STM32+ESP8266+MQTT协议连接阿里云物联网平台

编程语言 2022-07-30 03:55:54 阅读次数: 0

携手创作，共同成长！这是我参与「掘金日新计划 · 8 月更文挑战」的第4天，点击查看活动详情

一、环境介绍

单片机采用：STM32F103C8T6

上网方式：采用ESP8266，也可以使用其他设备代替，只要支持TCP协议即可。比如：GSM模块、有线网卡等。

开发软件：keil5

硬件连接功能：ESP8266接在STM32的串口3上。通过AT指令与ESP8266进行通信。

二、实现功能

通过阿里云物联网服务器实现设备数据远程上传、下发，实现数据交互。

在当前使用的开发板上有4盏LED灯、一个蜂鸣器、4个按键。

实现步骤阿里云官方提供了很详细的文档和对应的SDK，可以参考一下。

文档地址： iot.console.aliyun.com/lk/document

img

img

img img

img

img

三、阿里云物联网服务器创建步骤

img

img

说明：如果没有账号的话，先点击网页右上角，注册一个账号，并完成实名认证再继续下一步。

img

img

产品名称根据自己情况填写。

img

img

img

设备信息根据自己情况填写。

img

img

img

img

img

img

img

img

下面参数根据自己情况填写。

img

img

img

img

img

img

img

img

img点击并拖拽以移动编辑

img

img

img

img

img

img

img

img

img

img

img

img

img

img

img

img

img

img

四、向服务器上传的数据效果

完成网页端服务器的创建之后，下面使用STM32开发板按下按键通过ESP8266将烟雾传感器数据上传到阿里云服务器。

如果连接成功的话，网页会显示在线状态。

img

上传的数据可以在这里查看。

img

img

五、STM32端的MQTT协议核心代码

代码是标准的MQTT协议代码，实现过程可以参考MQTT协议官方文档。

img

5.1 mqtt.c代码

 #include "aliyun_mqtt.h"
 ​
 char MQTT_ClientID[100]; //MQTT_客户端ID
 char MQTT_UserName[100]; //MQTT_用户名
 char MQTT_PassWord[100]; //MQTT_密码
 ​
 u8 *mqtt_rxbuf;
 u8 *mqtt_txbuf;
 u16 mqtt_rxlen;
 u16 mqtt_txlen;
 u8 _mqtt_txbuf[256];//发送数据缓存区
 u8 _mqtt_rxbuf[256];//接收数据缓存区
 ​
 typedef enum
 {
     //名字        值           报文流动方向  描述
     M_RESERVED1 =0  ,   //  禁止  保留
     M_CONNECT       ,   //  客户端到服务端 客户端请求连接服务端
     M_CONNACK       ,   //  服务端到客户端 连接报文确认
     M_PUBLISH       ,   //  两个方向都允许 发布消息
     M_PUBACK        ,   //  两个方向都允许 QoS 1消息发布收到确认
     M_PUBREC        ,   //  两个方向都允许 发布收到（保证交付第一步）
     M_PUBREL        ,   //  两个方向都允许 发布释放（保证交付第二步）
     M_PUBCOMP       ,   //  两个方向都允许 QoS 2消息发布完成（保证交互第三步）
     M_SUBSCRIBE     ,   //  客户端到服务端 客户端订阅请求
     M_SUBACK        ,   //  服务端到客户端 订阅请求报文确认
     M_UNSUBSCRIBE   ,   //  客户端到服务端 客户端取消订阅请求
     M_UNSUBACK      ,   //  服务端到客户端 取消订阅报文确认
     M_PINGREQ       ,   //  客户端到服务端 心跳请求
     M_PINGRESP      ,   //  服务端到客户端 心跳响应
     M_DISCONNECT    ,   //  客户端到服务端 客户端断开连接
     M_RESERVED2     ,   //  禁止  保留
 }_typdef_mqtt_message;
 ​
 //连接成功服务器回应 20 02 00 00
 //客户端主动断开连接 e0 00
 const u8 parket_connetAck[] = {0x20,0x02,0x00,0x00};
 const u8 parket_disconnet[] = {0xe0,0x00};
 const u8 parket_heart[] = {0xc0,0x00};
 const u8 parket_heart_reply[] = {0xc0,0x00};
 const u8 parket_subAck[] = {0x90,0x03};
 ​
 /*
 函数功能: 初始化阿里云物联网服务器的登录参数
 */
 ​
 ​
 //密码
 //clientId*deviceName*productKey#
 // *替换为DeviceName  #替换为ProductKey  加密密钥是DeviceSecret  加密方式是HmacSHA1  
 //PassWord明文=clientIdmq2_iotdeviceNamemq2_iotproductKeya1WLC5GuOfx
 //hmacsha1加密网站：http://encode.chahuo.com/
 //加密的密钥：DeviceSecret
 ​
 void Aliyun_LoginInit(char *ProductKey,char *DeviceName,char *DeviceSecret)
 {
     sprintf(MQTT_ClientID,"%s|securemode=3,signmethod=hmacsha1|",DeviceName);
     sprintf(MQTT_UserName,"%s&%s",DeviceName,ProductKey);
     sprintf(MQTT_PassWord,"%s","ebc042f42a9d73ba9ead8456b652e7756895b79d");
 }
 ​
 void MQTT_Init(void)
 {
     //缓冲区赋值
     mqtt_rxbuf = _mqtt_rxbuf;
     mqtt_rxlen = sizeof(_mqtt_rxbuf);
     mqtt_txbuf = _mqtt_txbuf;
     mqtt_txlen = sizeof(_mqtt_txbuf);
     memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);
     memset(mqtt_txbuf,0,mqtt_txlen);
     
     //无条件先主动断开
     MQTT_Disconnect();
     delay_ms(100);
     MQTT_Disconnect();
     delay_ms(100);
 }
 ​
 /*
 函数功能: 登录服务器
 函数返回值: 0表示成功 1表示失败
 */
 u8 MQTT_Connect(char *ClientID,char *Username,char *Password)
 {
     u8 i,j;
     int ClientIDLen = strlen(ClientID);
     int UsernameLen = strlen(Username);
     int PasswordLen = strlen(Password);
     int DataLen;
     mqtt_txlen=0;
     //可变报头+Payload  每个字段包含两个字节的长度标识
     DataLen = 10 + (ClientIDLen+2) + (UsernameLen+2) + (PasswordLen+2);
     
     //固定报头
     //控制报文类型
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x10;        //MQTT Message Type CONNECT
     //剩余长度(不包括固定头部)
     do
     {
         u8 encodedByte = DataLen % 128;
         DataLen = DataLen / 128;
         // if there are more data to encode, set the top bit of this byte
         if ( DataLen > 0 )
             encodedByte = encodedByte | 128;
         mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
     }while ( DataLen > 0 );
         
     //可变报头
     //协议名
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;           // Protocol Name Length MSB    
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4;           // Protocol Name Length LSB    
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'M';         // ASCII Code for M    
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'Q';         // ASCII Code for Q    
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T';         // ASCII Code for T    
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T';         // ASCII Code for T    
     //协议级别
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4;               // MQTT Protocol version = 4    
     //连接标志
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xc2;            // conn flags 
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;               // Keep-alive Time Length MSB    
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 100;         // Keep-alive Time Length LSB  100S心跳包  
     
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(ClientIDLen);// Client ID length MSB    
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(ClientIDLen);// Client ID length LSB   
     memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],ClientID,ClientIDLen);
     mqtt_txlen += ClientIDLen;
     
     if(UsernameLen > 0)
     {   
         mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(UsernameLen);      //username length MSB    
         mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(UsernameLen);      //username length LSB    
         memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],Username,UsernameLen);
         mqtt_txlen += UsernameLen;
     }
     
     if(PasswordLen > 0)
     {    
         mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(PasswordLen);      //password length MSB    
         mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(PasswordLen);      //password length LSB  
         memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],Password,PasswordLen);
         mqtt_txlen += PasswordLen; 
     }    
     
     for(i=0;i<10;i++)
     {
         memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);
         MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf,mqtt_txlen);
         for(j=0;j<10;j++)
         {
             delay_ms(50);
             if(USART3_RX_FLAG)
             {
                 USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
                 sprintf((char *)mqtt_rxbuf,"%s",USART3_RX_BUFFER);
                 USART3_RX_FLAG=0;
                 USART3_RX_CNT=0;
             }
             //CONNECT
             if(mqtt_rxbuf[0]==parket_connetAck[0] && mqtt_rxbuf[1]==parket_connetAck[1]) //连接成功            
             {
                 return 0;//连接成功
             }
         }
     }
     return 1;
 }
 ​
 /*
 函数功能: MQTT订阅/取消订阅数据打包函数
 函数参数:
     topic       主题   
     qos         消息等级 0:最多分发一次  1: 至少分发一次  2: 仅分发一次
     whether     订阅/取消订阅请求包 (1表示订阅,0表示取消订阅)
 返回值: 0表示成功 1表示失败
 */
 u8 MQTT_SubscribeTopic(char *topic,u8 qos,u8 whether)
 {    
     u8 i,j;
     mqtt_txlen=0;
     int topiclen = strlen(topic);
     
     int DataLen = 2 + (topiclen+2) + (whether?1:0);//可变报头的长度（2字节）加上有效载荷的长度
     //固定报头
     //控制报文类型
     if(whether)mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x82; //消息类型和标志订阅
     else    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xA2;    //取消订阅
 ​
     //剩余长度
     do
     {
         u8 encodedByte = DataLen % 128;
         DataLen = DataLen / 128;
         // if there are more data to encode, set the top bit of this byte
         if ( DataLen > 0 )
             encodedByte = encodedByte | 128;
         mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
     }while ( DataLen > 0 ); 
     
     //可变报头
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;           //消息标识符 MSB
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x01;        //消息标识符 LSB
     //有效载荷
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topiclen);//主题长度 MSB
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topiclen);//主题长度 LSB   
     memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],topic,topiclen);
     mqtt_txlen += topiclen;
     
     if(whether)
     {
        mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = qos;//QoS级别
     }
     
     for(i=0;i<10;i++)
     {
         memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);
         MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf,mqtt_txlen);
         for(j=0;j<10;j++)
         {
             delay_ms(50);
             if(USART3_RX_FLAG)
             {
                 USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
                 strcpy((char *)mqtt_rxbuf,(char*)USART3_RX_BUFFER);
                 USART3_RX_FLAG=0;
                 USART3_RX_CNT=0;
             }
             
             if(mqtt_rxbuf[0]==parket_subAck[0] && mqtt_rxbuf[1]==parket_subAck[1]) //订阅成功              
             {
                 return 0;//订阅成功
             }
         }
     }
     return 1; //失败
 }
 ​
 //MQTT发布数据打包函数
 //topic   主题 
 //message 消息
 //qos     消息等级 
 u8 MQTT_PublishData(char *topic, char *message, u8 qos)
 {  
     int topicLength = strlen(topic);    
     int messageLength = strlen(message);     
     static u16 id=0;
     int DataLen;
     mqtt_txlen=0;
     //有效载荷的长度这样计算：用固定报头中的剩余长度字段的值减去可变报头的长度
     //QOS为0时没有标识符
     //数据长度             主题名   报文标识符   有效载荷
     if(qos) DataLen = (2+topicLength) + 2 + messageLength;       
     else    DataLen = (2+topicLength) + messageLength;   
 ​
     //固定报头
     //控制报文类型
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x30;    // MQTT Message Type PUBLISH  
 ​
     //剩余长度
     do
     {
         u8 encodedByte = DataLen % 128;
         DataLen = DataLen / 128;
         // if there are more data to encode, set the top bit of this byte
         if ( DataLen > 0 )
             encodedByte = encodedByte | 128;
         mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
     }while ( DataLen > 0 ); 
     
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topicLength);//主题长度MSB
     mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topicLength);//主题长度LSB 
     memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],topic,topicLength);//拷贝主题
     mqtt_txlen += topicLength;
         
     //报文标识符
     if(qos)
     {
         mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(id);
         mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(id);
         id++;
     }
     memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],message,messageLength);
     mqtt_txlen += messageLength;
         
     MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf,mqtt_txlen);
     return mqtt_txlen;
 }
 ​
 void MQTT_SentHeart(void)
 {
     MQTT_SendBuf((u8 *)parket_heart,sizeof(parket_heart));
 }
 ​
 void MQTT_Disconnect(void)
 {
     MQTT_SendBuf((u8 *)parket_disconnet,sizeof(parket_disconnet));
 }
 ​
 void MQTT_SendBuf(u8 *buf,u16 len)
 {
     USARTx_DataSend(USART3,buf,len);
 }

5.2 mqtt.h代码

 #ifndef __FY_MQTT_H_
 #define __FY_MQTT_H_
 ​
 #include "stm32f10x.h"
 #include "string.h"
 #include "stdio.h"
 #include "stdlib.h"
 #include "stdarg.h"
 #include "delay.h"
 #include "usart.h"
 ​
 #define BYTE0(dwTemp)       (*( char *)(&dwTemp))
 #define BYTE1(dwTemp)       (*((char *)(&dwTemp) + 1))
 #define BYTE2(dwTemp)       (*((char *)(&dwTemp) + 2))
 #define BYTE3(dwTemp)       (*((char *)(&dwTemp) + 3))
     
 extern char MQTT_ClientID[100]; //MQTT_客户端ID
 extern char MQTT_UserName[100]; //MQTT_用户名
 extern char MQTT_PassWord[100]; //MQTT_密码
 ​
 //阿里云用户名初始化
 void Aliyun_LoginInit(char *ProductKey,char *DeviceName,char *DeviceSecret);
 //MQTT协议相关函数声明
 u8 MQTT_PublishData(char *topic, char *message, u8 qos);
 u8 MQTT_SubscribeTopic(char *topic,u8 qos,u8 whether);
 void MQTT_Init(void);
 u8 MQTT_Connect(char *ClientID,char *Username,char *Password);
 void MQTT_SentHeart(void);
 void MQTT_Disconnect(void);
 void MQTT_SendBuf(u8 *buf,u16 len);
 #endif

5.3 main.c代码

 #include "stm32f10x.h"
 #include "led.h"
 #include "delay.h"
 #include "key.h"
 #include "usart.h"
 #include <string.h>
 #include "timer.h"
 #include "bluetooth.h"
 #include "esp8266.h"
 #include "aliyun_mqtt.h"
 ​
 //阿里云物联网服务器的设备证书
 #define ProductKey "a1GLM2BFQK0"
 #define DeviceName "iot_mq2"
 #define DeviceSecret "caa5b2684101072f3dfe0f04688e0a7f"
 ​
 //订阅与发布的主题
 #define SET_TOPIC  "/sys/a1GLM2BFQK0/iot_mq2/thing/service/property/set"
 #define POST_TOPIC "/sys/a1GLM2BFQK0/iot_mq2/thing/event/property/post"
 ​
 char mqtt_message[200];//上报数据缓存区
 ​
 int main()
 {
    u32 time_cnt=0;
    u32 i;
    u8 key;
    LED_Init();
    BEEP_Init();
    KEY_Init();
    USART1_Init(115200);
    TIMER1_Init(72,20000); //超时时间20ms
    USART2_Init(9600);//串口-蓝牙
    TIMER2_Init(72,20000); //超时时间20ms
    USART3_Init(115200);//串口-WIFI
    TIMER3_Init(72,20000); //超时时间20ms
    USART1_Printf("正在初始化WIFI请稍等.\n");
    if(ESP8266_Init())
    {
       USART1_Printf("ESP8266硬件检测错误.\n");  
    }
    else
    {
       USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode("ChinaNet-wbyq","12345678","a1WLC5GuOfx.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com",1883,1));
    }
    
     //1. 初始化阿里云登录参数
     Aliyun_LoginInit(ProductKey,DeviceName,DeviceSecret);
     //2. MQTT协议初始化  
     MQTT_Init(); 
     //3. 连接阿里云服务器        
     while(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord))
     {
         USART1_Printf("阿里云服务器连接失败,正在重试...\n");
         delay_ms(500);
     }
     USART1_Printf("阿里云服务器连接成功.\n");
     
     //3. 订阅主题
     if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1))
     {
         USART1_Printf("主题订阅失败.\n");
     }
     else
     {
         USART1_Printf("主题订阅成功.\n");
     }        
     
     while(1)
     {    
         key=KEY_Scan(0);
         if(key==2)
         {
             time_cnt=0;
             sprintf(mqtt_message,"{"method":"thing.event.property.post","id":"0000000001","params":{"mq2":55},"version":"1.0.0"}");
             MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0);
             USART1_Printf("发送状态1\r\n");
         }
         else if(key==3)
         {
             time_cnt=0;
             sprintf(mqtt_message,"{"method":"thing.event.property.post","id":"0000000001","params":{"mq2":66},"version":"1.0.0"}");
             MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0);
             USART1_Printf("发送状态0\r\n");
         }  
 ​
         if(USART3_RX_FLAG)
         {
             USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
             for(i=0;i<USART3_RX_CNT;i++)
             {
                 USART1_Printf("%c",USART3_RX_BUFFER[i]);
             }
             USART3_RX_CNT=0;
             USART3_RX_FLAG=0;
         }
 ​
         //定时发送心跳包,保持连接
         delay_ms(10);
         time_cnt++;
         if(time_cnt==500)
         {
             MQTT_SentHeart();//发送心跳包
             time_cnt=0;
         }
     }
 }

点击并拖拽以移动

六、代码参数解释

6.1 设备证书与发布订阅主题

img

设备证书在创建设备时保存过，如果没有保存可以在下面的页面里查看对应的值。

img

订阅的主题在下面页面可以看到。

SET,GET,POST,ERR。 SET 用于设置（一般由单片机端使用）， GET 用于获取（一般由 APP 端使用）， Post 用于回复机制， ERR 用于错误。 作为单片机端用的最多的两个 TOPIC 就是 SET 与 POST

img

6.2 MQTT登录的密码、ID、用户名、端口号、域名

MQTT标准的3个参数格式在官方文档有介绍：使用MQTT.fx接入物联网平台 - 阿里云物联网平台 - 阿里云

img

img

img

密码的组成格式：

 clientId*deviceName*productKey#
 其中: *替换为DeviceName  #替换为ProductKey  加密密钥是DeviceSecret  加密方式是HmacSHA1  
 ​
 PassWord明文=clientIdmq2_iotdeviceNamemq2_iotproductKeya1WLC5GuOfx
 hmacsha1加密网站：http://encode.chahuo.com/
 加密的密钥：DeviceSecret

img

6.3 上传数据

img

这是上传数据的格式：

第一个参数是 method：后面所跟的参数可以由物模型看到。

第二个参数id : 因为云端会连接很多个用户，所以他所下发的数据会有一个ID 编号，我们这里任意值都行，我用的 0000000001，这里有要注意的，这个 ID 是多少不重要但是位数一定不能少。

第三个是 params：表示上传的具体数据，根据自己云端订阅的类型上传。

第四个是版本号：可以根据自己实际版本填。

猜你喜欢

转载自juejin.im/post/7126057610763206664
今日推荐
火速冲上 GitHub 热榜 —— 开源编程语言、框架哪有这么可爱？
北京人形机器人创新中心发布全球首个纯电驱拟人奔跑的全尺寸人形机器人“天工”
LFOSSA 源来如此公开课 | 掌握云原生未来：CNCF 认证全面攻略与备考秘籍
国产云输入法——仅华为无云端数据上传安全问题
开源日报 | 工业开源项目OGG 1.0；姐姐，你要和我一起配置火狐吗；苹果AI遥遥落后？Fedora 40
开放签电子签章：停止新增，优化体验，前进更进（五一假期前工作）
开源日报 | 中学生开源前端动画引擎；全球首个Llama3 8B中文版开源模型；联想电脑恐出局；Linus讽刺AI炒作
周排行
浏览器对同一域名进行请求的最大并发连接数
React Hook之自定义Hook
【转】MyBatis缓存机制
-Java-泛型
自动化测试常用脚本-发送邮件
LeetCode#859: Buddy Strings
java、Python处理字符串
第二篇の博客
Hadoop伪分布式环境安装
SQL Server进阶（十一）临时表、表变量
每日归档
更多
2024-04-27(56)
2024-04-26(39)
2024-04-25(22)
2024-04-24(36)
2024-04-23(26)
2024-04-22(39)
2024-04-21(0)
2024-04-20(6)
2024-04-19(5)
2024-04-18(0)

代码天地 © 2018 codetd.com

境外服务器   最新电视剧2022