STM32 ES8266上阿里云IOT MQTT实践【第七章】：ESP8266+MQTT上阿里云物联网平台实践

课程大纲

【第一章】：物联网简介（什么是物联网）
【第二章】：物联网十大应用场景
【第三章】：什么是MCU？
【第四章】：MCU的应用范围
【第五章】：我们要怎么入门MCU开发？
【第六章】：如何使用STM32Cube MX进行STM32的快速开发
【第七章】：ESP8266+MQTT上阿里云物联网平台实践（附源码）

STM32CubeMX AT指令实现MQTT协议并接入阿里云IOT平台 源码解析
CSDN源代码下载
Github源代码下载

7. 实践：STM32使用ESP8266+MQTT上阿里云物联网平台实践

7.1 项目整体介绍

7.1.1 硬件资源

• STM32F429IGT6开发板：核心
• ST-Link下载器：下载程序用
• USB转232串口线：串口通信，调试用
• USB供电线：给开发板供电
• DHT11温湿度模块：采集环境温湿度
• ATK-ESP8266：联网上传数据

7.1.2 软件资源

• 串口调试助手（调试用）

7.1.3 其它资源

• STM32F429IGT6开发板原理图
• DHT11温湿度传感器编程手册
• ATK-ESP8266编程手册
• ESP8266样例程序
• 阿里云MQTT样例程序

7.2 新建工程

• 选择通过选择MCU创建工程

• 选择芯片

• 建立成功

7.3 基础工程配置

7.3.1 时钟配置

• 高速时钟：选择外部晶振

• 高速时钟选择Crystal/Ceramic Resonator

在用cube配置时钟时，有下面两个选项
BYPASS Clock Source（旁路时钟源）
Crystal/Ceramic Resonator（晶体/陶瓷晶振）
下面来解释一下：
所谓HSE旁路时钟源，是指无需使用外部晶体时所需的芯片内部时钟驱动组件，直接从外界导入时钟信号。犹如芯片内部的驱动组件被旁路了。
外部晶体/陶瓷谐振器(HSE晶体)模式该时钟源是由外部无源晶体与MCU内部时钟驱动电路共同配合形成，有一定的启动时间，精度较高。

• 配置时钟为180MHz

7.3.2 下载接口设置，设置为串行下载

7.3.3 LED灯配置

• 查看原理图

  LED_R——PH10 红灯

  LED_G——PH11 绿灯

  LED_B——PH12 蓝灯

  低电平有效，IO口要设置为推挽输出，上拉

• 工程配置

  • 选择引脚设置为GPIO_Ooutput

  • 配置标签 LED_R LED_G LED_B,方便工程直接调用

  • 

  • 设置上下拉

  • 

7.3.4 按键输入中断设置

• 查看原理图
• 
• 工程设置
• 
• 
• 
• 设置中断等级，不能太高
• 
• 

7.3.5 调试串口设置

• 查看开发板原理图,找到RS232

• 修改跳帽方向

• 串口参数配置

• 修改PD5为USART2_TX

• 修改PD6为USART2_RX

• PA2 PA3自动取消定义

7.3.6 ES8266串口设置

7.3.7 DHT11数据采集IO

7.3.8 工程概览

7.4 生成并验证工程

7.4.1 生成工程

• 点击Project Manager并设置工程

• 勾选上单独生成.c.h文件

• 点击生成工程

• 查看工程
  • 平台已经自动生成USART1、USART2驱动和GPIO驱动
  • 用户只用专注于程序逻辑代码，实现快速开发

7.4.2 编写USART2串口调试验证代码

• 在文件usart.h中引入标准库stdio.h（里面包含printf）

#include "stdio.h"

• 在文件usart.c中添加printf重定向函数

// 重定向printf函数
int fputc(int ch,FILE *f)
{
    uint8_t temp[1]={ch};
    HAL_UART_Transmit(&huart2,temp,1,2);
	return 0;
}

• 为了方便调试，在main.c中加入以下宏定义

#define USER_MAIN_DEBUG

#ifdef USER_MAIN_DEBUG
#define user_main_printf(format, ...) printf( format "\r\n",##__VA_ARGS__)
#define user_main_info(format, ...) printf("【main】info:" format "\r\n",##__VA_ARGS__)
#define user_main_debug(format, ...) printf("【main】debug:" format "\r\n",##__VA_ARGS__)
#define user_main_error(format, ...) printf("【main】error:" format "\r\n",##__VA_ARGS__)
#else
#define user_main_printf(format, ...)
#define user_main_info(format, ...)
#define user_main_debug(format, ...)
#define user_main_error(format, ...)
#endif

• 在主函数while(1)循环中添加以下测试代码

user_main_debug("我是USART2测试代码！\n");
HAL_Delay(1000);

• 设置下载后自动运行，编译运行，连接串口调试助手，观察现象

• 测试成功！！

7.4.3 编写三色灯测试代码

• 在main.c 主循环添加以下测试代码

//红灯亮，其它灭
HAL_GPIO_WritePin(LED_R_GPIO_Port,LED_R_Pin,GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(LED_G_GPIO_Port,LED_G_Pin,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(LED_B_GPIO_Port,LED_B_Pin,GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay(500);
//绿灯亮，其它灭
HAL_GPIO_WritePin(LED_R_GPIO_Port,LED_R_Pin,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(LED_G_GPIO_Port,LED_G_Pin,GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(LED_B_GPIO_Port,LED_B_Pin,GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay(500);
//蓝灯亮，其它灭
HAL_GPIO_WritePin(LED_R_GPIO_Port,LED_R_Pin,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(LED_G_GPIO_Port,LED_G_Pin,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(LED_B_GPIO_Port,LED_B_Pin,GPIO_PIN_RESET);
HAL_Delay(500);

• 观察LED灯，间隔500ms依次闪烁红、绿、蓝

图片！！

• 测试成功！！

7.4.4 编写按键中断测试代码

• 在main.c 底部添加以下测试代码

/******************************  按键中断测试代码  *****************************/

//KEY1按下动作执行函数
void KEY1_Pressed(void)
{
	user_main_debug("我按下了KEY_1\r\n");
}

//KEY2按下动作执行函数
void KEY2_Pressed(void)
{
	user_main_debug("我按下了KEY_2\r\n");
}

//按键中断处理函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    switch(GPIO_Pin)  
    {  
        case KEY_1_Pin:KEY1_Pressed();break;  
        case KEY_2_Pin:KEY2_Pressed();break;   
        default:break;  
    }  
}

• 编译运行，分别按下按键，观察串口助手

• 测试成功！！

工程验证成功！！

7.5 移植DHT11温湿度传感器驱动程序

7.5.1 利用TIM1实现us级延时（编写DHT11驱动时会用）

• 首先去工程中设置定时器1

  

• 重新生成工程，来到tim.c，在/* USER CODE BEGIN 1 */中添加以下代码

//使用定时器1来做us级延时函数,温湿度传感器用,量程0-6553us
void TIM1_Delay_us(uint16_t n_us)
{
	__HAL_TIM_SetCounter(&htim1, 0);//htim1

	/* 开启定时器1计数 */
	__HAL_TIM_ENABLE(&htim1);

	while(__HAL_TIM_GetCounter(&htim1) < (10 * n_us));//计数频率10MHz,10次即为1us
	/* Disable the Peripheral */
	__HAL_TIM_DISABLE(&htim1);
}

• 在tim.h中添加函数定义

void TIM1_Delay_us(uint16_t n_us);

• 到此，自定义us级延时函数添加完毕，在main.c 主循环中添加以下测试代码

// 自定义us级延时函数测试
static uint16_t tim1_test;

//延时1000个1ms
for(tim1_test = 0;tim1_test<1000;tim1_test++)
{
    //延时1ms
    TIM1_Delay_us(1000);
}
user_main_debug("我是us级延时函数测试代码，1s打印一次！\n");

• 观察串口打印，非常精确比自带的HAL_Delay还准！！

7.5.2 添加DHT11驱动文件到工程中

• 来到工程目录下，添加BSP文件夹

• 将事先准备好的DHT11驱动文件夹拷贝进去

• 里面包含这两个文件

• Keil工程添加工程文件

• 添加头文件地址

7.5.3 修改驱动.c .h程序文件

• 修改文件 “hal_temp_hum.c"

• 修改文件 “hal_temp_hum.h"

• 在main.c 中引入头文件"hal_temp_hum.h"

#include "hal_temp_hum.h"

• 在main.c KEY1_Pressed函数中添加以下测试代码

//KEY1按下动作执行函数
void KEY1_Pressed(void)
{
    user_main_debug("按下KEY_1\r\n");
    
	uint8_t temperature;
	uint8_t humidity;
	uint8_t get_times;

	// 获取温湿度信息并用串口打印,获取十次，直到成功跳出
	for(get_times=0;get_times<10;get_times++)
	{
		if(!dht11Read(&temperature, &humidity))//Read DHT11 Value
		{
				user_main_info("temperature=%d,humidity=%d \n",temperature,humidity);
				break;
		}
	}
}

• 编译，下载运行，按下KEY_1，观察串口现象

• 成功！！

7.6 移植ESP8266 AT指令WIFI驱动模块

7.6.1 连接硬件

7.6.2 添加ESP8266串口驱动文件到工程中

• 与DHT11一样，将ESP8266驱动文件放到BSP目录下

• 工程中加入文件

• 添加头文件路径

• 在main.c中引入头文件

#include "esp8266_at.h"

7.6.3 驱动程序分析

• 直接看代码~

7.6.4 测试ESP8266驱动程序

• 添加WIFI热点宏定义

//此处根据自己的wifi作调整
#define WIFI_NAME "HappyOneDay"
#define WIFI_PASSWD "1234567890"

• 在KEY1_Pressed函数中添加测试代码

//KEY1按下动作执行函数
void KEY1_Pressed(void)
{
	user_main_debug("我按下了KEY_1\r\n");

	/* ESP8266测试代码 */
	uint8_t status=0;
	//初始化
	if(ESP8266_Init())
	{
		user_main_info("ESP8266初始化成功！\r\n");
		status++;
	}

	//连接热点
	if(status==1)
	{
		if(ESP8266_ConnectAP(WIFI_NAME,WIFI_PASSWD))
		{
			user_main_info("ESP8266连接热点成功！\r\n");
			status++;
		}
	}
}

• 编译，烧录运行，按下KEY_1 观察现象

• 测试成功！！

7.7 移植MQTT驱动

7.7.1 添加驱动文件到工程中

• 将驱动赋值到BSP文件目录下

• 将文件加入工程

• 添加头文件路径

7.7.2 使能USART1接收中断，添加接收函数

• 打开中断

• 优先级修改为3

• 生成工程，在main.c中/* USER CODE BEGIN 2 */处添加以下代码

//开启USART1接收中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,usart1_rxone,1);

• 在在main.c中/* USER CODE BEGIN 4 */处添加以下代码（为了接收服务器的响应）

//USART1 ES8266驱动串口接收中断处理函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if(huart->Instance == USART1)	// 判断是由哪个串口触发的中断
	{
		//将接收到的数据放入接收usart1接收数组
		usart1_rxbuf[usart1_rxcounter] = usart1_rxone[0];
		usart1_rxcounter++;	//接收数量＋1
		
		//重新使能串口1接收中断
		HAL_UART_Receive_IT(&huart1,usart1_rxone,1);		
	}
}

7.7.3 在main.c中引入头文件，测试代码

• 引入头文件

#include "esp8266_mqtt.h"

• 使用我一开始配置好的阿里云IOT进行测试，怎么配置稍后介绍

//此处是阿里云服务器的登陆配置
#define MQTT_BROKERADDRESS "a1lAoazdH1w.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com"
#define MQTT_CLIENTID "00001|securemode=3,signmethod=hmacsha1|"
#define MQTT_USARNAME "BZL01&a1lAoazdH1w"
#define MQTT_PASSWD "51A5BB10306E976D6C980F73037F2D9496D2813A"
#define	MQTT_PUBLISH_TOPIC "/sys/a1lAoazdH1w/BZL01/thing/event/property/post"
#define MQTT_SUBSCRIBE_TOPIC "/sys/a1lAoazdH1w/BZL01/thing/service/property/set"

• 添加error报错函数

//进入错误模式等待手动重启
void Enter_ErrorMode(uint8_t mode)
{
	HAL_GPIO_WritePin(LED_G_GPIO_Port,LED_G_Pin,GPIO_PIN_SET);
	while(1)
	{
		switch(mode){
			case 0:user_main_error("ESP8266初始化失败！\r\n");break;
			case 1:user_main_error("ESP8266连接热点失败！\r\n");break;
			case 2:user_main_error("ESP8266连接阿里云服务器失败！\r\n");break;
			case 3:user_main_error("ESP8266阿里云MQTT登陆失败！\r\n");break;
			case 4:user_main_error("ESP8266阿里云MQTT订阅主题失败！\r\n");break;
			default:user_main_info("Nothing\r\n");break;
		}
		user_main_info("请重启开发板");
		//HAL_GPIO_TogglePin(LED_R_GPIO_Port,LED_R_Pin);
		HAL_Delay(200);
	}
}

• 修改KEY1_Pressed函数

/******************************  按键中断测试代码  *****************************/

//KEY1按下动作执行函数
void KEY1_Pressed(void)
{
	user_main_debug("我按下了KEY_1\r\n");
	
	/* DHT11温湿度传感器测试 */
//	uint8_t temperature;
//	uint8_t humidity;
//	uint8_t get_times;

//	// 获取温湿度信息并用串口打印,获取十次，直到成功跳出
//	for(get_times=0;get_times<10;get_times++)
//	{
//		if(!dht11Read(&temperature, &humidity))//Read DHT11 Value
//		{
//				user_main_info("temperature=%d,humidity=%d \n",temperature,humidity);
//				break;
//		}
//	}
	
	/* ESP8266&MQTT测试代码 */
	uint8_t status=0;

	//初始化
	if(ESP8266_Init())
	{
		user_main_info("ESP8266初始化成功！\r\n");
		status++;
	}
	else Enter_ErrorMode(0);

	//连接热点
	if(status==1)
	{
		if(ESP8266_ConnectAP(WIFI_NAME,WIFI_PASSWD))
		{
			user_main_info("ESP8266连接热点成功！\r\n");
			status++;
		}
		else Enter_ErrorMode(1);
	}
	
	//连接阿里云IOT服务器
	if(status==2)
	{
		if(ESP8266_ConnectServer("TCP",MQTT_BROKERADDRESS,1883)!=0)
		{
			user_main_info("ESP8266连接阿里云服务器成功！\r\n");
			status++;
		}
		else Enter_ErrorMode(2);
	}
	
	//登陆MQTT
	if(status==3)
	{
		if(MQTT_Connect(MQTT_CLIENTID, MQTT_USARNAME, MQTT_PASSWD) != 0)
		{
			user_main_info("ESP8266阿里云MQTT登陆成功！\r\n");
			status++;
		}
		else Enter_ErrorMode(3);
	}

	//订阅主题
	if(status==4)
	{
		if(MQTT_SubscribeTopic(MQTT_SUBSCRIBE_TOPIC,0,1) != 0)
		{
			user_main_info("ESP8266阿里云MQTT订阅主题成功！\r\n");
		}
		else Enter_ErrorMode(4);
	}
}

• 编译，下载运行，按下按键，观察串口打印

• 测试成功！！！

7.8 MQTT协议简单介绍

MQTT中文网：http://mqtt.p2hp.com/

7.9 阿里云物联网平台介绍

官网地址：https://help.aliyun.com/product/30520.html

7.9.1 创建产品

• 点击创建产品

• 按以下格式创建

• 查看产品详情

7.9.2 定义产品功能

• 编辑草稿

• 添加自定义功能

• 添加温度属性

• 添加湿度属性

• 添加红灯控制开关

• 添加绿灯控制开关

• 添加蓝灯控制开关

• 发布上线

7.9.3 添加具体设备

• 添加设备

• 查看设备属性

• 查看设备证书**（关键）**

7.9.4 使用MQTT.fx模拟硬件进行连接

• 使用MQTT.fx接入物联网平台：

https://help.aliyun.com/document_detail/140507.html?spm=a2c4g.11174283.6.565.3a8b16686rXYnj

• MQTT.fx官网:

https://mqttfx.jensd.de/index.php/download?spm=a2c4g.11186623.2.20.17b67908o3uJ8y

此处对应着官方文档进行讲解

参数	说明
Profile Name	输入您的自定义名称。
Profile Type	选择为MQTT Broker。
Broker Address	连接域名。格式：${YourProductKey}.iot-as-mqtt.${region}.aliyuncs.com。其中，${region}需替换为您物联网平台服务所在地域的代码。地域代码，请参见地域和可用区。如：alxxxxxxxxx.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com。
Broker Port	设置为1883。
Client ID	填写mqttClientId，用于MQTT的底层协议报文。格式固定：${clientId}|securemode=3,signmethod=hmacsha1|。完整示例：12345|securemode=3,signmethod=hmacsha1|。其中，${clientId}为设备的ID信息。可取任意值，长度在64字符以内。建议使用设备的MAC地址或SN码。securemode为安全模式，TCP直连模式设置为securemode=3，TLS直连为securemode=2。signmethod为算法类型，支持hmacmd5和hmacsha1。说明 输入Client ID信息后，请勿单击Generate。

地域名称	所在城市	Region ID	可用区数量
华北 1	青岛	cn-qingdao	2
华北 2	北京	cn-beijing	8
华北 3	张家口	cn-zhangjiakou	2
华北 5	呼和浩特	cn-huhehaote	2
华东 1	杭州	cn-hangzhou	8
华东 2	上海	cn-shanghai	6
华南 1	深圳	cn-shenzhen	5
华南 2	河源	cn-heyuan	2
西南 1	成都	cn-chengdu	2

• 示例：

Broker Address：	a1kvAFB5siA.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com
Broker Port：	1883
Client ID：		00001|securemode=3,signmethod=hmacsha1|

参数	说明
User Name	由设备名DeviceName、符号（&）和产品ProductKey组成。固定格式：${YourDeviceName}&${YourPrductKey}。完整示例如：device&alxxxxxxxxx。
Password	密码由参数值拼接加密而成。说明 如果您使用的MQTT.fx版本，在粘贴Password后不显示具体的字符串，只要光标已从输入框的前部移至了后部，则表示粘贴成功，请勿重复粘贴。您可以使用物联网平台提供的生成工具自动生成Password，也可以手动生成Password。单击下载Password生成小工具。解压缩下载包后，双击sign文件，即可使用。使用Password生成小工具的输入参数：productKey：设备所属产品Key。可在控制台设备详情页查看。deviceName：设备名称。可在控制台设备详情页查看。deviceSecret：设备密钥。可在控制台设备详情页查看。timestamp：（可选）时间戳。clientId：设备的ID信息，与Client ID中${clientId}一致。method：选择签名算法类型，与Client ID中signmethod确定的加密方法一致。手动生成方法如下：拼接参数。提交给服务器的clientId、deviceName、productKey和timestamp（timestamp为非必选参数）参数及参数值依次拼接。本例中，clientId值为12345，deviceName值为device，productKey值为alxxxxxxxxx，拼接结果为：clientId12345deviceNamedeviceproductKeyalxxxxxxxxx加密。通过Client ID中确定的加密方法，使用设备deviceSecret，将拼接结果加密。假设设备的deviceSecret值为abc123，加密计算格式为hmacsha1(abc123,clientId12345deviceNamedeviceproductKeyalxxxxxxxxx)

• password生成小工具（一个离线网页）

• 示例：

User Name:	TESTDEVICE01&a1kvAFB5siA
Password:	E18BFBEE7686EC3FBC5EAB10BEB101FD0913CF39

• 填入MQTT.fx，进行测试

• 点击connect

• 连接成功！！！

7.9.5 订阅消息调试

• 来到设备属性，物模型通信Topic

• MQTT.fx订阅/sys/a1kvAFB5siA/TESTDEVICE01/thing/service/property/set

• 订阅消息成功，尝试平台下发消息

• 来到这里进行下发

• 设备成功收到消息

7.9.6 使用MQTT.fx模拟设备进行消息推送

• 推送地址：/sys/a1kvAFB5siA/TESTDEVICE01/thing/event/property/post

• 推送以下json消息

  • 温度：20.0摄氏度
  • 湿度：60%
  • 红灯：开
  • 绿灯：开
  • 蓝灯：关

{
    "method":"thing.service.property.set",
    "id":"354062502",
    "params":{
        "temperature":20.0,
        "humidity":60.0,
        "switch_led_r":1,
        "switch_led_g":1,
        "switch_led_b":0
    },
    "version":"1.0.0"
}

• 来看平台收到的消息日志

• 可视化查看设备上报的数据

• 至此，MQTT.fx调试完成！！！下一步，使用单片机进行该项工作

7.10 STM32 使用MQTT接入阿里云平台过程详解

直接看代码

7.11 STM32传感器数据上传、平台数据下发效果展示

真机演示