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](https://l.gushuji.site/aliyun)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](https://l.gushuji.site/aliyun)IOT平台 源码解析
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目录

• * * 课程大纲 * 7. 实践：STM32使用ESP8266+MQTT上[阿里云](https://l.gushuji.site/aliyun)物联网平台实践 * * 7.1 项目整体介绍 * * 7.1.1 硬件资源 * 7.1.2 软件资源 * 7.1.3 其它资源 * 7.2 新建工程 * 7.3 基础工程配置 * * 7.3.1 时钟配置 * 7.3.2 下载接口设置，设置为串行下载 * 7.3.3 LED灯配置 * 7.3.4 按键输入中断设置 * 7.3.5 调试串口设置 * 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 * 7.4.2 编写USART2串口调试验证代码 * 7.4.3 编写三色灯测试代码 * 7.4.4 编写按键中断测试代码 * 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） * 7.5.2 添加DHT11驱动文件到工程中 * 7.5.3 修改驱动.c .h程序文件 * 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 * 7.6.3 驱动程序分析 * 7.6.4 测试ESP8266驱动程序 * 7.7 移植MQTT驱动 * * 7.7.1 添加驱动文件到工程中 * 7.7.2 使能USART1接收中断，添加接收函数 * 7.7.3 在main.c中引入头文件，测试代码 * 7.8 MQTT协议简单介绍 * 7.9 [阿里云](https://l.gushuji.site/aliyun)物联网平台介绍 * * 7.9.1 创建产品 * 7.9.2 定义产品功能 * 7.9.3 添加具体设备 * 7.9.4 使用MQTT.fx模拟硬件进行连接 * 7.9.5 订阅消息调试 * 7.9.6 使用MQTT.fx模拟设备进行消息推送 * 7.10 STM32 使用MQTT接入[阿里云](https://l.gushuji.site/aliyun)平台过程详解 * 7.11 STM32传感器数据上传、平台数据下发效果展示

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) { uint8t temp[1]={ch}; HALUART_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 USERMAINDEBUG

  ifdef USERMAINDEBUG

  define usermainprintf(format, …) printf( format "\r\n",##VA_ARGS)

  define usermaininfo(format, …) printf("【main】info:" format "\r\n",##VA_ARGS)

  define usermaindebug(format, …) printf("【main】debug:" format "\r\n",##VA_ARGS)

  define usermainerror(format, …) printf("【main】error:" format "\r\n",##VA_ARGS)

  else

  define usermainprintf(format, …)

  define usermaininfo(format, …)

  define usermaindebug(format, …)

  define usermainerror(format, …)

  endif

• 在主函数while(1)循环中添加以下测试代码

  usermaindebug("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 HALGPIOWritePin(LEDRGPIOPort,LEDRPin,GPIOPINRESET); HALGPIOWritePin(LEDGGPIOPort,LEDGPin,GPIOPINSET); HALGPIOWritePin(LEDBGPIOPort,LEDBPin,GPIOPINSET); HALDelay(500); //绿灯亮，其它灭 HALGPIOWritePin(LEDRGPIOPort,LEDRPin,GPIOPINSET); HALGPIOWritePin(LEDGGPIOPort,LEDGPin,GPIOPINRESET); HALGPIOWritePin(LEDBGPIOPort,LEDBPin,GPIOPINSET); HALDelay(500); //蓝灯亮，其它灭 HALGPIOWritePin(LEDRGPIOPort,LEDRPin,GPIOPINSET); HALGPIOWritePin(LEDGGPIOPort,LEDGPin,GPIOPINSET); HALGPIOWritePin(LEDBGPIOPort,LEDBPin,GPIOPINRESET); HALDelay(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 KEY1Pressed(void) { usermaindebug("我按下了KEY1\r\n"); }

  //KEY2按下动作执行函数 void KEY2Pressed(void) { usermaindebug("我按下了KEY2\r\n"); }

  //按键中断处理函数 void HALGPIOEXTICallback(uint16t GPIOPin) { switch(GPIOPin)
  {
  case KEY1Pin:KEY1Pressed();break; case KEY2Pin:KEY2Pressed();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 TIM1Delayus(uint16t nus) { _HALTIM_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 TIM1Delayus(uint16t nus);

• 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 uint16t tim1test;

  //延时1000个1ms for(tim1test = 0;tim1test<1000;tim1test++) { //延时1ms TIM1Delayus(1000); } usermain_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 "haltemphum.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 KEY1Pressed(void) { usermaindebug("按下KEY1\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 KEY1Pressed(void) { usermaindebug("我按下了KEY1\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 HALUARTReceiveIT(&huart1,usart1rxone,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 HALUARTRxCpltCallback(UARTHandleTypeDef *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 usart1rxbuf[usart1rxcounter] = usart1rxone[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 MQTTPUBLISHTOPIC "/sys/a1lAoazdH1w/BZL01/thing/event/property/post"

  define MQTTSUBSCRIBETOPIC "/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 EnterErrorMode(uint8t mode) { HALGPIOWritePin(LEDGGPIOPort,LEDGPin,GPIOPINSET); while(1) { switch(mode){ case 0:usermainerror("ESP8266初始化失败！\r\n");break; case 1:usermainerror("ESP8266连接热点失败！\r\n");break; case 2:usermainerror("ESP8266连接阿里云服务器失败！\r\n");break; case 3:usermainerror("ESP8266阿里云MQTT登陆失败！\r\n");break; case 4:usermainerror("ESP8266阿里云MQTT订阅主题失败！\r\n");break; default:usermaininfo("Nothing\r\n");break; } usermaininfo("请重启开发板"); //HALGPIOTogglePin(LEDRGPIOPort,LEDRPin); 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 KEY1Pressed(void) { usermaindebug("我按下了KEY1\r\n");

  /* DHT11温湿度传感器测试 */
  

  // uint8t temperature; // uint8t humidity; // uint8t gettimes;

  // // 获取温湿度信息并用串口打印,获取十次，直到成功跳出 // for(gettimes=0;gettimes<10;gettimes++) // { // if(!dht11Read(&temperature, &humidity))//Read DHT11 Value // { // usermain_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](https://l.gushuji.site/aliyun)IOT服务器
  if(status==2)
  {
      if(ESP8266_ConnectServer("TCP",MQTT_BROKERADDRESS,1883)!=0)
      {
          user_main_info("ESP8266连接[阿里云](https://l.gushuji.site/aliyun)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](https://l.gushuji.site/aliyun)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](https://l.gushuji.site/aliyun)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, "switchledr":1, "switchledg":1, "switchledb":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