STM32+ESP8266+MQTT 協議連線 OneNet 物聯網平臺

語言: CN / TW / HK
時間 2022-08-07 12:19:16

一、環境介紹

微控制器採用：STM32F103C8T6

上網方式：採用 ESP8266，也可以使用其他裝置代替，只要支援 TCP 協議即可。比如：GSM 模組、有線網絡卡等。

開發軟體：keil5

硬體連線功能：ESP8266 接在 STM32 的串列埠 3 上。通過 AT 指令與 ESP8266 進行通訊。

二、功能介紹

2.1 功能說明

通過 OneNet 物聯網伺服器實現裝置資料遠端上傳、下發，實現資料互動(不清楚 OneNet 物聯網伺服器功能的可以百度一下進入官網看簡介)。之前的 OneNet 伺服器不支援標準 MQTT 協議登入的，現在官網更新之後支援標準的 MQTT 協議，本篇文章介紹使用 STM32+ESP8266 使用標準 MQTT 協議登入 Onenet 伺服器，實現資料互動。實現步驟 OneNet 官方提供了很詳細的文件，可以參考一下。

文件地址： https://open.iot.10086.cn/devdoc/

2.2 硬體資源

在當前使用的開發板上有 4 盞 LED 燈、一個蜂鳴器、4 個按鍵，ESP8266 型號是 ESP-12F，STM32 型號是：STM32F103C8T6。

三、OneNet 支援的 MQTT 協議版本

目前 OneNet 伺服器支援 MQTT 3.1.1 版本，MQTT 協議官網: http://mqtt.org/?spm=a2c4g.11186623.2.11.19083f86gxhJ7h

報文支援情況: 支援 connect、subscribe、publish、ping、unsubscribe、disconnect 等報文，不支援 pubrec、pubrel、pubcomp 報文。

四、登入 OneNet 伺服器建立物聯網產品

沒有註冊賬號的，需要提前登入官網註冊賬號，再進入下面步驟：

這裡根據自己產品情況填寫。

產品建立成功之後，點選產品名稱，跳轉頁面，繼續新增裝置。

下面選擇儀表盤的資料來源，根據自己建立的資料點選擇。

建立一個文字控制元件，顯示資料點更新的時間，方便除錯。

OneNte 有手機版本的 APP,登入之後也可以看到該頁面。

下載地址： https://open.iot.10086.cn/doc/book/device-develop/multpro/sdk-doc-tool/APP.html

下面是手機上登入 APP 看到的介面效果：

五、OneNet 伺服器 MQTT 登入地址與訂閱主題相關格式介紹

官網介紹文件地址: https://open.iot.10086.cn/doc/mqtt/book/get-start/connect.html

5.1 MQTT 伺服器登入地址

目前 MQTT 協議支援兩個 IP 地址和埠號，一個需要加密、一個不需要加密。

注意：微控制器上移植加密演算法很麻煩，這裡採用不需要加密的埠。(IP 地址: 183.230.40.96 埠: 1883)

5.2 MQTT 登入的：裝置 ID、使用者名稱稱、密碼 格式引數

上面圖片裡說明了，OneNet 的裝置引數與標準 MQTT 協議的登入引數對應關係。 OneNet 的裝置引數，在裝置頁面可以去檢視。

登入密碼生成看下面步驟：

注意：該工具在 win10 系統執行可能會提示非信任程式，點選任要執行即可。

下面是生成 MQTT 登入密匙的工具使用示例。

注意：工具中填的引數說明請看文件介紹。

res 選項引數的格式： products/{產品 ID}/devices/{裝置名稱}

et 是設定 token 過期時間：算出 1970-1-1 到你想要設定的到期時間，單位是秒，填入即可。

比如： 超時時間設定為 2020-07-20 ,那麼，這裡填入的秒就是：1970-1-1 到 2020-07-20 之間的秒單位時間。

Linux 下程式碼：

#include <stdio.h>#include <time.h> #include <time.h>
int main(){    time_t time_sec;    time_sec=time(NULL);  //當前的秒單位時間--UTC時間  printf("當前時間(秒):%ld\n",time_sec);  printf("加30天的時間(秒):%ld\n",time_sec+30*24*60*60);  return 0;}

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key 的引數格式： 就是裝置建立之後，在裝置詳情頁的 key

工具生成的結果值，直接當做 MQTT 登入的密碼。

5.3 主題訂閱格式

文件地址： https://open.iot.10086.cn/doc/mqtt/book/device-develop/protocol.html

5.4 裝置保活時間

5.5 向伺服器傳資料點

六、核心程式碼

6.1 matt.c 程式碼

#include "mqtt.h"
u8 *mqtt_rxbuf;u8 *mqtt_txbuf;u16 mqtt_rxlen;u16 mqtt_txlen;u8 _mqtt_txbuf[256];//傳送資料快取區u8 _mqtt_rxbuf[256];//接收資料快取區
typedef enum{  //名字       值       報文流動方向   描述  M_RESERVED1  =0  ,  //  禁止  保留  M_CONNECT    ,  //  客戶端到服務端  客戶端請求連線服務端  M_CONNACK    ,  //  服務端到客戶端  連線報文確認  M_PUBLISH    ,  //  兩個方向都允許  釋出訊息  M_PUBACK    ,  //  兩個方向都允許  QoS 1訊息釋出收到確認  M_PUBREC    ,  //  兩個方向都允許  釋出收到（保證交付第一步）  M_PUBREL    ,  //  兩個方向都允許  釋出釋放（保證交付第二步）  M_PUBCOMP    ,  //  兩個方向都允許  QoS 2訊息釋出完成（保證互動第三步）  M_SUBSCRIBE    ,  //  客戶端到服務端  客戶端訂閱請求  M_SUBACK    ,  //  服務端到客戶端  訂閱請求報文確認  M_UNSUBSCRIBE  ,  //  客戶端到服務端  客戶端取消訂閱請求  M_UNSUBACK    ,  //  服務端到客戶端  取消訂閱報文確認  M_PINGREQ    ,  //  客戶端到服務端  心跳請求  M_PINGRESP    ,  //  服務端到客戶端  心跳響應  M_DISCONNECT  ,  //  客戶端到服務端  客戶端斷開連線  M_RESERVED2    ,  //  禁止  保留}_typdef_mqtt_message;
//連線成功伺服器迴應 20 02 00 00//客戶端主動斷開連線 e0 00const 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};
void MQTT_Init(void){    //緩衝區賦值  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);    //無條件先主動斷開  MQTT_Disconnect();    delay_ms(100);  MQTT_Disconnect();    delay_ms(100);}
/*函式功能: 登入伺服器函式返回值: 0表示成功 1表示失敗*/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;  //可變報頭+Payload  每個欄位包含兩個位元組的長度標識    DataLen = 10 + (ClientIDLen+2) + (UsernameLen+2) + (PasswordLen+2);    //固定報頭  //控制報文型別    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x10;    //MQTT Message Type CONNECT  //剩餘長度(不包括固定頭部)  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 );        //可變報頭  //協議名    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      //協議級別    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4;            // MQTT Protocol version = 4   對於 3.1.1 版協議，協議級別欄位的值是 4(0x04)     //連線標誌    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    保活時間      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;     }            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)        {            memcpy((char *)mqtt_rxbuf,USART3_RX_BUFFER,USART3_RX_CNT);                        //memcpy                        for(i=0;i<USART3_RX_CNT;i++)USART1_Printf("%#x ",USART3_RX_BUFFER[i]);                        USART3_RX_FLAG=0;            USART3_RX_CNT=0;        }        //CONNECT        if(mqtt_rxbuf[0]==parket_connetAck[0] && mqtt_rxbuf[1]==parket_connetAck[1]) //連線成功                 {            return 0;//連線成功        }    }      return 1;}
/*函式功能: MQTT訂閱/取消訂閱資料打包函式函式引數:    topic       主題       qos         訊息等級 0:最多分發一次  1: 至少分發一次  2: 僅分發一次    whether     訂閱/取消訂閱請求包 (1表示訂閱,0表示取消訂閱)返回值: 0表示成功 1表示失敗*/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);//可變報頭的長度（2位元組）加上有效載荷的長度  //固定報頭  //控制報文型別    if(whether)mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x82; //訊息型別和標誌訂閱    else  mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xA2;    //取消訂閱
  //剩餘長度  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 );      //可變報頭    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;      //訊息識別符號 MSB    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x0A;        //訊息識別符號 LSB  //有效載荷    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topiclen);//主題長度 MSB    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topiclen);//主題長度 LSB     memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],topic,topiclen);    mqtt_txlen += topiclen;        if(whether)    {       mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = qos;//QoS級別    }        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)      {                memcpy((char *)mqtt_rxbuf,(char*)USART3_RX_BUFFER,USART3_RX_CNT);        USART3_RX_FLAG=0;        USART3_RX_CNT=0;      }            if(mqtt_rxbuf[0]==parket_subAck[0] && mqtt_rxbuf[1]==parket_subAck[1]) //訂閱成功               {        return 0;//訂閱成功      }        }    }  return 1; //失敗}
//MQTT釋出資料打包函式//topic   主題 //message 訊息//qos     訊息等級 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;  //有效載荷的長度這樣計算：用固定報頭中的剩餘長度欄位的值減去可變報頭的長度  //QOS為0時沒有識別符號  //資料長度             主題名   報文識別符號   有效載荷    if(qos)  DataLen = (2+topicLength) + 2 + messageLength;           else  DataLen = (2+topicLength) + messageLength;   
    //固定報頭  //控制報文型別    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x30;    // MQTT Message Type PUBLISH  
  //剩餘長度  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);//主題長度MSB    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topicLength);//主題長度LSB   memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],topic,topicLength);//拷貝主題    mqtt_txlen += topicLength;          //報文識別符號    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);}

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6.2 mqtt.h 程式碼

#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))    //使用者名稱初始化void OneNet_LoginInit(char *ProductKey,char *DeviceName,char *DeviceSecret);//MQTT協議相關函式宣告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

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6.3 main.c 主函式程式碼

#include "stm32f10x.h"#include "led.h"#include "delay.h"#include "key.h"#include "usart.h"#include <string.h>#include "timer.h"#include "esp8266.h"#include "mqtt.h"
/*序號  符號  編碼1  +  %2B2  空格%203  /  %2F4  ?  %3F5  %  %256  #  %237  &  %268  =  %3D*/
//OneNet物聯網伺服器的裝置資訊#define MQTT_ClientID "mq2"#define MQTT_UserName "361594"
#define MQTT_PassWord "version=2018-10-31&res=products%2F361594%2Fdevices%2Fmq2&et=1597492895&method=sha1&sign=uqvA0KkjXw0FlN01aT6fWrGBLGw%3D"
//訂閱與釋出的主題//格式：$sys/{產品ID}/{裝置名稱}/##define SET_TOPIC  "$sys/361594/mq2/#"  //訂閱裝置所有資訊
//格式: $sys/{產品ID}/{裝置名稱}/dp/post/json#define POST_TOPIC "$sys/361594/mq2/dp/post/json"  //釋出
char mqtt_message[200];//上報資料快取區
int main(){   u32 time_cnt=0;   u32 i;   u8 key;   LED_Init();   BEEP_Init();   KEY_Init();   USART1_Init(115200);   TIMER1_Init(72,20000); //超時時間20ms   USART3_Init(115200);//串列埠-WIFI   TIMER3_Init(72,20000); //超時時間20ms   USART1_Printf("正在初始化WIFI請稍等.\n");   if(ESP8266_Init())   {      USART1_Printf("ESP8266硬體檢測錯誤.\n");     }   else   {      //加密埠      //USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode("OnePlus5T","1126626497","183.230.40.16",8883,1));            //非加密埠      USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode("OnePlus5T","1126626497","183.230.40.96",1883,1));     }       //2. MQTT協議初始化      MQTT_Init();     //3. 連線OneNet伺服器            while(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord))    {        USART1_Printf("OneNet伺服器連線失敗,正在重試...\n");        delay_ms(500);    }    USART1_Printf("OneNet伺服器連線成功.\n");        //3. 訂閱主題    if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1))    {        USART1_Printf("主題訂閱失敗.\n");    }    else    {        USART1_Printf("主題訂閱成功.\n");    }                while(1)    {            key=KEY_Scan(0);        if(key==2)        {            time_cnt=0;            sprintf(mqtt_message,"{\"id\":1,\"dp\":{\"mq2\":[{\"v\":50}]}}");            MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0);            USART1_Printf("傳送狀態1\r\n");        }        else if(key==3)        {            time_cnt=0;            sprintf(mqtt_message,"{\"id\":1,\"dp\":{\"mq2\":[{\"v\":80}]}}");            MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0);            USART1_Printf("傳送狀態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;        }
        //定時傳送心跳包,保持連線        delay_ms(10);        time_cnt++;        if(time_cnt==500)        {            MQTT_SentHeart();//傳送心跳包            time_cnt=0;        }    }}

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七、裝置登入執行效果

登入成功之後，網頁會顯示線上狀態。

按下開發按鍵上傳煙霧資料到伺服器效果：

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