STM32+W5500+MQTT+Android实现远程数据采集及控制

转自：http://www.embed-net.com/thread-230-1-1.html

0 前言

最近在学习MQTT，发现MQTT还是挺好用的，于是花了点时间做了一个简单的应用示例，希望能给需要做这方面的人一些参考。
相关背景知识：http://www.embed-net.com/thread-224-1-1.html
具体功能为：
1，STM32F405为主控芯片，它通过传感器采集环境数据，比如温度，湿度，光照度，大气压强等；
2，主控芯片通过W5500模块将测量的数据通过MQTT协议方式发布到MQTT服务器（服务器域名和IP见固件程序）；
3，主控订阅LED灯控制的消息，当接收到对应的控制指令后点亮或者熄灭对应的LED灯；
4，安卓手机端订阅传感器数据的消息，当接收到消息后将传感器数据在界面显示；
5，安卓手机可发送点亮或者熄灭LED灯的指令到服务器，然后服务器会将该指令转发给STM32主控，然后STM32主控解析该指令并执行指令。

1 单片机端实现
MQTT协议是基于TCP的协议，所以我们只需要在单片机端实现TCP客户端代码之后就很容易移植MQTT了，STM32F4+W5500实现TCP客户端的代码我们以前已经实现过，代码下载地址为：
http://www.embed-net.com/thread-87-1-1.html
当然，如果你想在代码里面直接使用服务器域名方式进行连接，我们还得在TCP客户端代码里面集成DNS的代码，当然在上面这个连接里面也有相关的代码。
MQTT代码源码下载地址：
http://www.eclipse.org/paho/
在STM32这边我们使用的是C/C++ MQTT Embedded clients代码。
硬件连接如下图所示：

1.1 MQTT的移植
MQTT的移植非常简单，将C/C++ MQTT Embedded clients的代码添加到工程中，然后我们只需要再次封装4个函数即可：

int transport_sendPacketBuffer(unsigned char* buf, int buflen);
int transport_getdata(unsigned char* buf, int count);
int transport_open(void);
int transport_close(void);

transport_sendPacketBuffer：通过网络以TCP的方式发送数据；
transport_getdata：TCP方式从服务器端读取数据，该函数目前属于阻塞函数；
transport_open：打开一个网络接口，其实就是和服务器建立一个TCP连接；
transport_close：关闭网络接口。
如果已经移植好了socket方式的TCP客户端的程序，那么这几个函数的封装也是非常简单的，程序代码如下所示：

/**
* @brief  通过TCP方式发送数据到TCP服务器
* @param  buf 数据首地址
* @param  buflen 数据长度
* @retval 小于0表示发送失败
*/
int transport_sendPacketBuffer(unsigned char* buf, int buflen)
{
return send(SOCK_TCPS,buf,buflen);
}
/**
* @brief  阻塞方式接收TCP服务器发送的数据
* @param  buf 数据存储首地址
* @param  count 数据缓冲区长度
* @retval 小于0表示接收数据失败
*/
int transport_getdata(unsigned char* buf, int count)
{
return recv(SOCK_TCPS,buf,count);
}

/**
* @brief  打开一个socket并连接到服务器
* @param  无
* @retval 小于0表示打开失败
*/
int transport_open(void)
{
int32_t ret;
//新建一个Socket并绑定本地端口5000
ret = socket(SOCK_TCPS,Sn_MR_TCP,5000,0×00);
if(ret != SOCK_TCPS){
printf(“%d:Socket Error\r\n”,SOCK_TCPS);
while(1);
}else{
printf(“%d:Opened\r\n”,SOCK_TCPS);
}

//连接TCP服务器
ret = connect(SOCK_TCPS,domain_ip,1883);//端口必须为1883
if(ret != SOCK_OK){
printf(“%d:Socket Connect Error\r\n”,SOCK_TCPS);
while(1);
}else{
printf(“%d:Connected\r\n”,SOCK_TCPS);
}
return 0;
}
/**
* @brief  关闭socket
* @param  无
* @retval 小于0表示关闭失败
*/
int transport_close(void)
{
close(SOCK_TCPS);
return 0;
}

完成了这几个函数，然后我们就可以根据官方提供的示例代码实现我们自己的代码了，比如我们向代理服务器发送一个消息的代码如下所示：

/**
* @brief  向代理（服务器）发送一个消息
* @param  pTopic 消息主题
* @param  pMessage 消息内容
* @retval 小于0表示发送失败
*/
int mqtt_publish(char *pTopic,char *pMessage)
{
int32_t len,rc;
MQTTPacket_connectData data = MQTTPacket_connectData_initializer;
unsigned char buf[200];
MQTTString topicString = MQTTString_initializer;
int msglen = strlen(pMessage);
int buflen = sizeof(buf);

data.clientID.cstring = “me”;
data.keepAliveInterval = 5;
data.cleansession = 1;
len = MQTTSerialize_connect(buf, buflen, &data); /* 1 */

topicString.cstring = pTopic;
len += MQTTSerialize_publish(buf + len, buflen – len, 0, 0, 0, 0, topicString, (unsigned char*)pMessage, msglen); /* 2 */

len += MQTTSerialize_disconnect(buf + len, buflen – len); /* 3 */
transport_open();
rc = transport_sendPacketBuffer(buf,len);
transport_close();
if (rc == len)
printf(“Successfully published\n\r”);
else
printf(“Publish failed\n\r”);
return 0;
}

下面我们看下主函数的代码，思路也比较清晰：

int main(void)
{
static char meassage[200];
int rc;
char *led;
char led_value;
float temperature,humidity,light,pressure;
srand(0);
//配置LED灯引脚
LED_Config();
//初始化配置网络
network_init();
while(1){
memset(meassage,0,sizeof(meassage));
//订阅消息
rc = mqtt_subscrib(“pyboard_led”,meassage);
printf(“rc = %d\n\r”,rc);
if(rc >= 0){
printf(“meassage = %s\n\r”,meassage);
//解析JSON格式字符串并点亮相应的LED灯
cJSON *root = cJSON_Parse(meassage);
if(root != NULL){
led = cJSON_GetObjectItem(root,”led”)->valuestring;
printf(“led = %s\n\r”,led);
led_value = cJSON_GetObjectItem(root,”value”)->valueint;
if(!strcmp(led,”red”)){
if(led_value){
LED_On(LED_RED);
}else{
LED_Off(LED_RED);
}
}else if(!strcmp(led,”green”)){
if(led_value){
LED_On(LED_GREEN);
}else{
LED_Off(LED_GREEN);
}
}else if(!strcmp(led,”blue”)){
if(led_value){
LED_On(LED_BLUE);
}else{
LED_Off(LED_BLUE);
}
}else if(!strcmp(led,”yellow”)){
if(led_value){
LED_On(LED_YELLOW);
printf(“Yellow On\n\r”);
}else{
LED_Off(LED_YELLOW);
printf(“Yellow Off\n\r”);
}
}
// 释放内存空间
cJSON_Delete(root);
}else{
printf(“Error before: [%s]\n\r”,cJSON_GetErrorPtr());
}
}
delay_ms(500);
//获取传感器测量数据，该示例使用随机数
temperature = rand()%50;
humidity = rand()%100;
light = rand()%1000;
pressure = rand()%1000;
//将数据合成为JSON格式数据
sprintf(meassage,”{\”temperature\”:%.1f,\”humidity\”:%.1f,\”light\”:%.1f,\”pressure\”:%.1f}”,temperature,humidity,light,pressure);
//将数据发送出去
mqtt_publish(“pyboard_value”,meassage);
}
}

完整工程代码可在后面的附件下载。

2 手机端代码实现
手机端我们也使用官方提供的Java库Java client and utilities，下载地址：
http://www.eclipse.org/paho/
将jar文件添加到工程中即可，程序界面如下所示：

上面4个条目分别显示STM32单片机通过W5500发送到服务器端的传感器测量数据；
下面4个图片分别控制板子上的4个LED灯；
消息发送我们采用线程的方式发送，接收采用回调函数方式接收消息。

2.1 实现消息发送
发送消息的代码如下所示：

/**
* send message
*/
class PublishThread extends Thread {
String topic;
MqttMessage message;
int qos = 0;
MemoryPersistence persistence = new MemoryPersistence();
PublishThread(String topic,String message){
this.topic = topic;
this.message = new MqttMessage(message.getBytes());
}
public void sendMessage(String topic,String message){
this.topic = topic;
this.message = new MqttMessage(message.getBytes());
run();
}
@Override
public void run() {
try {
MqttClient sampleClient = new MqttClient(broker, clientId, persistence);
MqttConnectOptions connOpts = new MqttConnectOptions();
connOpts.setCleanSession(true);
connOpts.setKeepAliveInterval(1);
System.out.println(“Connecting to broker: ” + broker);
sampleClient.connect(connOpts);
System.out.println(“Connected”);
System.out.println(“Publishing message: ” + message.toString());
message.setQos(qos);
sampleClient.publish(topic, message);
System.out.println(“Message published”);
sampleClient.disconnect();
System.out.println(“Disconnected”);
}catch(MqttException me) {
System.out.println(“reason “+me.getReasonCode());
System.out.println(“msg “+me.getMessage());
System.out.println(“loc “+me.getLocalizedMessage());
System.out.println(“cause “+me.getCause());
System.out.println(“excep “+me);
me.printStackTrace();
}
}
}

2.2 实现消息接收
接收消息的代码如下所示：

/**
* receive message
*/
class SubscribeThread extends Thread{
final String topic;
MemoryPersistence persistence = new MemoryPersistence();
SubscribeThread(String topic){
this.topic = topic;
}
@Override
public void run(){
try {
final MqttClient sampleClient = new MqttClient(broker, clientId, persistence);
final MqttConnectOptions connOpts = new MqttConnectOptions();
connOpts.setCleanSession(true);
System.out.println(“Connecting to broker: ” + broker);
connOpts.setKeepAliveInterval(5);
sampleClient.setCallback(new MqttCallback() {
@Override
public void connectionLost(Throwable throwable) {
System.out.println(“connectionLost”);
try {
sampleClient.connect(connOpts);
sampleClient.subscribe(topic);
}catch (MqttException e){
e.printStackTrace();
}
}

@Override
public void messageArrived(String topic, MqttMessage mqttMessage) throws Exception {
System.out.println(“messageArrived:”+mqttMessage.toString());
System.out.println(topic);
System.out.println(mqttMessage.toString());
try {
JSONTokener jsonParser = new JSONTokener(mqttMessage.toString());
JSONObject person = (JSONObject) jsonParser.nextValue();
temperature = person.getDouble(“temperature”);
humidity = person.getDouble(“humidity”);
light = person.getDouble(“light”);
pressure = person.getDouble(“pressure”);
System.out.println(“temperature = ” + temperature);
System.out.println(“humidity = ” + humidity);
runOnUiThread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
temperatureTextView.setText(String.format(“%.1f”, temperature));
humidityTextView.setText(String.format(“%.1f”, humidity));
lightTextView.setText(String.format(“%.1f”, light));
pressureTextView.setText(String.format(“%.1f”, pressure));
}
});
} catch (JSONException ex) {
ex.printStackTrace();
}
}

@Override
public void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken iMqttDeliveryToken) {
System.out.println(“deliveryComplete”);
}
});
sampleClient.connect(connOpts);
sampleClient.subscribe(topic);
} catch(MqttException me) {
System.out.println(“reason “+me.getReasonCode());
System.out.println(“msg “+me.getMessage());
System.out.println(“loc “+me.getLocalizedMessage());
System.out.println(“cause “+me.getCause());
System.out.println(“excep “+me);
me.printStackTrace();
}
}
}

3 实测效果
1，单片机端定时更新传感器数据，手机端也会同步更新；
2，手机端点击4个LED控制的按钮，板子上也会点亮或者熄灭对应的LED；

4 源码下载

4.1 STM32端源码下载
 MQTT_STM32_W5500.rar
4.2 手机端源码下载
 MQTT_Android.rar
4.3 手机端apk下载
 stm32_w5500_mqtt_app.rar