STM32 物联网智能家居 (二)-开发环境及工程搭建(STM32CubeMX)

前面第一篇文章我们讲述了物联网智能家居项目的方案设计，从系统设计、硬件设计，再到软件设计。这篇文章我们具体会讲到整个项目需要哪些硬件模块、软件环境、搭建最小工程时用到STM32CubeMX的详细配置指导，以及最后用Keil 5工具进行编译工程的教学，这些都是这篇文章可以学到的。下面我们再来回顾一下整个方案，放到前面开宗明义。

一、回顾整体方案

首先是系统设计，整个系统的操作逻辑如下：

中控屏启动后，自动连接家里的路由器，在中控屏上显示出路由器的IP地址；
用户用手机上启动微信小程序，输入中控屏显示的IP，连接到家里的中控屏上；
用户在微信小程序里，点击图标控制家中的灯、风扇、空调、窗帘、除湿器等，并读取屋内温湿度；
并且中控屏每隔60s向微信小程序传输一次家中温度和湿度值进行更新；

下面是硬件设计的框图，以及具体要用到的外设：

我们用I2c通信控制OLED屏幕 显示字符，其中包括时间，温度，湿度，路由器Ip地址，控制信息等；用Usart控制Wifi模块ESP8266 和路由器、微信小程序进行信息交互；通过GPIO控制/读取温湿度传感器、风扇、LED等外设。除此之外，我们通过ST-LINK 或USB串口解决代码开发过程中遇到的问题等等。

在本项目中，软件设计可以分为6个子系统：

设备子系统：比如实现LED控制、风扇控制
显示子系统：在OLED上显示信息
输入子系统：可以接收按键数据、网络数据
网络子系统：负责网络连接、数据收发
字体子系统：获得字符的字库
业务子系统：起综合作用，根据输入值(网络数据)，控制设备

为了使软件能够兼容更多的芯片、更多的操作系统，进行软硬件解耦，我们将软件进行了分层设计。

整个软件分为下面几层内容，Microcontroller、HAL、CAL、KAL和APPL层。

APPL层是最上层的应用层，与硬件和操作系统无关，专注于应用层的逻辑。KAL层是内核抽象层（Kernel Abstraction Layer），这一层可以将整个软件分为不同的操作系统平台，通过简单的切换，可以让系统跑在裸机、FreeRTOS或者RT-Thread上面。CAL层是芯片抽象层（Chip Abstraction Layer）这一层来区分不同的芯片，来解决移植到不同的问题。HAL层（Hardware Abstraction Layer）是硬件抽象层，是决定是调用Hal库、寄存器还是库函数来操作底层硬件。以上就是为本项目设计的分层架构的逻辑，借由此软件框架做到容易扩展、容易维护的目的。

二、环境及元器件准备

2.1 软件开发环境

1. 韦东山STM32F103-PRO全套开发板 (STM32F103ZET6)

2. STM32CubeMX

官网下载链接：STM32Cube初始化代码生成器

3. Keil 5

官网下载链接：Keil官网下载地址

4. ST-Link V2

2.2 元器件

名称	型号	样式
Wifi模块	ESP8266-01s
温湿度传感器	DHT11
OLED显示屏	0.96寸，白色显示，I2c通信
电机	L9110电机驱动风扇模块

三、STM32CubeMX工程搭建

3.1 硬件概览

名称	端口	GPIO输出	引脚模式	特性	备注
INB	PC6	High	Output Pushpull	Pull-up	电机控制
INA	PE6	High	Output Pushpull	Pull-up	电机控制
K1	PE14	n/a	Input mode	n/a	按键K1
K2	PE15	n/a	Input mode	n/a	按键K2
WHITE	PF7	High	Output Pushpull	Pull-up	LED白灯
BLUE	PF8	High	Output Pushpull	Pull-up	LED蓝灯
GREEN	PF9	High	Output Pushpull	Pull-up	LED绿灯
SCL	PF10	High	Output Pushpull	Pull-up	I2c时钟线
SDA	PF11	High	Output Pushpull	Pull-up	I2c数据线
USART1_TX	PA9	n/a	Alternate Function Pushpull	n/a	USART1_TX
USART1_RX	PA10	n/a	Input mode	Pull-up	USART1_RX
USART3_TX	PD8	n/a	Alternate Function Pushpull	n/a	USART3_TX
USART3_RX	PD9	n/a	Input mode	Pull-up	USART3_RX

3.2 创建工程

打开STM32CubdeMX，点击New Project创建新工程

选择 STM32F103 ZET6

3.3 系统配置

点击左侧System Core，选择RCC，将HSE和LSE都设置为Crystal/Ceramic Resonator（晶体/陶瓷振荡器）

点击SYS，选择Debug功能为JTAG(5 pins)，跟板子调试口对应

3.4 USART串口配置

根据原理图，我们将USART1和USART3进行配置

选择左侧的Connecttivity选项，点击USART1，如下图所示，点击Mode开始配置

STM32对USART模块提供了下面的这些模式，根据需求选择相应模式，本项目选择的是异步模式Asynchronous。

下面我们来对USART进行配置，首先开发板上的串口对应的USART1串口，Mode配置为异步模式Asynchronous，STMCubeMX会自动分配引脚，目前分配的USART1_RX对于PA10，USART1_TX对于PA9，和我们开发板的引脚正好对应，如果不对应的话，可以根据芯片的data Sheet改成相应的引脚。

下面的参数配置Parameter Settings按照默认配置来，波特率为 115200 bit/s，这里确保主从机是一致的，才能通信成功，数据位 8，无校验位，停止位1，数据方向：Receive and Transmit，采样：16.