ??curl_easy_cleanup(curl);
? ? ? ??curl_slist_free_all(headers);
? ? }

? ??curl_global_cleanup();

? ??return?a.exec();
}

3.11 數(shù)據(jù)解析代碼

在 Qt 中使用 CJSON (一個(gè)用于解析 JSON 數(shù)據(jù)的輕量級(jí) C 庫) 來解析返回的 JSON 數(shù)據(jù)。

（1）配置 Qt 項(xiàng)目

在 Qt 項(xiàng)目的?.pro?文件中，確保包括了 CJSON 的頭文件，并鏈接 CJSON 的源代碼。

QT += core
CONFIG += console
CONFIG -= app_bundle

SOURCES += main.cpp 
? ? ? ? ? ?cJSON.c ?# 將 cJSON.c 文件添加到你的項(xiàng)目中

INCLUDEPATH += path/to/cjson/ ?# 添加 CJSON 頭文件的路徑

LIBS += -lcurl ?# 鏈接 libcurl 庫

（2）解析 JSON 數(shù)據(jù)的完整代碼

在?main.cpp?中，以下代碼展示了如何解析你提供的 JSON 數(shù)據(jù)。

#include?<QCoreApplication>
#include?<curl/curl.h>
#include?<QDebug>
#include?<QString>
#include?<QByteArray>
#include?"cJSON.h"

// 回調(diào)函數(shù)，處理libcurl下載數(shù)據(jù)
size_t?WriteCallback(void?*contents,?size_t?size,?size_t?nmemb,?void?*userp)?{
? ??size_t?totalSize = size * nmemb;
? ? QByteArray *response =?static_cast<QByteArray *>(userp);
? ? response->append(static_cast<char?*>(contents), totalSize);
? ??return?totalSize;
}

// 解析 JSON 數(shù)據(jù)
void?parseJson(const?QByteArray &data)?{
? ??// 將 QByteArray 轉(zhuǎn)換為 char*
? ??const?char* jsonData = data.constData();

? ??// 解析 JSON
? ? cJSON *root =?cJSON_Parse(jsonData);
? ??if?(root ==?NULL) {
? ? ? ??qDebug() <<?"Error parsing JSON.";
? ? ? ??return;
? ? }

? ??// 解析 "device_id"
? ? cJSON *deviceId =?cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(root,?"device_id");
? ??if?(cJSON_IsString(deviceId) && (deviceId->valuestring !=?NULL)) {
? ? ? ??qDebug() <<?"Device ID:"?<< deviceId->valuestring;
? ? }

? ??// 解析 "shadow" 數(shù)組
? ? cJSON *shadow =?cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(root,?"shadow");
? ??if?(cJSON_IsArray(shadow)) {
? ? ? ? cJSON *shadowItem =?NULL;
? ? ? ??cJSON_ArrayForEach(shadowItem, shadow) {
? ? ? ? ? ??// 解析每個(gè) shadow 項(xiàng)目
? ? ? ? ? ? cJSON *serviceId =?cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(shadowItem,?"service_id");
? ? ? ? ? ??if?(cJSON_IsString(serviceId) && (serviceId->valuestring !=?NULL)) {
? ? ? ? ? ? ? ??qDebug() <<?"Service ID:"?<< serviceId->valuestring;
? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? ? ??// 解析 "reported" 對(duì)象
? ? ? ? ? ? cJSON *reported =?cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(shadowItem,?"reported");
? ? ? ? ? ??if?(cJSON_IsObject(reported)) {
? ? ? ? ? ? ? ??// 解析 "properties" 對(duì)象
? ? ? ? ? ? ? ? cJSON *properties =?cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(reported,?"properties");
? ? ? ? ? ? ? ??if?(cJSON_IsObject(properties)) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? cJSON *data1 =?cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(properties,?"data1");
? ? ? ? ? ? ? ? ? ??if?(cJSON_IsNumber(data1)) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??qDebug() <<?"data1:"?<< data1->valueint;
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? cJSON *data2 =?cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(properties,?"data2");
? ? ? ? ? ? ? ? ? ??if?(cJSON_IsNumber(data2)) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??qDebug() <<?"data2:"?<< data2->valueint;
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? cJSON *data3 =?cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(properties,?"data3");
? ? ? ? ? ? ? ? ? ??if?(cJSON_IsNumber(data3)) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??qDebug() <<?"data3:"?<< data3->valueint;
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? cJSON *data4 =?cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(properties,?"data4");
? ? ? ? ? ? ? ? ? ??if?(cJSON_IsNumber(data4)) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??qDebug() <<?"data4:"?<< data4->valueint;
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? ? ? ? ??// 解析 "event_time"
? ? ? ? ? ? ? ? cJSON *eventTime =?cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(reported,?"event_time");
? ? ? ? ? ? ? ??if?(cJSON_IsString(eventTime) && (eventTime->valuestring !=?NULL)) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ??qDebug() <<?"Event Time:"?<< eventTime->valuestring;
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? ? ??// 解析 version
? ? ? ? ? ? cJSON *version =?cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(shadowItem,?"version");
? ? ? ? ? ??if?(cJSON_IsNumber(version)) {
? ? ? ? ? ? ? ??qDebug() <<?"Version:"?<< version->valueint;
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }
? ? }

? ??// 釋放 JSON 對(duì)象
? ??cJSON_Delete(root);
}

int?main(int?argc,?char?*argv[])?{
? ??QCoreApplication?a(argc, argv);

? ??// 模擬獲取到的 JSON 數(shù)據(jù)
? ? QByteArray jsonData =?R"(
? ? {
? ? ? ? "device_id": "663cb18871d845632a0912e7_dev1",
? ? ? ? "shadow": [
? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? "service_id": "stm32",
? ? ? ? ? ? ? ? "desired": {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? "properties": null,
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? "event_time": null
? ? ? ? ? ? ? ? },
? ? ? ? ? ? ? ? "reported": {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? "properties": {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? "data1": 18,
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? "data2": 90,
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? "data3": 38,
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? "data4": 70
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? },
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? "event_time": "20240509T113448Z"
? ? ? ? ? ? ? ? },
? ? ? ? ? ? ? ? "version": 3
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ]
? ? })";

? ??// 調(diào)用解析函數(shù)
? ??parseJson(jsonData);

? ??return?a.exec();
}

四、STM32設(shè)備端代碼設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)思路：

1.?初始化階段：

1. 1. ? 配置 STM32F103C8T6 的系統(tǒng)時(shí)鐘。? 初始化外設(shè)（GPIO、I2C、UART、SPI等）。? 配置中斷和定時(shí)器（例如用于定期采集傳感器數(shù)據(jù)）。

2.?模塊初始化：

1. 1. ? 初始化傳感器模塊（如 SGP30、SHT30、ADXL345、紅外熱釋電傳感器、震動(dòng)傳感器、GPS模塊等）。? 初始化蜂鳴器和OLED顯示屏。? 初始化4G模塊（Air780E）用于發(fā)送短信和云數(shù)據(jù)上傳。

3.?數(shù)據(jù)采集與處理：

1. 1. ? 定期讀取傳感器數(shù)據(jù)（如溫濕度、二氧化碳濃度、車輛姿態(tài)、震動(dòng)等）。? 對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（例如，對(duì)溫濕度和二氧化碳濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值判斷）。

4.?報(bào)警機(jī)制：

1. 1. ? 判斷傳感器數(shù)據(jù)是否超出預(yù)設(shè)閾值（如溫濕度過高、二氧化碳濃度過高、車輛姿態(tài)異常等）。? 當(dāng)檢測(cè)到異常時(shí)，通過蜂鳴器報(bào)警，并觸發(fā)短信報(bào)警（通過4G模塊）和APP上位機(jī)彈窗。

5.?數(shù)據(jù)上傳：

1. 1. ? 定期通過4G模塊（Air780E）將采集到的傳感器數(shù)據(jù)上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。? 支持通過MQTT協(xié)議上傳數(shù)據(jù)。

6.?定位與SOS功能：

1. 1. ? 定期獲取GPS模塊數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車輛定位。? 如果用戶按下SOS按鈕，則觸發(fā)報(bào)警機(jī)制并發(fā)送求助短信。

7.?主循環(huán)：

1. ? 主循環(huán)不斷執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)檢查、報(bào)警和數(shù)據(jù)上傳等任務(wù)。

main.c代碼框架：

#include?"stm32f10x.h"
#include?"SHT30.h"
#include?"SGP30.h"
#include?"ADXL345.h"
#include?"GPS.h"
#include?"OLED.h"
#include?"Buzzer.h"
#include?"Air780E.h"
#include?"GPIO.h"
#include?"I2C.h"
#include?"UART.h"
#include?"Timer.h"

// 定義閾值
#define?TEMP_THRESHOLD 30 ?// 溫度閾值（單位：℃）
#define?CO2_THRESHOLD 1000?// 二氧化碳濃度閾值（單位：ppm）
#define?VIBRATION_THRESHOLD 100?// 震動(dòng)閾值

// 全局變量定義
float?temperature, humidity, co2_concentration;
float?acceleration_x, acceleration_y, acceleration_z;
float?latitude, longitude;
uint8_t?vibration_status;
uint8_t?is_vehicle_locked =?0; ?// 判斷是否誤鎖
uint8_t?sos_button_pressed =?0; ?// SOS按鈕狀態(tài)

// 模塊初始化函數(shù)
void?InitModules(void)?{
? ??// 初始化GPIO、I2C、UART等外設(shè)
? ? GPIO_Init();
? ? I2C_Init();
? ? UART_Init();
? ? OLED_Init();
? ? Buzzer_Init();
? ? Air780E_Init();
? ? GPS_Init();
? ? ADXL345_Init();
? ? SGP30_Init();
? ? SHT30_Init();
? ? Timer_Init();
}

// 傳感器數(shù)據(jù)采集函數(shù)
void?CollectSensorData(void)?{
? ??// 讀取溫濕度數(shù)據(jù)
? ? temperature = SHT30_ReadTemperature();
? ? humidity = SHT30_ReadHumidity();

? ??// 讀取空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)（CO2 和 TVOC）
? ? co2_concentration = SGP30_ReadCO2();
? ??
? ??// 讀取加速度傳感器數(shù)據(jù)（用于檢測(cè)車輛姿態(tài)）
? ? ADXL345_ReadAcceleration(&acceleration_x, &acceleration_y, &acceleration_z);
? ??
? ??// 讀取震動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)
? ? vibration_status = ReadVibrationSensor();

? ??// 讀取GPS定位數(shù)據(jù)
? ? GPS_ReadLocation(&latitude, &longitude);
}

// 檢查異常并報(bào)警
void?CheckForWarnings(void)?{
? ??// 判斷是否誤鎖
? ??if?(acceleration_z < VIBRATION_THRESHOLD && temperature > TEMP_THRESHOLD && co2_concentration > CO2_THRESHOLD) {
? ? ? ? is_vehicle_locked =?1; ?// 誤鎖報(bào)警
? ? ? ? Buzzer_Alarm();
? ? ? ? Air780E_SendSMS("Warning: Child locked inside the vehicle!");
? ? ? ? OLED_DisplayWarning("Child locked in car!");
? ? }

? ??// 如果SOS按鈕被按下
? ??if?(sos_button_pressed) {
? ? ? ? Air780E_SendSMS("SOS: Help needed!");
? ? ? ? OLED_DisplayWarning("SOS triggered!");
? ? }
}

// 數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)
void?UploadDataToCloud(void)?{
? ??// 上傳傳感器數(shù)據(jù)至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)（MQTT）
? ??char?payload[256];
? ??snprintf(payload,?sizeof(payload),?"{"temperature": %.2f, "humidity": %.2f, "co2": %.2f, "latitude": %.6f, "longitude": %.6f}",
? ? ? ? ? ? ?temperature, humidity, co2_concentration, latitude, longitude);
? ? Air780E_MQTTPublish("vehicle_data_topic", payload);
}

// 主循環(huán)
int?main(void)?{
? ??// 初始化各個(gè)模塊
? ? InitModules();
? ??
? ??while?(1) {
? ? ? ??// 定期采集傳感器數(shù)據(jù)
? ? ? ? CollectSensorData();
? ? ? ??
? ? ? ??// 檢查是否有報(bào)警條件
? ? ? ? CheckForWarnings();
? ? ? ??
? ? ? ??// 上傳數(shù)據(jù)到云平臺(tái)
? ? ? ? UploadDataToCloud();
? ? }
}

代碼設(shè)計(jì)思路：

1.?模塊初始化：在InitModules()函數(shù)中對(duì)所有傳感器、外設(shè)（如GPIO、I2C、UART、OLED等）進(jìn)行初始化，為后續(xù)的傳感器數(shù)據(jù)采集、通信和報(bào)警做好準(zhǔn)備。

2.?傳感器數(shù)據(jù)采集：CollectSensorData()函數(shù)定期讀取各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)（如溫濕度、二氧化碳濃度、加速度、震動(dòng)、GPS定位等），并保存到相應(yīng)的全局變量中。

3.?報(bào)警機(jī)制：CheckForWarnings()函數(shù)對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)且溫濕度、二氧化碳濃度等超標(biāo)，則觸發(fā)誤鎖報(bào)警，并通過蜂鳴器、短信和OLED屏幕進(jìn)行報(bào)警；若按下了SOS按鈕，則觸發(fā)SOS報(bào)警。

4.?數(shù)據(jù)上傳：UploadDataToCloud()函數(shù)將采集到的傳感器數(shù)據(jù)通過MQTT協(xié)議上傳到華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，以便遠(yuǎn)程監(jiān)控。

5.?主循環(huán)：在main()函數(shù)的主循環(huán)中，定期調(diào)用數(shù)據(jù)采集、報(bào)警檢查、數(shù)據(jù)上傳等函數(shù)，確保系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行并響應(yīng)異常事件。

五、上位機(jī)開發(fā)

為了方便查看設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)，接下來利用Qt開發(fā)一款A(yù)ndroid手機(jī)APP 和 Windows上位機(jī)。

使用華為云平臺(tái)提供的API接口獲取設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)，進(jìn)行可視化顯示，以及遠(yuǎn)程控制設(shè)備。

5.1 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(jìn)行下載：

如果下載不了，可以在網(wǎng)盤里找到安裝包下載：?https://ccnr8sukk85n.feishu.cn/wiki/QjY8weDYHibqRYkFP2qcA9aGnvb?from=from_copylink

軟件安裝時(shí)斷網(wǎng)安裝，否則會(huì)提示輸入賬戶。

安裝的時(shí)候，第一個(gè)復(fù)選框里的編譯器可以全選，直接點(diǎn)擊下一步繼續(xù)安裝。

選擇編譯器： （一定要看清楚了）

前面2講解了需要用的API接口，接下來就使用Qt設(shè)計(jì)上位機(jī)，設(shè)計(jì)界面，完成整體上位機(jī)的邏輯設(shè)計(jì)。

【1】新建工程

【2】設(shè)置項(xiàng)目的名稱。

【3】選擇編譯系統(tǒng)

【4】選擇默認(rèn)繼承的類

【5】選擇編譯器

【6】點(diǎn)擊完成

【7】工程創(chuàng)建完成

5.3 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(shí)候選擇了2種編譯器。 一種是mingw32這個(gè)編譯Windows下運(yùn)行的程序。 一種是Android編譯器，可以生成Android手機(jī)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(gè)大家可以看下面的教程配置一下就行了。

Android環(huán)境搭建的博客鏈接：?https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/117254453

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(gè)編譯器，編譯Windows下運(yùn)行的程序。

5.4 編譯測(cè)試功能

創(chuàng)建完畢之后，編譯測(cè)試一下功能是否OK。

點(diǎn)擊左下角的綠色三角形按鈕。

正常運(yùn)行就可以看到彈出一個(gè)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(shè)計(jì)界面了。

5.5 設(shè)計(jì)UI界面與工程配置

【1】打開UI文件

打開默認(rèn)的界面如下：

【2】開始設(shè)計(jì)界面

根據(jù)自己需求設(shè)計(jì)界面。

5.5 編譯Windows上位機(jī)

點(diǎn)擊軟件左下角的綠色三角形按鈕進(jìn)行編譯運(yùn)行。

5.6 配置Android環(huán)境

如果想編譯Android手機(jī)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(xué)習(xí)）

然后才可以進(jìn)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(biāo)與名稱

【3】編譯Android上位機(jī)

Qt本身是跨平臺(tái)的，直接選擇Android的編譯器，就可以將程序編譯到Android平臺(tái)。

然后點(diǎn)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(jī)的安裝包，電腦端使用QQ發(fā)送給手機(jī)QQ,手機(jī)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(tái)會(huì)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-265_AgritechIoTManager-Android_for_arm64_v8a_Clang_Qt_5_12_6_for_Android_ARM64_v8a-Release/android-build//build/outputs/apk/debug/android-build-debug.apk

六、總結(jié)

本項(xiàng)目圍繞當(dāng)前頻發(fā)的兒童被誤鎖車內(nèi)事件，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)與多種傳感器融合應(yīng)用，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套具備檢測(cè)、報(bào)警、通風(fēng)、定位與遠(yuǎn)程通信等功能的綜合性車載安全系統(tǒng)。系統(tǒng)以STM32F103C8T6作為主控芯片，結(jié)合SGP30空氣質(zhì)量傳感器、SHT30溫濕度傳感器、紅外人體檢測(cè)模塊、震動(dòng)檢測(cè)模塊、GPS定位模塊等，全面實(shí)時(shí)地監(jiān)控車輛內(nèi)部的環(huán)境狀況與乘員狀態(tài)。

系統(tǒng)通過合宙Air780E 4G模塊接入華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，采用MQTT協(xié)議實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)上傳與遠(yuǎn)程監(jiān)控。Android端APP與Windows上位機(jī)通過Qt平臺(tái)開發(fā)，不僅可實(shí)時(shí)顯示車輛內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)，還具備定位導(dǎo)航、報(bào)警彈窗與短信通知等功能，為使用者提供多終端、高可靠性的操作體驗(yàn)。此外，系統(tǒng)還支持本地OLED顯示與蜂鳴器報(bào)警，并預(yù)設(shè)SOS求助按鍵，為緊急情況下爭取了寶貴的響應(yīng)時(shí)間。

整體設(shè)計(jì)充分考慮了低功耗、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性與安全性，具有良好的擴(kuò)展性和實(shí)用性，既能滿足實(shí)際使用場(chǎng)景的需求，也為后續(xù)的產(chǎn)品化提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。通過本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)在智慧車載安全防護(hù)中的巨大潛力，也為緩解兒童誤鎖車內(nèi)帶來的社會(huì)問題貢獻(xiàn)了一份可行的技術(shù)方案。