基于stm32设计的物联网家庭温湿度监控系统.zip（毕设/课设/竞赛/实训/项目开发）

# TemHumIViewer  # 引言 出生于互联网时代的我们，见证了智能手机和个人电脑通过计算机网络互相进行连接，把每个人紧密地连接在一起，形成了一个地球村。而今，我们即将迈入5G时代，在通信技术不断发展的今天，连接到互联网的将不仅是昂贵精密的手机电脑，身边的各种物体也可以通过物联网连接到云端，由物联网平台管理上云的物联网设备，使用者通过浏览器，小程序等接收物发出的通知并且完成想过操作。物联网不仅将物与物连接在一起，也将物与人紧密地连接在一起，让生活更加智慧便捷。这，就是即将到来的AIOT时代。 本次实验主要通过自制一个家庭物联网温湿度检测模块，学习具体的基于MQTT协议的物联网设计制作。在应用的过程中，也加深了对计算机网络各层次之间的理解。 硬件设备原代码附于文末。 # 需求分析 - 硬件设备可以读取温湿度信息 - 硬件设备可连接互联网上传消息 - 云端物联网平台24小时不间断工作，完成接入设备的管理，消息存储与转发 - web服务器接收物联网平台的信息，经过处理使用户通过网页访问的方式查询信息 # 系统设计 ### 系统总体数据流 - 硬件设备stm32作为终端结点，通过MQTT协议将数据上传至物联网平台，同时接受物联网平台下发的信息。 - 云服务器作为与用户直接联系的平台，既作为http服务端，使用http协议向用户展示温湿度等信息接收用户发送的命令信息，又作为mqtt客户端与物联网平台交换信息。 - 物联网平台作为消息的中转站，负责物联网设备的管理与消息的转发。 - 总体计算机网络应用层协议数据流如下图  ### 硬件设备端 #### 各模块设计 - 为实现开发的便捷性和稳定性，使用意法半导体的STM32F103ZET6作为主控MCU，接收各传感器的消息。负责与服务器建立连接，并将消息构造成MQTT报文，上传至云端物联网平台。  - 使用DHT11温湿度传感器，可同时检测温湿度，测量范围为0-100，精度为1度，采用单总线与主控芯片完成数据传递，单总线协议不是本文主要内容，概不介绍  - 使用ESP8266模块完成硬件设备的物联网功能，ESP8266在数据链路层使用WIFI协议，适用于家庭室内这种不需要经常移动的场合。ESP8266已完整封装TCP/IP协议，只需要通过AT指令连接WIFI网络，然后进入透传模式，主控MCU发送过来的MQTT消息包就会经ESP8266发送至互联网，完成设备之间的解耦。ESP8266模块通过串口与主控MCU完成通讯。  #### 硬件设备数据流  ### 云端物联网服务平台和Web服务器 - 云端服务全部使用阿里云平台的服务，阿里云的服务具有稳定性强，配置便捷的特点，方便部署物联网应用，云端总体应用架构如下。  - 云端物联网平台使用**阿里云物联网平台**。阿里云物联网平台为设备提供安全可靠的连接通信能力，向下连接海量设备，支撑设备数据采集上云；向上提供云端API，服务端通过调用云端API将指令下发至设备端，实现远程控制。提供设备接入，设备管理，安全能力和规则引擎。其中规则引擎用来完成数据转发，负责沟通数据在设备间，设备与数据库间，设备与服务器间流转。 - Web服务器使用**阿里云服务器ECS**，云服务器（Elastic Compute Service，简称ECS）是阿里云提供的性能卓越、稳定可靠、弹性扩展的IaaS（Infrastructure as a Service）级别云计算服务。云服务器ECS免去了您采购IT硬件的前期准备，让您像使用水、电、天然气等公共资源一样便捷、高效地使用服务器，实现计算资源的即开即用和弹性伸缩。阿里云ECS持续提供创新型服务器，解决多种业务需求，助力业务发展。 # MQTT协议 ### 简介 MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的"轻量级"通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，由IBM在1999年发布。MQTT最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。 MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。 ### 主要特性 - 工作在低带宽、不可靠的网络的协议，数据精简，节约流量，不添加冗余功能 - 使用TCP/IP提供网络连接 - 使用订阅/发布消息模式，可以完成一对多的消息传递，消息并不是通过端到端传递，而是经过代理端转发，比如硬件设备端并不直接将数据发送到服务器，而是硬件设备将数据发送到指定话题，然后服务器订阅该话题，完成数据的传递。使用订阅/发布消息模式，可完成设备之间的解耦，同一个话题可以有多个发布者和多个订阅者。 - 有三种消息发布服务质量（Qos）用于不同的通讯环境中，分为Qos0，Qos1，和Qos2，分别代表消息至少到达一次，消息重复一次，消息至少重复两次。灵活可变的消息服务质量可以用于不同的场合。 - 使用遗嘱机制，通知有关各方客户端异常中断的机制，当设备断开连接时，通过遗嘱信息通知各方，以便于后续处理。 ### 协议原理 实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成，在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。 MQTT传输的消息分为：主题（Topic）和负载（payload）两部分： - Topic，可以理解为消息的类型，订阅者订阅（Subscribe）后，就会收到该主题的消息�