基于STM32+ESP8266+华为云IoT设计的健康管理系统并完成应用侧开发

近几年随着科技的进步和智能化浪潮的到来，智能穿戴设备也在飞速火爆发展，各种健康智能手环，智能手表、智能跑鞋、智能眼镜纷纷上市，并出现了很多针对个人家庭的健康管理设备。比如: 智能血压计、智能心率检测、脂肪秤、智能体重秤等等，都带上了智能、健康各种标签。

可穿戴设备，即直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能，可穿戴设备将会对生活、感知带来很大的转变。

这篇文章就利用STM32加上各种外设传感器配合华为云IOT物联网平台设计一个健康管理设备，通过ESP8266+MQTT协议将数据传输导致华为云物联网平台，并通过华为云的应用侧完成应用层软件开发；设计本项目的目的就是，上手体验华为云物联网平台，并探究一下智能设备的实现原理。

当前设计的监控管理设备支持的功能有: 

（1）人体温度测量 

（2）运动监测、计步功能 

（3）睡眠监测 

（4）心率测量

STM32采集这些传感器数据之后，进行处理，在本地OLED显示屏上完成显示；再通过ESP8266将数据传递到华为云物联网平台，关联数据可视化大屏完成数据展示。

项目工程源码下载： https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/81993720

下面是示波器测量的心率显示：

设备运行效果:

主控芯片采用STM32F103C8T6，它一款基于ARM Cortex-M 内核STM32系列的32位的微控制器，程序存储器容量是64KB，RAM空间是20K，工作电压2V~3.6V，运行速度72MHZ。

人体温度测量，采用非接触式红外测温芯片GY-MCU90615，工作电压 3-5v 功耗小，体积小。其工作原理， 是通过单片机读取红外温度度数据，串口（TTL 电平）通信方式输出。串口的波特率有 9600bps 与 115200bps有连续输出与询问输出两种方式，可适应不同的工作环境，与所有的单片机及电脑连接。

心率测量，采用PulseSensor传感器，这是一款用于脉搏心率测量的光电反射式模拟传感器，通过模拟输出口可将采集到的模拟信号传输给 STM32单片机用来转换为数字信号，再通过单片机简单计算后就可以得到心率数值。

计步模块，睡眠监测，运动监测功能采用MUP6050陀螺仪实现，这是一款高性能三轴加速度+三轴陀螺仪的六轴传感器，该模块采用InvenSense 公司的 MPU6050 芯片作为核心， 该芯片内部整合了3轴陀螺仪和3轴加速度传感器，并可利用自带的数字运动处理器硬件加速引擎，通过主 IIC 接口，向应用端输出姿态解算后的数据。有了DMP，可以使用 InvenSense 公司提供的运动处理资料库，非常方便的实现姿态解算，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，同时大大降低了开发难度。 MPU6050 模块具有：体积小、自带 DMP、 自带温度传感器、 支持 IIC 从机地址设置和中断、兼容 3.3V/5V 系统、使用方便等特点。

（5）本地数据显示用的OLED显示屏采用0.96寸的SPI接口显示屏，分辨率为 128*64，主要是在本地显示采集的数据，时间等信息。

（6）上网的模块采用ESP8266，ESP8266是物联网领域常见无线网卡芯片，支持AT指令，支持串口协议控制，只需要几个简单的AT指令就可以完成网络连接，数据传输。当前项目里，就是通过ESP8266将采集的数据传递到华为云IOT平台，实现数据展示。

官网地址: https://www.huaweicloud.com/s/JeeJqeiBlOe9kSU

选择IOTDA进入，选择免费试用。

在产品页面，选择右上角创建产品。

根据提示，填入对应参数。

创建好之后，查看产品详情，进入属性配置页面。

选择自定义模型。

添加服务。

接下来就添加属性，属性就是传感器上传的数据类型，需要展示的数据；根据自己传感器的数量、类型自己设置即可。

添加心率传感器数据属性。

添加体温传感器数据属性。

添加计步功能的数据属性。

创建成功:

打开设备页面，点击右上角注册设备按钮，根据提示和产品的信息填入；创建完保存得到的信息。

点击确定之后，创建成功效果如下；目前设备还未激活，需要设备登录一次服务器即可激活；接下来就是如何登录了。

完成产品、设备创建之后，接下来采用MQTT客户端模拟设备，测试是否可以正常上华为云。

连接协议使用MQTT协议，MQTT协议登录服务器，就像QQ登录一样，需要输入账号、密码等一些信息；下面先利用华为云的小工具完成这些数据的创建。

华为云提供的MQTT账户信息生成在线小工具: https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/

前面两行填入的数据，在创建设备成功时提示下载的文件里有，照着填写即可。

我的设备生成的数据如下:

华为云IOT平台的MQTT服务器地址信息如下:

华为云IOT平台MQTT协议订阅主题的格式:

华为云IOT平台MQTT协议上报主题的格式:

打开MQTT客户端，填入对应数据，连接华为云物联网平台:

如需使用和我一样的同款软件，打开百度搜索MQTT客户端_v2.4(协议3.1.1).exe 即可找到下载地址。

登录成功后，查看华为云页面，可以看到设备已经在线，并且上传的数据已经展示出来。

为了更方便的展示设备数据，与设备完成交互，还需要开发一个配套的上位机，官方提供了应用侧开发的API接口、SDK接口，为了方便通用一点，我这里采用了API接口完成数据交互，上位机软件采用QT开发。

帮助文档地址: https://support.huaweicloud.com/usermanual-iothub/iot_01_0045.html

设备属性就是设备上传的传感器状态数据信息，应用侧提供了API接口，可以主动向设备端下发请求指令；设备端收到指令之后需要按照约定的数据格式上报数据；所以，要实现应用层与设备端的数据交互，需要应用层与设备端配合才能完成。

下面分别介绍应用测和设备测的实现流程。

（1）应用层下发的指令

帮助文档地址: https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0034.html

接口的在线调试地址: https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/debug?product=IoTDA&api=ListProperties

如果请求参数和返回值不清楚，写代码前，先使用在线调试接口体验一下，验证数据交互是否OK。

请求参数里比较总要的两个必填参数，是设备ID和服务ID，这两个参数在第3章节就介绍过如何获取了，在产品页面创建自定义属性时可以看到服务ID。

请求接口总结:

请求头里需要填X-Subject-Token参数，这个参数只要是访问任何华为云都需要填，获取具体的流程可以看这里。https://bbs.huaweicloud.com/blogs/317759 翻到第3小节。

（2）设备上传数据

应用层向设备端请求查询设备属性时，设备端会收到如下的消息:

这个消息里有一个主要参数request_id请求ID，设备端需要解析出这个参数，给应用层响应数据时，需要带上这个ID。

这个请求属性详细帮助文档看这里: https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_3011.html

设备响应的数据格式:

响应的数据格式可以看这里的介绍: https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_3010.html

下面使用MQTT客户端与在线API接口联合模拟一下接口效果：

（1）先打开调试页面: https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/debug?product=IoTDA&api=ListProperties

然后填好设备DI和服务ID：

(2)、打开MQTT客户端，登录华为云物联网平台（也就是模拟设备上线）：

(3)、打开在线API调试页面，点击调试： 点击后可以看到页面上已经在等待客户端的响应了。

(4)、MQTT客户端响应详细

按照前面说的响应格式，拼接好接口，数据。然后发布主题。

(5)、应用层收到客户端响应,调试成功

调试成功后，响应体里收到的就是设备端上传的设备属性数据。

下面列出STM32设备底层端的一些传感器核心处理代码。