基于STM32的智能充电桩:集成RTOS、MQTT与SQLite的先进管理系统设计思路

news2024/11/26 4:55:17

在这里插入图片描述
一、项目概述

随着电动车的普及,充电桩作为关键基础设施,其智能化、网络化管理显得尤为重要。本项目旨在基于STM32微控制器开发一款智能充电桩,能够实现高效的充电监控与管理。项目通过物联网技术,提供实时数据监测、远程管理、用户交互等功能,提升充电桩的使用效率和用户体验。

技术栈关键词

  • 硬件:STM32微控制器、传感器、电源管理、Wi-Fi模块

  • 软件:嵌入式开发(STM32 HAL、RTOS)、通信协议(MQTT、HTTP)、数据存储(SQLite)、云平台(AWS IoT)、安全性、用户界面设计(Web和移动应用)


二、系统架构

本项目的系统架构设计旨在满足充电桩的功能需求,包括设备监控、数据传输与存储、用户交互等。系统整体架构如下:

1. 硬件选择

  • 单片机:选用STM32系列微控制器(如STM32F4系列),具有强大的处理能力和丰富的外设接口,支持多种通讯协议。

  • 传感器:

    • 电流传感器:用于实时监测充电电流。

    • 温度传感器:用于监测充电桩的环境温度,防止过热。

    • 电源管理模块:确保充电桩在不同的负载下稳定供电。

    • 通信模块:采用Wi-Fi模块(如ESP8266),实现与云端的无线数据传输。

2. 软件设计

  • 嵌入式开发:

    • 使用STM32 HAL库进行底层硬件操作,或基于FreeRTOS实现多任务调度和资源管理。
  • 通信协议:

    • MQTT:设计为轻量级的消息传输协议,适合IoT设备的低带宽和高延迟环境。

    • HTTP:用于与云平台API的交互,提交数据和获取命令。

    • 数据存储:使用SQLite数据库,存储充电记录、设备状态和用户信息。

  • 云平台集成:

    • 通过AWS IoT实现数据的云端管理与分析,支持设备的远程监控和控制。

3. 系统架构图

监测数据
控制指令
Wi-Fi连接
数据传输
数据存储
用户交互
充电桩
传感器
电源管理模块
通信模块
AWS IoT云平台
SQLite数据库
Web和移动应用

三、环境搭建和注意事项

在进行项目开发之前,首先需要搭建开发环境。以下是环境搭建的步骤和注意事项:

1. 开发工具

  • IDE:安装STM32CubeIDE作为开发环境,支持代码编写、调试和烧录。

  • 驱动安装:确保安装适合所选STM32开发板的驱动程序。

2. 库和依赖

  • STM32 HAL库:在STM32CubeMX中配置所需的外设,并生成代码框架。

  • FreeRTOS:如果选择使用RTOS,需集成FreeRTOS库,并配置任务优先级和堆栈大小。

  • MQTT库:选择适合STM32的MQTT库(如Paho MQTT),并配置网络连接。

3. 注意事项

  • 硬件连接:确保所有传感器和模块接线正确,避免短路及过载。

  • 电源管理:在设计电源管理时,考虑充电桩的功耗,使用低功耗模式以延长设备运行时间。

  • 代码备份:定期备份代码和数据,防止数据丢失。


四、代码实现过程

在此部分,我们将根据系统架构逐步实现各个功能模块的代码。我们将详细描述传感器模块、通信模块、数据存储模块和用户界面模块的实现过程。

1. 传感器模块

该模块负责实时采集充电状态和环境数据,包括电流和温度。我们将使用STM32 HAL库来实现传感器的初始化和数据读取。

1.1 硬件连接
  • 电流传感器:将电流传感器的输出连接到STM32的ADC输入引脚。

  • 温度传感器:将温度传感器(如DS18B20)连接到STM32的数字引脚。

1.2 初始化代码
#include "stm32f4xx_hal.h"

// ADC句柄
ADC_HandleTypeDef hadc1;

// 温度传感器引脚
#define TEMPERATURE_SENSOR_PIN GPIO_PIN_5
#define TEMPERATURE_SENSOR_PORT GPIOA

void ADC_Init(void) {
    __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();

    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
    hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
    hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
    HAL_ADC_Init(&hadc1);
}

float Read_Current(void) {
    // 启动ADC转换
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    // 等待转换完成
    HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY);
    // 读取ADC值
    uint32_t adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    
    // 假设电流传感器输出为1V对应于1A
    float current = adc_value * (3.3f / 4096.0f); // 12位ADC, 3.3V参考电压
    return current;
}

float Read_Temperature(void) {
    // 此处应添加温度传感器的读取代码
    // 假设使用GPIO和外部库读取温度
    // 例如:使用OneWire库读取DS18B20的温度
    return temperature_value; // 返回读取的温度值
}
1.3 传感器数据读取函数
void Sensor_Read(void) {
    float current = Read_Current();
    float temperature = Read_Temperature();
    
    // 这里可以将数据发送到云端或存储到本地
    printf("Current: %.2f A, Temperature: %.2f C\n", current, temperature);
}

2. 通信模块

该模块用于将采集到的数据通过Wi-Fi模块发送至云平台。

2.1 Wi-Fi模块初始化

使用ESP8266 Wi-Fi模块进行通信,首先需要配置其AT命令。

#include "esp8266.h"

void WiFi_Init(void) {
    ESP8266_Init(); // 初始化ESP8266
    ESP8266_ConnectToAP("YOUR_SSID", "YOUR_PASSWORD");
}
2.2 MQTT通信实现

使用MQTT协议进行数据发布。

#include "mqtt.h"

void Publish_Data(float current, float temperature) {
    MQTT_Init();
    
    char payload[100];
    sprintf(payload, "{\"current\": %.2f, \"temperature\": %.2f}", current, temperature);
    
    MQTT_Publish("charging_station/data", payload);
}

3. 数据存储模块

在本项目中,我们使用SQLite数据库存储充电记录和设备状态。

3.1 SQLite初始化

确保已在项目中集成SQLite库。

#include "sqlite3.h"

sqlite3 *db;

void Database_Init(void) {
    // 打开或创建数据库
    int rc = sqlite3_open("charging_station.db", &db);
    if (rc) {
        printf("Can't open database: %s\n", sqlite3_errmsg(db));
        return;
    } else {
        printf("Opened database successfully\n");
    }

    // 创建充电记录表
    const char *sql = "CREATE TABLE IF NOT EXISTS charging_records ("
                      "id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, "
                      "current REAL, "
                      "temperature REAL, "
                      "timestamp DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP);";

    char *errMsg;
    rc = sqlite3_exec(db, sql, 0, 0, &errMsg);
    if (rc != SQLITE_OK) {
        printf("SQL error: %s\n", errMsg);
        sqlite3_free(errMsg);
    } else {
        printf("Table created successfully\n");
    }
}

3.2 插入数据到数据库

在数据库初始化完成后,我们需要实现一个函数来将采集到的电流和温度数据插入到SQLite数据库中。

void Insert_Record(float current, float temperature) {
    char *errMsg;
    char sql[256];

    // 准备插入数据的SQL语句
    sprintf(sql, "INSERT INTO charging_records (current, temperature) VALUES (%f, %f);", current, temperature);

    // 执行SQL语句
    int rc = sqlite3_exec(db, sql, 0, 0, &errMsg);
    if (rc != SQLITE_OK) {
        printf("SQL error: %s\n", errMsg);
        sqlite3_free(errMsg);
    } else {
        printf("Record inserted successfully: Current = %.2f, Temperature = %.2f\n", current, temperature);
    }
}

3.3 数据存储逻辑

在主循环中,我们将传感器读取、数据插入和数据发布整合在一起,以实现完整的数据处理流程。

void Main_Loop(void) {
    // 初始化数据库
    Database_Init();
    
    while (1) {
        // 读取传感器数据
        float current = Read_Current();
        float temperature = Read_Temperature();

        // 插入记录到数据库
        Insert_Record(current, temperature);
        
        // 发送数据到云端
        Publish_Data(current, temperature);

        // 延时一段时间,例如每10秒读取一次
        HAL_Delay(10000);
    }
}

4. 用户界面模块

用户界面模块可以通过Web应用或移动应用来显示充电桩的状态和历史数据。以下是如何实现一个简单的Web应用来显示充电记录。

4.1 Web应用基础设置

假设我们使用Flask作为后端框架,创建一个简单的Web服务器以处理用户请求。

from flask import Flask, jsonify
import sqlite3

app = Flask(__name__)

def get_db_connection():
    conn = sqlite3.connect('charging_station.db')
    conn.row_factory = sqlite3.Row  # 将行转换为字典
    return conn

@app.route('/api/records', methods=['GET'])
def get_records():
    conn = get_db_connection()
    records = conn.execute('SELECT * FROM charging_records ORDER BY timestamp DESC').fetchall()
    conn.close()
    
    return jsonify([dict(record) for record in records])  # 将记录转换为JSON格式

if __name__ == '__main__':
    app.run(host='0.0.0.0', port=5000)  # 运行Flask应用
4.2 前端界面

在前端,我们可以使用HTML和JavaScript进行数据展示。创建一个简单的HTML文件,以展示从后端获取的充电记录。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>充电桩监控</title>
    <style>
        body {
            font-family: Arial, sans-serif;
            margin: 20px;
            background-color: #f4f4f4;
        }
        table {
            width: 100%;
            border-collapse: collapse;
            margin-top: 20px;
        }
        th, td {
            padding: 10px;
            border: 1px solid #ddd;
            text-align: center;
        }
        th {
            background-color: #4CAF50;
            color: white;
        }
    </style>
</head>
<body>

<h1>充电桩监控系统</h1>
<h2>充电记录</h2>
<table>
    <thead>
        <tr>
            <th>ID</th>
            <th>电流 (A)</th>
            <th>温度 (°C)</th>
            <th>时间戳</th>
        </tr>
    </thead>
    <tbody id="records"></tbody>
</table>

<script>
    async function fetchRecords() {
        try {
            const response = await fetch('/api/records');
            const data = await response.json();
            const recordsTable = document.getElementById('records');
            recordsTable.innerHTML = ''; // 清空表格内容

            data.forEach(record => {
                const row = document.createElement('tr');
                row.innerHTML = `
                    <td>${record.id}</td>
                    <td>${record.current}</td>
                    <td>${record.temperature}</td>
                    <td>${record.timestamp}</td>
                `;
                recordsTable.appendChild(row);
            });
        } catch (error) {
            console.error('获取记录失败:', error);
        }
    }

    // 每5秒刷新一次记录
    setInterval(fetchRecords, 5000);
    fetchRecords(); // 初次加载记录
</script>

</body>
</html>

五、项目总结

本项目成功开发了一款基于STM32微控制器的智能充电桩,充分利用物联网技术,实现了充电监控、数据存储和用户交互功能。通过传感器实时监测充电状态和环境数据,结合Wi-Fi模块和MQTT协议,将数据高效地发送至云平台,并通过SQLite数据库进行本地存储,确保数据的安全和完整性。

项目中的各个模块,如传感器模块、通信模块、数据存储模块和用户界面模块,均经过精心设计与实现,使得系统整体架构清晰、功能分明。用户可以通过Web界面轻松访问和监控充电记录,提升了用户体验。同时,系统具备良好的扩展性,未来可以根据需求增加更多功能,如用户身份认证、移动应用支持等。

通过本项目的实施,团队成员不仅深化了对嵌入式系统开发和物联网技术的理解,更提高了团队协作和项目管理能力。未来,我们将继续优化系统性能,完善安全机制,努力将智能充电桩打造成高效、可靠的电动车充电解决方案。

时序图

以下是系统各模块间交互的时序图,展示了数据读取、存储和传输的流程:

User WebApp Cloud SQLiteDB ChargingStation 请求充电记录 获取最新数据 查询充电记录 返回充电记录 返回最新数据 显示充电记录 读取传感器数据 存储充电记录 发送数据 确认接收 User WebApp Cloud SQLiteDB ChargingStation

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/2236392.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

毕业后如何查找获取文献

当我们毕业后就无法再使用自己学校的数据库资源了&#xff0c;如果需要查找文献该从哪里获取资源呢&#xff1f;下面这个方法很简单而且有效&#xff1a; 一、首先选对科研工具 文献党下载器&#xff0c;把大量数据库资源整合在一起&#xff0c;直接去文献来源数据库查找获取…

串口接收,不定长数据接收

###1.CUBE-MX配置串口 2.我采用串口中断接收&#xff0c;打开中断接口 3.时钟同样8倍频&#xff0c;1分频&#xff0c;使用内部时钟 打开串口中断 main() { __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE); // 启用空闲中断__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_R…

2024 高质量 Java 面试题集锦:高级 Java 工程师面试八股汇总

最近感慨面试难的人越来越多了&#xff0c;一方面是市场环境&#xff0c;更重要的一方面是企业对 Java 的人才要求越来越高了。 基本上这样感慨的分为两类人&#xff0c;第一&#xff0c;虽然挂着 3、5 年经验&#xff0c;但肚子里货少&#xff0c;也没啥拿得出手的项目&#x…

express 使用JWT认证

1、JWT的理解 JWT 的组成部分: 分别是 Header(头部)、Payload(有效荷载)、Signature(签名) 三者之间使用英文的"."分隔, Pyload 部分才是真正的用户信息,他是用户信息经过加密之后生成的字符串 Header 和 Signature 是 安全性相关的部分&#xff0c;只是为了保证 Tok…

linux将mysql加到systemctl命令中

linux中&#xff0c;想将mysql加到systemctl命令中&#xff0c;首先需要确定mysql的安装位置 在/etc/systemd/system目录下新建mysql.service vim /etc/systemd/system/mysql.service 复制如下内容&#xff1a;确保你自己的mysql路径是否正确 [Unit] DescriptionMySQL Server…

【Mac】安装 VMware Fusion Pro

VMware Fusion Pro 软件已经正式免费提供给个人用户使用&#xff01; 1、下载 【官网】 下拉找到 VMware Fusion Pro Download 登陆账号 如果没有账号&#xff0c;点击右上角 LOGIN &#xff0c;选择 REGISTER 注册信息除了邮箱外可随意填写 登陆时&#xff0c;Username为…

【VR】PICO 手部追踪 steamvr内无法识别,依旧识别手柄的解决方案

一、问题描述 && 原因分析 1.PICO4 手部追踪 steamvr内无法识别&#xff0c;依旧识别手柄的解决方案 尽管平放&#xff08;或关闭手柄连接&#xff09;之后&#xff0c;在 PICO 一体机中进入了手部追踪状态&#xff0c; 但只要进入 steamvr&#xff0c;就无法正确识别…

【LeetCode:64】最小路径和(Java)

题目链接 64. 最小路径和 题目描述 给定一个包含非负整数的 m x n 网格 grid &#xff0c;请找出一条从左上角到右下角的路径&#xff0c;使得路径上的数字总和为最小。 说明&#xff1a;每次只能向下或者向右移动一步。 示例 1&#xff1a; 输入&#xff1a;grid [[1,…

VUE项目是如何启动的

当我们执行npm run serve,vue就会启动到这个界面&#xff0c;这个流程是怎么的 下典型的 Vue CLI 项目结构&#xff1a; public/index.html 这是项目的主 HTML 文件&#xff0c;Vue 应用会被挂载到这个文件中的 <div id"app"></div> 元素上。 <!DO…

LeetCode100之旋转图像(48)--Java

1.问题描述 给定一个 n n 的二维矩阵 matrix 表示一个图像。请你将图像顺时针旋转 90 度。你必须在 原地 旋转图像&#xff0c;这意味着你需要直接修改输入的二维矩阵。请不要 使用另一个矩阵来旋转图像。 示例1 输入&#xff1a;matrix [[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]] 输出&…

吴恩达深度学习笔记:序列模型(Sequence Models) 1.1-1.2

目录 第五门课 序列模型(Sequence Models)第一周 循环序列模型&#xff08;Recurrent Neural Networks&#xff09;1.1 为什么选择序列模型&#xff1f;&#xff08;Why Sequence Models?&#xff09;1.2 数学符号&#xff08;Notation&#xff09; 第五门课 序列模型(Sequenc…

安装和运行开发微信小程序

下载HBuilder uniapp官网 uni-app官网 微信开发者工具 安装 微信小程序 微信小程序 官网 微信小程序 配置 运行 注意&#xff1a;运行前需要开启服务端口 如果运行看不到效果&#xff0c;设置下基础库选别的版本 配置

Java反射、注解、泛型——针对实习面试

目录 Java反射、注解、泛型什么是反射&#xff1f;反射有什么优缺点&#xff1f;优点缺点 什么是泛型?泛型的优点泛型的实现 泛型怎么使用&#xff1f;泛型类泛型方法泛型接口类型参数命名约定泛型的类型限定泛型的通配符 什么是泛型擦除机制&#xff1f;为什么要擦除&#xf…

【SpringMVC】——Cookie和Session机制

阿华代码&#xff0c;不是逆风&#xff0c;就是我疯 你们的点赞收藏是我前进最大的动力&#xff01;&#xff01; 希望本文内容能够帮助到你&#xff01;&#xff01; 目录 一&#xff1a;实践 1&#xff1a;获取URL中的参数 &#xff08;1&#xff09;PathVariable 2&…

webWorker基本用法

我们都知道js是一个单线程的语言&#xff0c;当线程堵塞时&#xff0c;可能会导致页面无法正常交互&#xff0c;如一些复杂的可视化处理。即使是异步处理&#xff0c;也只是将其暂存到任务队列中去&#xff0c;等主线程执行完后依然会从任务队列中取过去。 为此&#xff0c;js提…

一文学习Android中的Property

在 Android 系统中&#xff0c;Property 是一种全局的键值对存储系统&#xff0c;允许不同组件和进程间以轻量级的方式进行数据传递。它主要用于系统配置、状态标识等场景&#xff0c;使得不同进程能够通过属性的设置或获取来通信。property 的核心特性是快速、高效&#xff0…

使用PEFT在多个AMD GPU上进行StarCoder的指令微调

Instruction fine-tuning of StarCoder with PEFT on multiple AMD GPUs — ROCm Blogs 2024年4月16日&#xff0c;由 Douglas Jia撰写。 在这篇博客中&#xff0c;我们将向您展示如何使用指令-答案对数据集在AMD GPU上微调StarCoder基础模型&#xff0c;以便它能够根据指令生…

后台管理系统窗体程序:文章管理 > 文章列表

目录 文章列表的的功能介绍&#xff1a; 1、进入页面 2、页面内的各种功能设计 &#xff08;1&#xff09;文章表格 &#xff08;2&#xff09;删除按钮 &#xff08;3&#xff09;编辑按钮 &#xff08;4&#xff09;发表文章按钮 &#xff08;5&#xff09;所有分类下拉框 &a…

微软的新模拟器将为 Windows on Arm 带来更多游戏

微软正在测试一项重大的 Windows on Arm 更新&#xff0c;以便让更多 x64 软件和游戏在配备高通 Snapdragon X Elite 或 X Plus 处理器的 Copilot Plus PC 上的 Prism 仿真下运行。 该功能是 Windows 11 Insider Preview Build 27744 的一部分&#xff0c;已向 Canary Channel …

NVR小程序接入平台/设备EasyNVR多品牌NVR管理工具/设备汇聚公共资源场景方案全析

随着信息技术的飞速发展&#xff0c;视频监控已经成为现代社会安全管理和业务运营不可或缺的一部分。特别是在公共资源管理方面&#xff0c;视频监控的应用日益广泛&#xff0c;涵盖了智慧城市、智能交通、大型企业以及校园安防等多个领域。NVR小程序接入平台EasyNVR作为一款功…