1. 功能介紹

隨著全球氣候變化和人類活動的增加，森林火災成為了一個嚴重的環境問題。及早發現和迅速響應火災事件對于減少火災的損失至關重要。為了實現對森林火災的快速預警和聯動控制，決定利用華為云IoT物聯網平臺來搭建一個高效的系統模型。

該系統模型的目標是在檢測到森林火災后，能夠快速將火災信息上報到云平臺，并與指定的服務器進行數據報告的交互。同時，系統還能自動向抽水泵發送指令，打開開關以進行抽水滅火操作。通過這樣的聯動控制系統，可以實現快速響應和減少火災對森林和生態環境的破壞。

該系統模型的核心是華為云IoT物聯網平臺，它提供了豐富的功能和服務，包括設備接入、數據采集、消息通信、云端數據存儲和分析等。我們可以利用該平臺的能力來接收來自火災檢測設備的數據，并通過云端的數據分析和處理來實現火災預警和聯動控制。

當火災檢測設備檢測到火災時，會通過無線通信將火災信息發送到華為云IoT物聯網平臺。云平臺接收到信息后，會立即進行處理并將火災報告發送給指定的服務器。服務器可以根據報告中的信息采取相應的措施，如調度抽水泵進行滅火操作。

通過這個系統模型，可以實現對森林火災的快速預警和聯動控制，大大提高了火災應對的效率和準確性。同時，利用華為云IoT物聯網平臺的強大功能，可以靈活地擴展和定制系統，以適應不同規模和需求的森林火災防控工作。

硬件平臺介紹:

MCU: STM32F103ZET6

物聯網云平臺: 華為IOT云平臺

氣體檢測傳感器: MQ2-煙霧傳感器、MQ135-空氣質量檢測傳感器

火焰檢測: 采用火焰檢測傳感器

抽水機: 采用直流電機模擬水泵，打開開關抽水噴水滅火

上網網卡: 采用GSM模塊SIM800C，使用的是物聯網專用卡，包年只能上網這種。

與云端服務器的通信協議: 終端設備采用MQTT3.1.1協議與華為云服務器進行登錄連接。

溫濕度檢測傳感器: DHT11

供電方式: 電池+太陽能供電

為了演示聯動控制，火警(煙霧)檢測裝置和滅火(直流電機)裝置分為兩個獨立的設備，分別連接上云端。

火警檢測裝置連接上物聯網服務器之后，可以在服務器上配置數據處理規則，如果煙霧濃度超標，可以自動向滅火裝置發送指令，進行滅火操作。服務器收到火警檢測裝置上傳的煙霧濃度、空氣質量等數據后，可以向自己的私有服務器轉發數據，方便自己服務器收到數據后做分析存儲處理，比如: 向指定郵箱發送郵件、手機APP推送通知欄、向指定用戶推送短消息提示等等。

2. 創建產品（火警預警裝置）

打開官網鏈接: https://www.huaweicloud.com/s/JeeJqeiBlOe9kSU

（1）選擇設備接入IotTDA選項。

（2）選擇免費試用。

（3）在產品頁面選擇創建新的產品。

（4）填入產品信息，創建產品

（5）選擇自己剛才創建的產品，創建數據模型，點擊自定義模型

（6）選擇添加屬性

這個添加的屬性就是設備端上報的數據類型。 比如： MQ2煙霧傳感器檢測的煙霧數據值類型。

在這個頁面上還有一個添加命令的功能，這是用于云端下發指令給設備端使用的。當前這個設備是火警檢測裝置，只需要上報數據給服務器，不需要下發指令，這里就只需要添加屬性就行了。

根據自己的設備的具體情況填寫即可，如果上報的數據有多種類型就創建多個屬性。

3. 創建產品（滅火裝置）

創建的流程和上面一樣，這是多增加了一個命令下發的功能，方便云端遠程控制電機開啟和關閉，實現滅火功能。

（1）創建產品

（2）產品創建完畢之后，添加服務器ID

（3）添加屬性，電機屬性是可以讀可以寫的，范圍設置為0和1，只能開關

（4）添加命令，這個命令用于云端遠程向設備下發指令，設備收到指令后可以做出相應的邏輯處理

接著選擇新增輸入參數：

最后點擊確定即可。

現在產品已經創建完畢。

4. 創建設備（火警預警裝置）

（1）在設備頁面，選擇注冊設備，選擇自己的對應的產品，設備標識碼一般填自己設備的硬件標號。

（2）設備創建成功之后會彈出彈窗，點擊保存并關閉，會自動彈出下載窗口，是個文本文件，存放了密匙信息

{
     "device_id": "61bacdc02b2aa20288c5a094_QQ1126626497",
     "secret": "1126626497"
 }

5. 創建設備（滅火裝置）

流程與上面火警預警裝置設備一樣的。

{
     "device_id": "61bad0564d9b020287193be2_QQ1126626497",
     "secret": "1126626497"
 }

6. 生成MQTT協議登錄ID和密匙

設備創建完成接來下生成MQTT登錄賬號、密匙，方便設備登錄云端平臺。

官網工具地址: https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/

填入剛才創建設備時，保存下載文件里的信息，對著彈窗填入，最后生成了ID、用戶名、密碼參數，用于MQTT協議登錄使用。

（1）火警預警裝置生成登錄參數

ClientId  61bacdc02b2aa20288c5a094_QQ1126626497_0_0_2021121605
 Username  61bacdc02b2aa20288c5a094_QQ1126626497
 Password  43ed43bcbddc48772694fc2b18ec1112170f4d6cc52fbf1e01401c2ea1748475

（2）滅火裝置

ClientId 61bad0564d9b020287193be2_QQ1126626497_0_0_2021121605
 Username 61bad0564d9b020287193be2_QQ1126626497
 Password 43ed43bcbddc48772694fc2b18ec1112170f4d6cc52fbf1e01401c2ea1748475

7. 上報屬性格式與主題訂閱格式

產品設備、MQTT登錄參數都到位了，接下來需要了解設備向服務器上報數據時，如何上報，格式是怎么樣的。

（1）第一個問題是：華為云IoT物聯網服務器的IP和端口號是多少？

在總覽選項頁面，點擊多協議接入選項，就能看到了。

如果選擇MQTT協議接入:

域名是: a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com
 如果你的設備不能解析域名，也可以直接填IP地址 121.36.42.100
 端口號: 1883

（2）第二個問題是：發布數據的主題和訂閱數據的主題怎么填？

在產品頁面，選擇自己的產品，進去之后就能看到主題的格式介紹頁面了。

為了方便后續復制粘貼，這里總結下格式：

火警預警裝置:

格式: $oc/devices/{device_id}/sys/messages/down
 //訂閱主題: 平臺下發消息給設備
 $oc/devices/61bacdc02b2aa20288c5a094_QQ1126626497/sys/messages/down
 ?
 ?
 格式: $oc/devices/{device_id}/sys/properties/report
 //設備上報數據
 $oc/devices/61bacdc02b2aa20288c5a094_QQ1126626497/sys/properties/report

滅火裝置:

格式: $oc/devices/{device_id}/sys/messages/down
 //訂閱主題: 平臺下發消息給設備
 $oc/devices/61bad0564d9b020287193be2_QQ1126626497/sys/messages/down
 ?
 ?
 格式: $oc/devices/{device_id}/sys/properties/report
 //設備上報數據
 $oc/devices/61bad0564d9b020287193be2_QQ1126626497/sys/properties/report

（3）第三個問題是：上報屬性時，數據格式是什么？

官方文檔介紹: https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_01_2127.html

總結下格式: 上報的數據就是JSON格式，一次性可以上傳多個屬性數據，JSON數組里按照順序增加即可。

重要的字段含義解釋：這兩個字段后面的數據需要自己根據自己的設備產品去填充的。

service_id 示設備服務的ID。
 ?
 properties 是設備服務的屬性列表，具體字段在設備關聯的產品模型中定義。

火警預警裝置上傳的數據:

{"services": [{"service_id": "MQ2","properties":{"MQ2":100}}]}

滅火裝置上傳的數據:

{"services": [{"service_id": "motor","properties":{"motor":1}}]}

8. 使用MQTT客戶端模擬設備測試

（1）登錄火警預警裝置

（2）滅火裝置登錄

可以看到，設備已經成功登錄服務器，完成了數據上報。這也證明服務器端設備創建已經全部OK，正常。

9. 配置設備聯動

（1）創建規則

（2）填寫規則信息

（3）添加觸發條件，選擇需要處理數據的設備，設置條件：當煙霧濃度大于等于100就觸發

（4）添加執行動作，當煙霧濃度超過100就下發指令給滅火裝置

（3）最后點擊創建規則，生效規則

（4）測試效果

使用兩個MQTT客戶端分別模擬火警預警裝置和滅火裝置，當煙霧濃度超過100時，查看滅火裝置是否收到云端下發的指令。

10. 數據轉發

如果數據需要轉發到其他地方，可以自己創建規則配置。

11. 硬件設備測試

設備端采用GSM模塊SIM800C完成上網功能，主控MCU采用STM32F103ZET6。

任意只要能上網的設備都可以使用當前代碼連接服務器，因為當前模擬的是戶外設備，只能采用GSM模塊上網。

如果是智能家居，屋里小區的設備，有WIFI的可以采用ESP8266這些無線網卡。

項目工程源碼： https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/81993720

1. SIM800C.c

這是SIM800C的配置代碼

#include "sim800c.h"
 ?
 /*
 函數功能:向SIM800C模塊發送指令
 函數參數:
                 char *cmd  發送的命令
               char *check_data 檢測返回的數據
 返回值: 0表示成功 1表示失敗
 */
 u8 SIM800C_SendCmd(char *cmd,char *check_data)
 {
    u16 i,j;
    for(i=0;i< 5;i++) //測試的總次數
    {
       USART2_RX_FLAG=0;
       USART2_RX_CNT=0;
             memset(USART2_RX_BUFF,0,sizeof(USART2_RX_BUFF));
             USART_X_SendString(USART2,cmd); //發送指令
       for(j=0;j< 500;j++) //等待的時間(ms單位)
       {
           if(USART2_RX_FLAG)
           {
               USART2_RX_BUFF[USART2_RX_CNT]='\\0';
               if(strstr((char*)USART2_RX_BUFF,check_data))
               {
                   return 0;
               }
               else break;
           }
           delay_ms(20); //一次的時間
       }
    }
    return 1;
 }
 ?
 ?
 /*
 函數  功能：GSM模塊初始化檢測
 函數返回值：1表示模塊檢測失敗，0表示成功
 */
 u8 SIM800C_InitCheck(void)
 {
       if(SIM800C_SendCmd("AT\\r\\n","OK"))return 1;
       else printf("SIM800模塊正常!\\r\\n");
       
         if(SIM800C_SendCmd("ATE0\\r\\n","OK"))return 2;
       else printf("設置模塊不回顯成功!\\r\\n");
     
         if(SIM800C_SendCmd("AT+CGMI\\r\\n","OK"))return 3;
         else printf("查詢制造商名稱成功!%s\\r\\n",USART2_RX_BUFF);
     
         if(SIM800C_SendCmd("AT+CGMM\\r\\n","OK"))return 4;
         else printf("查詢模塊型號成功!%s\\r\\n",USART2_RX_BUFF);
         
       DelayMs(1000);
         DelayMs(1000);
         if(SIM800C_SendCmd("AT+CNUM\\r\\n","+CNUM:"))return 5;
         else printf("獲取本機號碼成功!%s\\r\\n",USART2_RX_BUFF);
       /* 返回格式如下:
         +CNUM: "","+8613086989413",145,7,4
         OK
         */
         return 0;
 }
 ?
 /*
 函數  功能：GSM模塊短信模式設置
 函數返回值：0表示模塊設置成功
 */
 u8 SIM800C_SetNoteTextMode(void)
 {
         if(SIM800C_SendCmd("AT+CSCS="GSM"\\r\\n","OK"))return 1;// "GSM"字符集
         else printf("短信GSM字符集設置成功!\\r\\n");
     
       if(SIM800C_SendCmd("AT+CMGF=1\\r\\n","OK"))return 2; //文本模式
         else printf("短信文本模式設置成功!\\r\\n");
         return 0;
 }
 ?
 /*
 函數功能：發送短信
 函數參數：
                     num:電話號碼
                     text:短信內容
 函數返回值：0表示發送成功
 */
 u8 SIM800C_SendNote(u8 *num,u8 *text,u16 len)
 {
         char data[50];
         char send_buf[2];
         sprintf(data,"AT+CMGS="%s"\\r\\n",num);
         if(SIM800C_SendCmd(data," >"))return 1; //設置發送的手機號
         USART_X_SendData(USART2,text,len);     //發送短信內容
     
         send_buf[0] = 0x1a;
         send_buf[1] = '\\0';
       if(SIM800C_SendCmd(send_buf,"+CMGS"))return 2; //發送結束符號
         return 0;
 }
 ?
 ?
 /*
 函數功能：NTP網絡同步時間
 */
 void SIM800C_NtpUpdate(void)
 {  
      SIM800C_SendCmd("AT+SAPBR=3,1,"Contype","GPRS"\\r\\n","OK");//配置承載場景1
      SIM800C_SendCmd("AT+SAPBR=3,1,"APN","CMNET"\\r\\n","OK");
      SIM800C_SendCmd("AT+SAPBR=1,1\\r\\n","OK");                     //激活一個GPRS上下文
    DelayMs(5);
    SIM800C_SendCmd("AT+CNTPCID=1\\r\\n","OK");                     //設置CNTP使用的CID
      SIM800C_SendCmd("AT+CNTP="202.120.2.101",32\\r\\n","OK");     //設置NTP服務器和本地時區(32時區 時間最準確)
    SIM800C_SendCmd("AT+CNTP\\r\\n","+CNTP: 1");                    //同步網絡時間
      printf("同步網絡時間:%s\\r\\n",USART2_RX_BUFF);
 }
 ?
 ?
 /*
 函數功能：GPRS數據通信初始化
 返 回 值： 0表示成功
 */
 u8 SIM800C_GPRS_Init(void)
 {
      SIM800C_SendCmd("AT+CIPCLOSE=1\\r\\n","CLOSE OK");   //關閉連接
      SIM800C_SendCmd("AT+CIPSHUT\\r\\n","SHUT OK");       //關閉移動場景 
      if(SIM800C_SendCmd("AT+CGCLASS="B"\\r\\n","OK"))return 1;              //設置GPRS移動臺類別為B,支持包交換和數據交換 
      if(SIM800C_SendCmd("AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET"\\r\\n","OK"))return 2;//設置PDP上下文,互聯網接協議,接入點等信息
      if(SIM800C_SendCmd("AT+CGATT=1\\r\\n","OK"))return 3;                    //附著GPRS業務
      if(SIM800C_SendCmd("AT+CIPCSGP=1,"CMNET"\\r\\n","OK"))return 4;        //設置為GPRS連接模式
      if(SIM800C_SendCmd("AT+CIPHEAD=1\\r\\n","OK"))return 5;                  //設置接收數據顯示IP頭(方便判斷數據來源)
      return 0;
 }
 ?
 /*
 函數功能: 連接TCP服務器
 函數參數: 
                 ipaddr:ip地址
                 port:端口 
 返 回 值: 0表示成功,其他值表示失敗
 */
 u8 SIM800C_Connect_TCP_Server(char *ipaddr,char *port)
 {
      char cmd_buff[100];
      SIM800C_SendCmd("AT+CIPCLOSE=1\\r\\n","CLOSE OK");   //關閉連接
      SIM800C_SendCmd("AT+CIPSHUT\\r\\n","SHUT OK");       //關閉移動場景 
      sprintf(cmd_buff,"AT+CIPSTART="TCP","%s","%s"\\r\\n",ipaddr,port);
      if(SIM800C_SendCmd(cmd_buff,"OK"))return 1;        //發起連接
      return 0;
 }
 ?
 ?
 /*
 函數功能: TCP客戶端模式下發送數據
 返 回 值： 0表示成功,其他值表示失敗
 */
 u8 SIIM800C_TCP_SendData(u8 *data,u32 len)
 {
      char send_buf[2];
     //準備發送數據
      if(SIM800C_SendCmd("AT+CIPSEND\\r\\n"," >")==0)
      {
           //發送數據
             USART_X_SendData(USART2,data,len);
           //發送結束符號
           DelayMs(50);
           send_buf[0] = 0x1a;
           send_buf[1] = '\\0';
           if(SIM800C_SendCmd(send_buf,"SEND OK"))return 2;
           else  return 0;
      }
      return 1;
 }

2. adc.c

這是煙霧傳感器的ADC通道配置代碼。

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////   
 //  功能描述   : 智能環境檢測系統
 //   時間      : 20190605
 //   版本      : v3.3
 //             版權所有，盜版必究。
 //Copyright(C) DS小龍哥 2016 - 2020
 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 #include "adc.h"
 ?
 /*
 函數功能: ADC1的初始化
 規則通道方式
 */
 void ADC1_Init(void)
 {
       /*1. 配置ADC采集輸入的IO口*/
     RCC- >APB2ENR |= 1 < < 3;//PB
     GPIOB- >CRL &= 0xFFFFFFF0;
     GPIOB- >CRL |= 0x00000000;//配置PB0為模擬輸入模式
     
     /*2.配置ADC1時鐘*/
     RCC- >APB2ENR|=1< 9;         //開啟ADC1時鐘
     RCC- >APB2RSTR|=1< 9;        //開啟復位時鐘
     RCC- >APB2RSTR&=~(1< 9); //關閉復位時鐘
         
     /*3. 配置ADC的預分頻器*/
     RCC- >CFGR&=~(0x3< 14); //清空預分頻
     RCC- >CFGR|=0x2< 14;    //12MHZ
     
     /*4. 配置ADC CR1基本寄存器*/
     ADC1- >CR1&=~(0xF< 16); //0000：獨立模式
     ADC1- >CR2|=1< 23;      //1：啟用溫度傳感器和VREFINT。
     //ADC1- >CR2|=1< 
     ADC1- >CR2|=1< 20;      //1：使用外部事件啟動轉換
     ADC1- >CR2|=0x7< 17;    //111： SWSTART
     ADC1- >CR2&=~(1< 11);   //0：右對齊；
     ADC1- >CR2&=~(1< 1);    //0：單次轉換模式；
     
     /*5. 配置ADC規則序列寄存器*/
     ADC1- >SQR1&=~(0xF< 20); //0000： 1個轉換
     ADC1- >SMPR2|=0x7< 3;    //配置通道1 111： 239.5周期
     ADC1- >SMPR1|=0x7< 18;   //配置通道16 111： 239.5周期
         
     ADC1- >CR2|=1< 0;        //1：開啟ADC并啟動轉換。
     ADC1- >CR2|=1< 3;        //1：初始化校準寄存器。
     ADC1- >CR2|=1< 2;        //1：開始校準
     while(ADC1- >CR2&1< 2){} //等待校準結束
 }
 ?
 ?
 /*
 函數功能: 獲取指定通道的ADC值
 函數參數: u8 ch  通道號
 */
 u16 ADC1_GetCHx(u8 ch)
 {
         ADC1- >SQR3&=0xFFFFFFE0;   //00000
       ADC1- >SQR3|=ch< 0;        //規則序列中的第1個轉換
         ADC1- >CR2|=1< 22;         //1：開始轉換規則通道。
         while(!(ADC1- >SR&1< 1)){} //等待轉換完成
         return ADC1- >DR;          //返回接收到的數據值
 }

3. DHT11.c

這是溫濕度檢測代碼。

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////   
 //  功能描述   : 智能環境檢測系統
 //   時間      : 20190605
 //   版本      : v3.3
 //             版權所有，盜版必究。
 //Copyright(C) DS小龍哥 2016 - 2020
 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 #include "dht11.h"
 #include "delay.h"
 ?
 /*
 復位DHT1
 */
 void DHT11_Rst(void)       
 {                 
       DHT11_IO_OUT();   //SET OUTPUT
     DHT11_DQ_OUT=0;     //拉低DQ
     delay_ms(20);       //拉低至少18ms
     DHT11_DQ_OUT=1;     //DQ=1 
       delay_us(30);     //主機拉高20~40us
 }
 ?
 /*
 等待DHT11的回應
 返回1:未檢測到DHT11的存在
 返回0:存在
 */
 u8 DHT11_Check(void)       
 {   
     u8 retry=0;
     DHT11_IO_IN();//SET INPUT    
     while (DHT11_DQ_IN&&retry< 100)//DHT11會拉低40~80us
     {
         retry++;
         delay_us(1);
     };   
     if(retry >=100)return 1;
     else retry=0;
     while (!DHT11_DQ_IN&&retry< 100)//DHT11拉低后會再次拉高40~80us
     {
         retry++;
         delay_us(1);
     };
     if(retry >=100)return 1;     
     return 0;
 }
 ?
 /*
 從DHT11讀取一個位
 返回值：1/0
 */
 u8 DHT11_Read_Bit(void)              
 {
     u8 retry=0;
     while(DHT11_DQ_IN&&retry< 100)//等待變為低電平
     {
         retry++;
         delay_us(1);
     }
     retry=0;
     while(!DHT11_DQ_IN&&retry< 100)//等待變高電平
     {
         retry++;
         delay_us(1);
     }
     delay_us(40);//等待40us
     if(DHT11_DQ_IN)return 1;
     else return 0;         
 }
 ?
 ?
 /*
 從DHT11讀取一個字節
 返回值：讀到的數據
 */
 u8 DHT11_Read_Byte(void)    
 {        
   u8 i,dat;
   dat=0;
     for(i=0;i< 8;i++) 
     {
         dat< <=1; 
         dat|=DHT11_Read_Bit();
   }                         
   return dat;
 }
 ?
 /*
 從DHT11讀取一次數據
 temp:溫度值(范圍:0~50°)
 humi:濕度值(范圍:20%~90%)
 返回值：0,正常;1,讀取失敗
 */
 u8 DHT11_Read_Data(u8 *temp,u8 *humi)    
 {        
     u8 buf[5];
     u8 i;
     DHT11_Rst();
     if(DHT11_Check()==0)
     {
         for(i=0;i< 5;i++)//讀取40位數據
         {
             buf[i]=DHT11_Read_Byte();
         }
         if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4])
         {
             *humi=buf[0];
             *temp=buf[2];
         }
     }else return 1;
     return 0;       
 }
 ?
 ?
 /*
 初始化DHT11的IO口 DQ 同時檢測DHT11的存在
 返回1:不存在
 返回0:存在  
 */       
 u8 DHT11_Init(void)
 {
     RCC- >APB2ENR|=1< 2;    //使能PORTG口時鐘 
     GPIOA- >CRL&=0XFF0FFFFF;//PORTG.11 推挽輸出
     GPIOA- >CRL|=0X00300000;
     GPIOA- >ODR|=1< 5;      //輸出1                    
     DHT11_Rst();
     return DHT11_Check();
 }

審核編輯：湯梓紅