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【物联网开发】基于STM32和阿里云的室内温湿亮度监测系统（一）—— 物联网介绍

时间：2023-02-14 21:33:11

这是我的物联网开发系列文章，将介绍如何从嵌入式开发、云平台开发、Android端开发来实现一个简单的物联网应用开发，体验物联网全栈开发的过程，积累开发的经验。
本篇文章为系列文章的第一篇，主要介绍该系统的实现目标，硬件、软件环境，使用的协议，系统的基本框架等内容。
接下来是暑假，争取系列文章每周更新一到两篇。

本文目录

一、关于物联网应用1.物联网应用的典型架构2.物联网应用的分层架构二、关于MQTT协议1.MQTT协议的简介2.MQTT协议的特点三、系统实现目标1.设备端2.网页端3.APP端四、硬件选择和软件环境1.硬件1.1设备端1.2辅助硬件 2.软件平台2.1云平台2.2开发软件注释

一、关于物联网应用

1.物联网应用的典型架构

物联网设备：物联网的终端感知设备；网关：物联网设备通常通过无线方式接入互联网。网关通过无线接收数据，并通过有线将数据传输到物联网云平台；物联网云平台：功能主要包括存储物联网感知数据，提供相应的数据查询、分析、处理、展示；物联网终端、网关设备的接入和管理；设备间通信支持；多重安全防护保障等；客户端：应用开发者开发的各类用户端应用。

2.物联网应用的分层架构

上述的物联网的典型架构实际上也可以简化为一种三层的层次架构——感知控制层、网络层、应用层。

感知控制层：指物联网终端设备，包括传感设备（如温度传感器）和控制设备（如电机），是获取物联网数据的起点，同时也对某些量（如温度）进行控制的实现终端。网络层：主要指网关、物联网云平台以及相关的通信协议（如：MQTT、TCP/IP、WiFi），负责网络通信和数据的操作和存储。应用层：指Web网页、手机APP、小程序等用户端的应用程序，向用户提供管理设备、查看数据等服务。

二、关于MQTT协议

1.MQTT协议的简介

MQTT(消息队列遥测传输)是ISO 标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。它工作在 TCP/IP协议族上。

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。¹

2.MQTT协议的特点

MQTT协议具有以下主要的几项特性：

使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合；对负载内容屏蔽的消息传输；使用 TCP/IP 提供网络连接；有三种消息发布服务质量（QoS）： “至多一次”（QoS0），消息发布完全依赖底层 TCP/IP 网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。“至少一次”（QoS1），确保消息到达，但消息重复可能会发生。“只有一次”（QoS2），确保消息到达一次。这一级别可用于如下情况，在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。小型传输，开销很小（固定长度的头部是 2 字节），协议交换最小化，以降低网络流量；使用 Last Will （遗嘱）和 Testament 特性通知有关各方客户端异常中断的机制。

三、系统实现目标

1.设备端

设备端能够通过传感器获取温度、湿度和亮度的数据；设备端能够根据预设的条件（如：温度达到某个数值）自动开启LED或者风扇；设备端能够通过OLED屏幕显示当时的数据和时间；设备端能通过蜂鸣器提供声音反馈（例如：故障）；设备端通过WiFi协议、MQTT协议等网络通信协议接入云端，实现上报数据、获取云端数据的功能；设备端能够通过按键进入近场WiFi连接模式，提供热点与手机连接，并在APP端中可以获取设备信息、设置WiFi参数；设备端能够通过阿里云物联网平台的NTP服务联网获取unix时间。