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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
物联网平台: 腾讯IOT物联网物联网平台。腾讯的物联网平台比起其他厂家的物联网平台更加有优势，腾讯物联网平台可以将数据推到微信小程序上，用户可以直接使用小程序绑定设备，完成与设备之间交互，现在用户基本都会使用微信，所以使用起来非常方便。
本文章配套使用的STM32设备端完整源代码下载地址: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/18785807
STM32+ESP8266使用MQTT协议连接OneNET 中国移动物联网开发平台：https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/107385118
STM32+ESP8266使用MQTT协议连接阿里云物联网开发平台：https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/107311897
二、功能介绍
本文章接下会介绍如何在腾讯物联网平台上创建设备、配置设备、推送到微信小程序、并编写STM32设备端代码，使用ESP8266联网登录腾讯物联网平台，完成数据交互。
功能: STM32采集环境温度、湿度、光照强度实时上传至物联网平台，在微信小程序页面上，用户可以实时查看这些数据，并且可以通过界面上的按钮控制设备端的电机、LED灯的开关，完成数据上传和远程控制。
说明: STM32设备端所有代码均有自己全部编写，没有使用任何厂家的SDK，MQTT协议也是参考MQTT官方文档编写；ESP8266也没有使用任何专用固件，所以代码的移植性非常高。 任何能够联网的设备都可以参考本篇文章代码连接腾讯物联网平台，达到相同的效果。
三、登录腾讯物联网平台创建设备
腾讯云官网: https://cloud.tencent.com/
下面是手机上的截图：操作过程
现在设备是离线状态,是无法查看的，接下来就使用MQTT客户端模拟设备，登录测试。
四、使用MQTT客户端模拟设备--测试
4.1 下载MQTT客户端
MQTT客户端可执行文件下载地址(.exe): https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/18784012
这个MQTT客户端采用QT开发，如果需要了解它的源码，请看这里： https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/116779490
4.2 查看物联网平台端口号与域名(IP地址)
官方文档: https://cloud.tencent.com/document/product/634/32546
通过这里得到信息: 如果是广州域的设备(其实哪里都一样,只是服务器距离的远近)，就填入 <产品ID>.iotcloud.tencentdevices.com ，端口号是 1883(这是密匙认证的端口号，如果是证书认证就是另一个)。
查看产品ID的方法：
得打产品ID之后，那么要连接我的设备，域名就填: 8O76VHCU7Y.iotcloud.tencentdevices.com 端口就填: 1883
由于我的测试用的MQTT客户端不支持域名输入，只支持IP地址输入，所有我这里需要先将域名转为IP地址在进行下面的测试，ESP8266内部支持域名解析的，所有可以直接输入域名即可，不需要做这一步。
在线解析域名的网址： https://site.ip138.com/8O76VHCU7Y.iotcloud.tencentdevices.com/
得到广州腾讯云的IP地址为: 106.55.124.154
4.3 生成MQTT登录参数
就像我们登录QQ、登录微信需要账号密码一样，设备登录物联网平台也需要类似的东西。
官方文档地址： https://cloud.tencent.com/document/product/634/32546
上面需要的参数，在设备调试页面，点击具体的设备进行查看：
Python源代码：
#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
import base64
import hashlib
import hmac
import random
import string
import time
import sys
# 生成指定长度的随机字符串
def RandomConnid(length):
return ''.join(random.choice(string.ascii_uppercase + string.digits) for _ in range(length))
# 生成接入物联网通信平台需要的各参数
def IotHmac(productID, devicename, devicePsk):
# 1. 生成 connid 为一个随机字符串，方便后台定位问题
connid = RandomConnid(5)
# 2. 生成过期时间，表示签名的过期时间,从纪元1970年1月1日 00:00:00 UTC 时间至今秒数的 UTF8 字符串
expiry = int(time.time()) + 30*24*60 * 60
# 3. 生成 MQTT 的 clientid 部分, 格式为 ${productid}${devicename}
clientid = "{}{}".format(productID, devicename)
# 4. 生成 MQTT 的 username 部分, 格式为 ${clientid};${sdkappid};${connid};${expiry}
username = "{};12010126;{};{}".format(clientid, connid, expiry)
# 5. 对 username 进行签名，生成token
secret_key = devicePsk.encode('utf-8') # convert to bytes
data_to_sign = username.encode('utf-8') # convert to bytes
secret_key = base64.b64decode(secret_key) # this is still bytes
token = hmac.new(secret_key, data_to_sign, digestmod=hashlib.sha256).hexdigest()
# 6. 根据物联网通信平台规则生成 password 字段
password = "{};{}".format(token, "hmacsha256")
return {
"clientid" : clientid,
"username" : username,
"password" : password
}
if __name__ == '__main__':
# 参数分别填入: 产品ID,设备名称,设备密匙
print(IotHmac("8O76VHCU7Y","SmartAgriculture","OHXqYLklNBU4xLqqoZbXMQ=="))
得到的登录信息如下：
clientid: 8O76VHCU7YSmartAgriculture
username: 8O76VHCU7YSmartAgriculture;12010126;J4MCD;1623766532
password: a962b484079864239148b255281d54372aa66247aa8d6259d11aa6fef650fd5b;hmacsha256
4.4 了解主题上报和订阅的格式
登录之前需要先了解如何订阅设备的主题和上报的数据流格式。
如果设备端想要得到APP页面的按钮状态就需要订阅属性下发和属性上报的响应，主题格式就是这样的：
格式:
$thing/down/property/8O76VHCU7Y/设备名称
示例:
$thing/down/property/8O76VHCU7Y/SmartAgriculture如果设备端想要像APP页面上传数据，那么就需要使用属性上报--发布主题：
格式:
$thing/up/property/8O76VHCU7Y/${deviceName}
示例:
$thing/up/property/8O76VHCU7Y/SmartAgriculture
设备端向APP页面上报属性时，需要上传具体的数据，数据流的格式如下：
官方文档: https://cloud.tencent.com/document/product/1081/34916
比如： 我的产品里有温度、湿度、电机三个设备，我可以选择一次上传3个设备的信息，数据格式就这样写：
{"method":"report","clientToken":"123","params":{"temperature":20.23,"humidity":50,"Motor":1}}
其中: "temperature"、"humidity"、"Motor" 是设备的标识符，根据自己的情况修改，冒号后面就是给这个设备上传的具体数据。
4.5 使用MQTT客户端登录设备测试
万事俱备，下面就使用MQTT客户端进行登录测试。
MQTT客户端操作步骤：
1. 填写相关参数
2. 点击登录
3. 订阅主题
4. 发布主题
5. 去APP页面查看信息
4.6 微信小程序效果
已经收到MQTT客户端上传的数据，点击按钮，MQTT客户端也会收到按钮下发的数据。
五、STM32设备端代码
本文章配套使用的STM32设备端完整源代码下载地址: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/18785807
5.1 下载程序
5.2 连接状态
STM32设备上按下按键后，手机打开微信小程序可以看到实时上传的数据，速度非常快。
5.3 main.c文件
#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include <string.h>
#include "timer.h"
#include "bluetooth.h"
#include "esp8266.h"
#include "mqtt.h"
//腾讯物联网服务器的设备信息
#define MQTT_ClientID "8O76VHCU7YSmartAgriculture"
#define MQTT_UserName "8O76VHCU7YSmartAgriculture;12010126;J4MCD;1623766532"
#define MQTT_PassWord "a962b484079864239148b255281d54372aa66247aa8d6259d11aa6fef650fd5b;hmacsha256"
//订阅与发布的主题
#define SET_TOPIC "$thing/down/property/8O76VHCU7Y/SmartAgriculture" //订阅
#define POST_TOPIC "$thing/up/property/8O76VHCU7Y/SmartAgriculture" //发布
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
{
//加密端口
//USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode("OnePlus5T","1126626497","183.230.40.16",8883,1));
//非加密端口
USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode("CMCC-Cqvn","99pu58cb","106.55.124.154",1883,1));
}
//2. MQTT协议初始化
MQTT_Init();
//3. 连接OneNet服务器
while(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord))
{
USART1_Printf("服务器连接失败,正在重试...\n");
delay_ms(500);
}
USART1_Printf("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\":\"report\",\"clientToken\":\"123\",\"params\":{\"temperature\":20.23,\"humidity\":50,\"Motor\":1}}");
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\":\"report\",\"clientToken\":\"123\",\"params\":{\"temperature\":10.23,\"humidity\":60,\"Motor\":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;
}
}
}
5.4 mqtt.c
#include "mqtt.h"
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};
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 对于 3.1.1 版协议，协议级别字段的值是 4(0x04)
//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 保活时间
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]) //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++] = 0x0A; //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)
{
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]) //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);
}
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