一個(gè)超火超給力的STM32開(kāi)源疫情監(jiān)控項(xiàng)目

文章目錄

• 前言
• 開(kāi)發(fā)板的選擇
• 獲取疫情數(shù)據(jù)API接口
• ESP8266發(fā)送HTTPS請(qǐng)求
• LCD顯示
• 代碼下載
• 在其他MCU上的實(shí)現(xiàn)

前言

2020，新冠肺炎疫情在全球蔓延，國(guó)內(nèi)得到了有效的控制，最近國(guó)內(nèi)部分地區(qū)的疫情形勢(shì)又緊張起來(lái)。

不知道大家是否了解我之前做的一個(gè)新冠肺炎疫情監(jiān)控平臺(tái)，基于跨平臺(tái)Qt實(shí)現(xiàn)，從桌面Qt，到嵌入式Qt，相關(guān)文章：

基于桌面Qt環(huán)境的疫情監(jiān)控平臺(tái)開(kāi)發(fā)筆記：

• [開(kāi)源]基于桌面Qt的肺炎疫情監(jiān)控平臺(tái)

• [開(kāi)源]基于桌面Qt的肺炎疫情監(jiān)控平臺(tái)1.1版本

基于嵌入式Qt環(huán)境的疫情監(jiān)控平臺(tái)開(kāi)發(fā)筆記：

• [開(kāi)源]我用STM32MP1做了個(gè)疫情監(jiān)控平臺(tái)1—交叉編譯環(huán)境搭建

• [開(kāi)源]我用STM32MP1做了個(gè)疫情監(jiān)控平臺(tái)2—Qt環(huán)境搭建

• [開(kāi)源]我用STM32MP1做了個(gè)疫情監(jiān)控平臺(tái)3—疫情監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

• [開(kāi)源]我用STM32MP1做了個(gè)疫情監(jiān)控平臺(tái)4—功能完善界面重新設(shè)計(jì)

作為疫情監(jiān)控三部曲：桌面PC > 嵌入式ARM Linux > MCU。在前面兩個(gè)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)之后，就想著在內(nèi)存和性能都比較有限的MCU上實(shí)現(xiàn)，比如STM32F103，但一直都沒(méi)有找到一個(gè)合適的API接口，直到最近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)數(shù)據(jù)量比較小，連接比較穩(wěn)定的API。

于是，設(shè)計(jì)了這個(gè)基于STM32 MCU的疫情監(jiān)控平臺(tái)，STM32通過(guò)串口和ESP8266進(jìn)行AT指令交互，連接互聯(lián)網(wǎng)獲取最新的疫情數(shù)據(jù)，并顯示在LCD顯示屏上，可以直觀方便的了解到最新的疫情數(shù)據(jù)信息。

最終效果如下：

開(kāi)發(fā)板的選擇

開(kāi)發(fā)板用的是我在大四時(shí)自己設(shè)計(jì)的STM32開(kāi)發(fā)板——NiceDay，基于STM32F103RET主控。前幾天看大佬說(shuō)有學(xué)生在大一就自己畫(huà)板打樣了，我感到自愧不如啊！

這是我設(shè)計(jì)的第二塊板子（第一塊是畢業(yè)設(shè)計(jì)兩輪平衡車(chē)主板），是在大四快畢業(yè)時(shí)，畢設(shè)實(shí)物和論文完成之后還有點(diǎn)時(shí)間，就設(shè)計(jì)了這款板子，最開(kāi)始是準(zhǔn)備做桌面天氣時(shí)鐘的。

如果你在百度上搜索：ESP8266 關(guān)鍵字，其中就有我當(dāng)時(shí)的一個(gè)回答。

好了，言歸正傳，換個(gè)API就是疫情監(jiān)控平臺(tái)了：

獲取疫情數(shù)據(jù)API接口

2020新冠疫情的爆發(fā)，各大互聯(lián)網(wǎng)IT公司和個(gè)人都開(kāi)發(fā)了實(shí)時(shí)疫情地圖平臺(tái)，騰訊新聞、丁香園、網(wǎng)易、新浪等等，這些數(shù)據(jù)大小都在幾百KB，對(duì)于PC和嵌入式Linux來(lái)說(shuō)，不用在意數(shù)據(jù)量的大小，但是對(duì)于存儲(chǔ)非常有限的MCU來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)量的大小是不得不考慮的一個(gè)問(wèn)題，而且對(duì)于ESP8266來(lái)說(shuō)，AT指令的方式，SSL緩存最大只有4096個(gè)字節(jié)的緩存！

經(jīng)過(guò)網(wǎng)上一番搜索，找到了幾個(gè)數(shù)據(jù)量小的API，但是有的接口連接不穩(wěn)定，剛連上就掉線了，最后終于找到了一個(gè)連接穩(wěn)定，數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)齊全的接口：https://lab.isaaclin.cn/nCoV/zh

這是一位國(guó)人使用服務(wù)器爬蟲(chóng)獲取了丁香園的數(shù)據(jù)，然后開(kāi)放了API接口供大家免費(fèi)使用，目前已經(jīng)被調(diào)用了2千萬(wàn)次，這個(gè)網(wǎng)站還包括了多個(gè)接口，我只使用到了其中的疫情數(shù)據(jù)這一個(gè)接口：https://lab.isaaclin.cn/nCoV/api/overall，數(shù)據(jù)量大概為1300個(gè)字節(jié)。

JSON數(shù)據(jù)內(nèi)容如下：

為了能使用ESP8266獲取這個(gè)API返回的內(nèi)容，我們還需要知道以下信息：TCP連接類(lèi)型，端口號(hào)，API地址。

我們?cè)跒g覽器中按F12，打開(kāi)開(kāi)發(fā)者模式，在地址欄輸入https://lab.isaaclin.cn/nCoV/api/overall這個(gè)接口地址，可以很容易的獲取到我們想要的信息：

服務(wù)器地址：47.102.117.253
端口號(hào)：443
API地址：https://lab.isaaclin.cn/nCoV/api/overall

關(guān)于端口號(hào)，如果API地址是http開(kāi)頭的，一般是選擇TCP連接類(lèi)型，80端口；如果是https開(kāi)頭的，一般是選擇SSL連接類(lèi)型，443端口。這個(gè)信息在后面會(huì)用到。

ESP8266發(fā)送HTTPS請(qǐng)求

WiFi模塊選擇的是樂(lè)鑫的ESP8266-01S模組，支持AP、Station和AP&Station混合模式。

在進(jìn)行正式的開(kāi)發(fā)之前，我們先測(cè)試一下使用串口模塊連接ESP8266，直接發(fā)送AT指令的方式來(lái)獲取疫情數(shù)據(jù)。

整體流程是：配置工作模式 > 連接WiFi > 與服務(wù)器建立SSL連接 > 發(fā)送GET請(qǐng)求獲取數(shù)據(jù)

0.為了確保模塊保持初始狀態(tài)，在進(jìn)行配置之前，先讓模塊恢復(fù)出廠設(shè)置：AT+RESTORE

AT+RESTORE

 ets Jan  8 2013,rst cause:2, boot mode:(3,7)

2nd boot version : 1.5
  SPI Speed      : 40MHz
  SPI Mode       : DIO
  SPI Flash Size & Map: 8Mbit(512KB+512KB)
jump to run user1 @ 1000

ready

獲取AT固件版本信息：AT+GMR

AT+GMR

AT version:1.2.0.0(Jul  1 2016 20:04:45)
SDK version:1.5.4.1(39cb9a32)
Ai-Thinker Technology Co. Ltd.
Dec  2 2016 14:21:16
OK

有的AT固件版本不支持HTTPS連接。最新版本的AT固件是支持HTTPS連接的，下載地址：https://docs.ai-thinker.com/_media/esp8266/ai-thinker_esp8266_at_firmware_dout_v1.5.4.1-a_20171130.rar

1.WiFi模塊設(shè)置為Station模式：AT+CWMODE=1

2.配網(wǎng)，連接WiFi：AT+CWJAP="ssid","password"

AT+CWMODE=1

OK
AT+CWJAP="stm32_2019_ncov","www.wangchaochao.top"

WIFI CONNECTED
WIFI GOT IP

OK

3.設(shè)置單連接模式：AT+CIPMUX=0

4.設(shè)置SSL連接大?。?code style="margin-right: 2px;margin-left: 2px;padding: 2px 4px;max-width: 100%;overflow-wrap: break-word;font-size: inherit;line-height: inherit;border-radius: 4px;color: rgb(233, 105, 0);background: rgb(248, 248, 248);box-sizing: border-box !important;">AT+CIPSSLSIZE=4096

5.與服務(wù)器建立HTTPS/SSL連接：AT+CIPSTART="SSL","47.102.117.253",443

6.設(shè)置為透?jìng)髂Ｊ剑?code style="margin-right: 2px;margin-left: 2px;padding: 2px 4px;max-width: 100%;overflow-wrap: break-word;font-size: inherit;line-height: inherit;border-radius: 4px;color: rgb(233, 105, 0);background: rgb(248, 248, 248);box-sizing: border-box !important;">AT+CIPMODE=1

7.啟動(dòng)透?jìng)鳎?code style="margin-right: 2px;margin-left: 2px;padding: 2px 4px;max-width: 100%;overflow-wrap: break-word;font-size: inherit;line-height: inherit;border-radius: 4px;color: rgb(233, 105, 0);background: rgb(248, 248, 248);box-sizing: border-box !important;">AT+CIPSEND

8.發(fā)送GET HTTPS請(qǐng)求：GET https://lab.isaaclin.cn/nCoV/api/overall

如果以上都配置正確，會(huì)收到服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)，也就是我們的想要的疫情數(shù)據(jù)。

如果SSL連接不斷開(kāi)，一直在透?jìng)髂Ｊ剑涂梢悦扛粢欢螘r(shí)間GET一次API，這樣就可以獲取到最新的疫情數(shù)據(jù)了。

經(jīng)過(guò)多次GET請(qǐng)求測(cè)試發(fā)現(xiàn)，連接還比較穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)掉線的情況，但是由于API的訪問(wèn)限制，不要太頻繁的發(fā)送GET請(qǐng)求，否則可能會(huì)被API開(kāi)發(fā)者把IP封掉。

當(dāng)然，如果連接斷開(kāi)，就要重新執(zhí)行建立SSL連接，設(shè)置透?jìng)髂Ｊ剑_(kāi)始透?jìng)鬟@幾個(gè)操作。如果要主動(dòng)斷開(kāi)SSL連接，可以先發(fā)送不帶回車(chē)換行的+++退出透?jìng)?，然后使?code style="margin-right: 2px;margin-left: 2px;padding: 2px 4px;max-width: 100%;overflow-wrap: break-word;font-size: inherit;line-height: inherit;border-radius: 4px;color: rgb(233, 105, 0);background: rgb(248, 248, 248);box-sizing: border-box !important;">AT+CIPCLOSE關(guān)閉SSL連接。

單獨(dú)的AT指令測(cè)試沒(méi)問(wèn)題，那我們就可以使用MCU的串口來(lái)自動(dòng)完成和ESP8266的AT指令交互了。

JSON數(shù)據(jù)的解析

數(shù)據(jù)是JSON格式的，解析庫(kù)使用的是開(kāi)源小巧的cJSON庫(kù)，只有兩個(gè)文件，使用起來(lái)非常方便。

在進(jìn)行解析之前，先來(lái)分析一下JSON原始數(shù)據(jù)的格式：results鍵的值是一個(gè)數(shù)組，數(shù)組只有一個(gè)JSON對(duì)象，獲取這個(gè)對(duì)象對(duì)應(yīng)鍵的值可以獲取到國(guó)內(nèi)現(xiàn)存和新增確診人數(shù)、累計(jì)和新增死亡人數(shù)，累計(jì)和新增治愈人數(shù)等數(shù)據(jù)。

全球疫情數(shù)據(jù)保存在globalStatistics鍵里，它的值是一個(gè)JSON對(duì)象，對(duì)象僅包含簡(jiǎn)單的鍵值對(duì)，這些鍵的值，就是全球疫情數(shù)據(jù)，其中updateTime鍵的值是更新時(shí)間，這是毫秒級(jí)UNIX時(shí)間戳，可以轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)北京時(shí)間。

{
    "results": [{
        "currentConfirmedCount": 509,
        "currentConfirmedIncr": 16,
        "confirmedCount": 85172,
        "confirmedIncr": 24,
        "suspectedCount": 1899,
        "suspectedIncr": 4,
        "curedCount": 80015,
        "curedIncr": 8,
        "deadCount": 4648,
        "deadIncr": 0,
        "seriousCount": 106,
        "seriousIncr": 9,
        "globalStatistics": {
            "currentConfirmedCount": 4589839,
            "confirmedCount": 9746927,
            "curedCount": 4663778,
            "deadCount": 493310,
            "currentConfirmedIncr": 281,
            "confirmedIncr": 711,
            "curedIncr": 424,
            "deadIncr": 6
        },
        "updateTime": 1593227489355
    }],
    "success": true
}

先定義了結(jié)構(gòu)體ncov_data，用于存儲(chǔ)國(guó)內(nèi)和全球疫情數(shù)據(jù)：

struct ncov_data{
    long currentConfirmedCount;
    long currentConfirmedIncr;
    long confirmedCount;
    long confirmedIncr;
    long curedCount;
    long curedIncr;
    long seriousCount;
    long seriousIncr;
    long deadCount;
    long deadIncr;
    char updateTime[20];
};

對(duì)應(yīng)的解析函數(shù)：

uint8_t parse_ncov_data(void)
{
    int ret = 0;
    cJSON *root, *result_arr;
    cJSON *result, *global;
    time_t updateTime;
    struct tm *time;

    //root = cJSON_Parse((const char *)str);   //創(chuàng)建JSON解析對(duì)象，返回JSON格式是否正確
    printf("接收到的數(shù)據(jù):%d\r\r\n", strlen((const char*)USART2_RX_BUF));    //JSON原始數(shù)據(jù)
    root = cJSON_Parse((const char*)USART2_RX_BUF);

    if (root != 0)
    {
        printf("JSON format ok, start parse!!!\r\n");
        result_arr = cJSON_GetObjectItem(root, "results");
        if(result_arr->type == cJSON_Array)
        {
            printf("result is array\r\n");
            result = cJSON_GetArrayItem(result_arr, 0);
            if(result->type == cJSON_Object)
            {
                printf("result_arr[0] is object\r\n");

                /* china data parse */
                dataChina.currentConfirmedCount = cJSON_GetObjectItem(result, "currentConfirmedCount")->valueint;
                dataChina.currentConfirmedIncr = cJSON_GetObjectItem(result, "currentConfirmedIncr")->valueint;
                dataChina.confirmedCount = cJSON_GetObjectItem(result, "confirmedCount")->valueint;
                dataChina.confirmedIncr = cJSON_GetObjectItem(result, "confirmedIncr")->valueint;
                dataChina.curedCount = cJSON_GetObjectItem(result, "curedCount")->valueint;
                dataChina.curedIncr = cJSON_GetObjectItem(result, "curedIncr")->valueint;
                dataChina.deadCount = cJSON_GetObjectItem(result, "deadCount")->valueint;
                dataChina.deadIncr = cJSON_GetObjectItem(result, "deadIncr")->valueint;

                printf("------------國(guó)內(nèi)疫情-------------\r\n");
                printf("現(xiàn)存確診:   %5d, 較昨日:%3d\r\n", dataChina.currentConfirmedCount, dataChina.currentConfirmedIncr);
                printf("累計(jì)確診:   %5d, 較昨日:%3d\r\n", dataChina.confirmedCount, dataChina.confirmedIncr);
                printf("累計(jì)治愈:   %5d, 較昨日:%3d\r\n", dataChina.curedCount, dataChina.curedIncr);
                printf("累計(jì)死亡:   %5d, 較昨日:%3d\r\n", dataChina.deadCount, dataChina.deadIncr);
                printf("現(xiàn)存無(wú)癥狀: %5d, 較昨日:%3d\r\n\r\n", dataChina.seriousCount, dataChina.seriousIncr);

                global = cJSON_GetObjectItem(result, "globalStatistics");
                if(global->type == cJSON_Object)
                {
                    dataGlobal.currentConfirmedCount = cJSON_GetObjectItem(global, "currentConfirmedCount")->valueint;
                    dataGlobal.currentConfirmedIncr = cJSON_GetObjectItem(global, "currentConfirmedIncr")->valueint;
                    dataGlobal.confirmedCount = cJSON_GetObjectItem(global, "confirmedCount")->valueint;
                    dataGlobal.confirmedIncr = cJSON_GetObjectItem(global, "confirmedIncr")->valueint;
                    dataGlobal.curedCount = cJSON_GetObjectItem(global, "curedCount")->valueint;
                    dataGlobal.curedIncr = cJSON_GetObjectItem(global, "curedIncr")->valueint;
                    dataGlobal.deadCount = cJSON_GetObjectItem(global, "deadCount")->valueint;
                    dataGlobal.deadIncr = cJSON_GetObjectItem(global, "deadIncr")->valueint;

                    printf("\r\n**********global ncov data**********\r\n");

                    printf("------------全球疫情-------------\r\n");
                    printf("現(xiàn)存確診: %8d, 較昨日:%5d\r\n", dataGlobal.currentConfirmedCount, dataGlobal.currentConfirmedIncr);
                    printf("累計(jì)確診: %8d, 較昨日:%5d\r\n", dataGlobal.confirmedCount, dataGlobal.confirmedIncr);
                    printf("累計(jì)死亡: %8d, 較昨日:%5d\r\n", dataGlobal.deadCount, dataGlobal.deadIncr);
                    printf("累計(jì)治愈: %8d, 較昨日:%5d\r\n\r\n", dataGlobal.curedCount, dataGlobal.curedIncr);

                } else return 1;

                /* 毫秒級(jí)時(shí)間戳轉(zhuǎn)字符串 */
                updateTime = (time_t )(cJSON_GetObjectItem(result, "updateTime")->valuedouble / 1000);
                updateTime += 8 * 60 * 60; /* UTC8校正 */
                time = localtime(&updateTime);
                /* 格式化時(shí)間 */
                strftime(dataChina.updateTime, 20, "%m-%d %H:%M", time);
                printf("更新于:%s\r\n", dataChina.updateTime);/* 06-24 11:21 */
            } else return 1;
        } else return 1;
        printf("\r\nparse complete \r\n");
        gui_show_ncov_data(dataChina, dataGlobal);
    }
    else
    {
        printf("JSON format error:%s\r\n", cJSON_GetErrorPtr()); //輸出json格式錯(cuò)誤信息
        return 1;
    }
    cJSON_Delete(root);

    return ret;
}

在調(diào)用cJSON_Parse()之后，一定要調(diào)用cJSON_Delete()釋放內(nèi)存，否則會(huì)造成內(nèi)存泄露。

如果解析失敗，可以把啟動(dòng)文件里的堆棧大小設(shè)置大一點(diǎn)：

LCD顯示

液晶屏使用的是3.2寸 LCD，IL9341驅(qū)動(dòng)芯片，320*240分辨率，16位并口。由于屏幕分辨率比較低，可顯示的內(nèi)容有限，所以只是顯示了最基本的幾個(gè)疫情數(shù)據(jù)。為了減小程序大小，GUI只實(shí)現(xiàn)了基本的畫(huà)點(diǎn)，畫(huà)線函數(shù)，字符的顯示，采用的是部分字符取模，只對(duì)程序中用到的漢字和字符進(jìn)行取模。

為了增強(qiáng)可移植性，程序中并沒(méi)有使用外置SPI Flash存儲(chǔ)整個(gè)字庫(kù)，下面是顯示效果：

這個(gè)是裸機(jī)版本的，基于RT-Thread RTOS也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，敬請(qǐng)期待！

待優(yōu)化和調(diào)整

目前只使用到了一個(gè)API接口，當(dāng)然，這個(gè)平臺(tái)也提供其他接口可供使用：

• 最新的疫情新聞

https://lab.isaaclin.cn//nCoV/api/news

• 最新的各省市疫情數(shù)據(jù)

https://lab.isaaclin.cn//nCoV/api/area?latest=1&province=%E5%8C%97%E4%BA%AC%E5%B8%82

• 最新的辟謠信息

https://lab.isaaclin.cn//nCoV/api/rumors

代碼下載

代碼已經(jīng)開(kāi)源，地址在文末，歡迎大家參與，豐富這個(gè)小項(xiàng)目的功能！

GitHub開(kāi)源地址：https://github.com/whik/stm32_2019_ncov

或者關(guān)注我的公眾號(hào)：電子電路開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)（ID: MCU149），在后臺(tái)回復(fù)【STM32疫情監(jiān)控】，我會(huì)把工程下載鏈接發(fā)送給你。

如果你手上的硬件和我的一樣，只需要修改工程中的USER\config.h文件中的WiFi信息，就可以直接使用了。

在其他MCU上的實(shí)現(xiàn)

其實(shí)，我也在其他廠商的MCU上實(shí)現(xiàn)了，比如國(guó)產(chǎn)的靈動(dòng)MM32，富芮坤FR8106H等，實(shí)現(xiàn)過(guò)程都是大同小異，對(duì)于在這兩款MCU上的實(shí)現(xiàn)感興趣的朋友，可以到我的博客查看詳細(xì)的開(kāi)發(fā)筆記：

• 基于靈動(dòng)MM32的新冠肺炎疫情數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)
  www.wangchaochao.top/2020/06/27/mm32-2019-ncov/

• 基于FR8016H+ESP8266的新冠肺炎疫情監(jiān)控平臺(tái)
  www.wangchaochao.top/2020/07/12/Novel-coronavirus-pneumonia-surveillance-platform-based-on-FR8016H-ESP8266/

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