基于STM32单片机车辆数据采集的设计与实现.pdfVIP

基于STM32单片机车辆数据采集的设

计与实现

摘要

基于华汽电动车队原型车需要采集车辆行驶时电流电压，速度等数据，用于

后续的二次处理分析计算出最佳的驾驶速度，所以我们通过查阅大量的论文和考

查车辆实际所需数据，发现可以通过基于STM32单片机实现该功能模块。我们将

采集到的数据传输到云服务器上保存和方便二次处理。

关键字：单片机数据采集云服务器

正文

整个系统的主控核心为STM32F103RCT6开发板，温湿度模块采用DHT11（用

于采集温湿度），GPS模块采用GPS+北斗双定位ATK1218-BD（用于采集经纬度），

光敏模块采用普通的光敏二极管传感器（用于采集光照强度），气体模块采用

MQ-2烟雾气体传感器（用于采集危险气体信息），而在最重要的通讯方面使用的

是SIM800C模块，SIM800C模块是一款四频GSM/SPRS模块，可以实现SMS和数据

信息的传输等功能。

图1硬件连接图

图2MCU模块电路图

图3ATK-S12316F8模块电路图

图4光敏二极管传感器模块电路图

图5MQ-2烟雾传感器模块电路图

图6DHT11模块电路图

图7ATK-SIM800C模块电路图

此系统主要使用到了SIM800C作为服务器与单片机开发板之间进行数据信息

传输的媒介，SIM800C模块可以通过MQTT报文与服务器建立连接和数据传输，而

与单片机则通过IO口进行数据传输，这样就通过SIM800C模块使两者建立起连

接关系。

其中，使用了最为主流的MQTT传输协议，系统使用了消息队列遥测传输

（MQTT）协议作为沟通单片机与阿里云服务器、阿里云服务器与小程序的通讯协

议，MQTT协议是一种构建在TCP/IP协议之上，基于发布/订阅模式的轻量级通讯

协议。它的优点是：低带宽的情况下能通过少量的代码连接上远程设备，同时低

功耗、易于实现也使其十分适合应用在物联网场景中。而在通讯当中，它提供无

损且有序的双向连接，因为是基于TCP/IP协议之上，所以连接是受到一定的保

护的，不仅如此，MQTT还有一个特点：服务质量（QoS），QoS能帮助协议在传

输消息时避免信息丢失，这样极大地保护了数据传输的安全与存储。

我们将采集到的数据传输到阿里云物联网平台。它支持设备通过MQTT协议

接入服务器，在阿里云物联网平台建立设备需要配置连网协议、数据格式和物模

型。对于联网协议，此系统配备的是SIM800C模块，因此是选择了蜂窝

2G/3G/4G/5G。阿里云服务器的数据格式有两种，分别为ICA标准数据格式

（AlinkJSON）和透析/自定义，此系统采用了JSON格式，在接下来订阅主题后，

接收的数据包，都需要符合JSON格式，即包含：消息ID，物模型版本，上报方

式和参数。而物模型是指设备在云端的功能描述，包含了设备的属性、事件和服

务。建立设备完成后，服务器会生成设备独有的的产品ID、设备名、密码，这三

者是构建阿里云三元组（客户端ID、用户名、密码）的重要参数，不过，现在阿

里云在MQTT连接上已经变得十分方便，阿里云三元组在设备建立后直接会在

MQTT连接参数中列出，设备只需将含有三元组的报文发送到服务器便可以建立连

接。接着就是按照MQTT协议的模式，设备作为客户端订阅阿里云服务器中需要

的主题，此后在平台中，只要设备连接上服务器并且是在线状态，就可以实时监

控设备，进行数据上报、指令下发等操作。因为阿里云平台规定同一时间一个设

备参数只允许有一个连接。所以一共需要建立两个设备（不同产品）分别对接单

片机与平台和平台与小程序，前者可通过平台中的规则引擎-云产品流转将上报

的数据发送给后者，从而实现数据共享，进而在小程序中实现上报实时数据可

视化。

系统工作流程

系统整个工作流程为：单片机（作为客户端）先通过SIM800C配网连接上阿

里云平台（作为服务器），并且订阅服务器的相关主题。每当单片机通过各种模

块采集到相应的数据时，会通过SIM800C模块将数据实时上报至服务器，服务器

将数据进行整理、计算后，再传入小程序中进行数据可视化。亦或者小程序向服

务器传输数据，服务器接收到数据将相应指令下发，同样经过SIM800C模块至单

片机，单片机做出相应操作并将变化的数据反馈回服务器。

图8系统框图