STM32与ESP8266通过MQTT连接腾讯物联网平台并对接微信小程序-开发者社区-阿里云

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);
}

STM32+ESP8266+MQTT协议连接腾讯物联网开发平台

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