传感网应用实例与开发

安政光

目录

  • 1 课程简介
    • 1.1 课程简介
    • 1.2 课程标准
    • 1.3 职业证书对接
    • 1.4 课程分工
  • 2 数据采集
    • 2.1 数据采集之数字量传感数据采集
    • 2.2 数据采集之模拟量传感数据采集
    • 2.3 数据采集之模拟量转换为数字量
    • 2.4 数据采集之开关量传感数据采集
  • 3 STM32微控制器基本外设应用开发
    • 3.1 STM32基础知识
    • 3.2 任务1 开发环境搭建和工程建立
    • 3.3 任务2 LED流水灯应用开发
    • 3.4 任务3 按键控制LED灯亮灭
    • 3.5 任务4 串行通信控制LED流水灯应用开发
    • 3.6 任务5 电池电量检测应用开发
  • 4 RS-485总线通信应用
    • 4.1 RS-485基本知识
    • 4.2 RS-485通信协议及网关通信协议
    • 4.3 Modbus通信协议
    • 4.4 任务1 案例分析及工程代码编写
    • 4.5 任务2 系统搭建及云平台项目创建
  • 5 CAN总线通信应用
    • 5.1 CAN总线基本知识
    • 5.2 CAN通信帧
    • 5.3 CAN控制器和收发器
    • 5.4 任务1 案例分析及工程代码编写
    • 5.5 任务2 系统搭建及云平台项目创建
    • 5.6 任务3 CAN通信数据抓包与解析
  • 6 BasicRF的无线通信应用
    • 6.1 BasicRF基础知识
    • 6.2 任务1创建工程项目
    • 6.3 任务2 温湿度节点数据采集
    • 6.4 任务3 火焰节点数据采集
    • 6.5 任务4 传感器节点组网
    • 6.6 任务5 传感数据汇聚
  • 7 WiFi数据通信
    • 7.1 WI-FI基础知识
    • 7.2 使用AT指令配置WI-FI工作模式
    • 7.3 WI-FI接入云平台
  • 8 NB-IoT联网通信
    • 8.1 NB-IoT技术简介
    • 8.2 利尔达NB-IoT模组介绍
    • 8.3 任务1 “智慧路灯”AT指令代码编写
    • 8.4 任务2.烧写智能路灯
    • 8.5 任务3NB-IoT接入云平台
  • 9 LoRa 通信技术
    • 9.1 基础知识
    • 9.2 项目分析与LoRa驱动移植
    • 9.3 任务2 LoRa温湿度传感器节点应用程序开发
    • 9.4 任务3 LoRa光照传感器节点数据采集
    • 9.5 任务4 LoRa网关节点汇聚传感器数据
    • 9.6 讨论
STM32基础知识
  • 1 知识介绍
  • 2 PPT
  • 3 学习视频
  • 4 拓展内容
  • 5 国家脊梁

一、STM32概述

STM32是意法半导体有限公司出品的一系列微控制器的统称。

STM32微控制器基于ARM Cortex®-M0，M0+，M3, M4和M7内核，这些内核是专门为高性能、低成本和低功耗的嵌入式应用设计的。STM32微控制器按内核架构可以分为以下系列，如图 2-1所示：

超低功耗产品系列：STM32L0、STM32L1、STM32L4、STM32L4+；

主流产品系列：STM32F0、STM32F1、STM32F3；

高性能产品系列：STM32F2、STM32F4、STM32F7、STM32H7；

无线产品系列：STM32WB；

微处理器（MPU）系列：STM32MP1。

2.1


图2-1STM32微控制器的产品家族


二、STM3微控制器的命名规则

STM32微控制器的各个型号在封装形式、引脚数量、SRAM和闪存大小、最高工作频率（影响产品的性能）等方面有所不同，开发人员可根据应用需求选择最合适的微控制器型号来完成项目设计。

芯片的命名规则，如图 2-2所示。

2.2


图2-2STM32&STM8产品型号


以STM32F103VET6芯片为例（图 2-3），STM32代表ST公司出品的基于ARM Cortex-M内核的32为微控制器，F表示基础型产品，103表示基础型产品系列，v代表引脚数量，E代表MCU内存容量，T代表封装工艺，6表示MCU工作温度范围，在这里就是-40到85度。

2-3


图2-3STM32F103VET6芯片命名解析


三、STM32微控制器的主要特性

2-4


图2-4STM32F103RCT6开发板


STM32微控制器的主要特征（以STM32F103VET6型号为例，如图 2-4所示）：

（1）32位ARM Cortex-M3内核CPU，最大工作频率72MHz，1.25DMIP/MHz，存储访问0等待单周期乘法运算和硬件出发运算；

（2）存储具备256KB至512KB的Flash存储空间64KB的SRAM；

（3）时钟、复位和电源管理2.0V至3.6V应用电源供电和I/O上电复位（POR）、掉电复位（PDR）和可编程电压检测（PVD）4MHz至16MHz外部晶振，内部8MHz工厂校准RC振荡器，内部40kHz经校准的RC振荡器，RTC用经校准的32kHz振荡器；

（4）低功耗，具有睡眠、停止和待机3种低功耗模式，RTC和备份寄存器用的VBAT电源；

（5）3个12bit，1μs A/D转换器（最多支持21个通道），转换范围：0至3.6V，三通道采样和保持能力，温度传感器功能；

（6）11个定时器（7）多达13个通信接口，2个I2C接口（SMBus/PMBus），5个USART，3个SPI接口（18Mbis/s），其中2个可切换为I2S，CAN总线接口（支持2.0B）USB2.0全速接口，SDIO接口。

四、STM32开发板的选择

目前市面上可供选购的STM32开发板主要有两种：最小系统板和外设齐全的开发板（图 2-5）。

2-5


图2-5最小系统板和外设齐全的开发板


STM32最小系统板与外设齐全的开发板的优缺点：

  • 价格

  • 硬件电路的构建能力

  • 使用的便利性

在实际选择的过程中，在满足使用需求之外，性价比就是第二考虑因素了。根据产品的散热、功耗、使用时间、使用环境、等等综合因素来选择一款适合使用的开发板。

STM32的应用领域

随着电子、计算机、通信技术的发展，嵌入式技术已经无处不在。从随身携带的可穿戴智能设备，到智慧家庭中的远程抄表系统、智能洗衣机和智能音箱，再到智慧交通中的车辆导航、流量控制和信息监测等（图 2-6），各种创新应用及需求不断涌现。 在电子产品快速更新迭代、淘汰的背后，它们的组成部分中最基础的底层架构芯片——微控制器（MCU）功不可没。

2-6


图2-6STM32应用设备


目前微控制器已成为电子产品及行业应用解决方案中不可替代的一环。产品线覆盖通用型、低成本、超低功耗、高性能低功耗以及甚高性能类型。

STM32拥有结构清晰覆盖完整的产品家族线、简单易用的应用开发生态系统，越来越多的电子产品使用STM32微控制器作为主控的解决方案，涵盖智能硬件、智能家居/智慧城市、智慧工业、智能驾驶等领域。