一、环境介绍
编程软件: keil5
主控MCU: STM32F103C8T6
WIFI: ESP8266
协议: MQTT
完整项目源码下载地址：https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/19137788
二、前言
这里的 WIFI型号不重要、主控MCU不重要，连接的物联网平台也不重要。
要完成本章节的内容，只要会熟悉某款单片机的编程、了解基本的网络编程，明白MQTT协议、能读懂每个物联网云平台的帮助文档都可以完成最终的效果。
三、功能介绍
前面有几篇内容都介绍了如何使用在腾讯物联网平台创建设备，完成微信小程序与设备进行交互；这些设备代码里的连接的WIFI名称和密码都是固定，只能通过每次修改程序、编译、下载才能更改。一个正常的物联网智能设备，这样操作肯定是不合理的，所以这篇内容就完成如何使用微信小程序一键配网，完成设备的WIFI切换、连接。
现在我们购买的智能设备都有自己的配网方式，比如: 小米的很多设备，小爱音箱，摄像头，扫地机器人等。这些设备买回来之后，用户可以参考说明书，完成对设备的配置，让设备连接上家里的WIFI，完成网络连接。
本次我以智能锁为产品模型，在腾讯物联网平台创建一个设备，使用STM32F103系统板+ESP8266+LED灯完成智能锁产品的模拟开发；用户设备端可以按下指定的按键进入配网模式，打开腾讯官方的微信小程序，扫描产品二维码，根据步骤完成对设备的配网操作。
腾讯物联网支持了好几种配网模式，我这里选择的是“softAP”模式来完成配网操作。
softAP 模式配网的原理介绍： 正常情况下我们买回来的新设备内部是没有我们自己家WIFI的信息的，也就是说这个设备上电之后自己不知道该连接哪一个WIFI；这时我们就需要想办法把我们自己家里的WIFI名称、WIFI密码告诉这个设备，这个设备就可以去连接了。 那问题是怎么去告诉设备这些信息？ 设备一般都有进入配网模式的按钮，进入配网模式之后，会将设备内部的WIFI设置成“softAP”模式，也就是设备自己会创建一个WIFI热点出来并创建UDP服务器监听连接，这时我们打开腾讯官方的微信小程序，按照指引去连接这个WIFI，连上之后，微信小程序会通过UDP协议将WIFI的配置信息传输给设备WIFI，设备WIFI收到之后，再切换模式为STA模式，去连接目标WIFI，连接成功之后，登录云平台，绑定设备，完成配网。 这其中的交互协议，后面再细说。
四、在腾讯云平台上创建智能锁
本章节只会展示几个关键步骤，如果之前没有使用过腾讯物联网云平台可以参考这里学习一遍：https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/116902653
这里可以配置微信小程序的详细参数，配网的设置也这个页面上：
下面进行配网设置：
选择配网模式：
这个页面比较重要，需要将设备进入配网的方法告诉用户，引导用户去操作，完成进入配网模式：
保存之后，打开微信小程序“腾讯连连”，扫描右下角的这个二维码，进行配网，完成设备添加。（一般正常产品，会将这个二维码打印出来，贴在设备上，方便用户扫描）
(提示： 做这一步，要先设计好设备端的程序，设备上电能正常的运行，才能做)
下面是手机上的截图： （根据页面上的提示操作设备）
按下开发板子上的S2进入配网模式：
在串口上也可以看到提示信息。
这时继续操作微信小程序上的步骤，选择设备的WIFI进行连接： 之后在下一个页面会自动等待配网成功(没有截图)，设备配网成功之后会出现提示，这时设备就已经在线了
打开控制台已经看到设备上线了：
这时进入小程序页面，就可以对智能锁进行操作了：
到此，配网已经完成，接下来就介绍设备端的代码。
关于配网的流程，在腾讯官网有详细介绍，看这里：https://cloud.tencent.com/document/product/1081/48404
由于关联代码较多，这里只提供主要的逻辑代码，其他的代码可以自己下载完整源码查看：https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/19137788
main.c 代码：
#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" /* 智能锁(自己的设备) MQTT服务器地址: 106.55.124.154 MQTT服务器端口: 1883 MQTT客户端ID: 3XM7FNOG4Llock MQTT用户名: 3XM7FNOG4Llock;12010126;F8Q4P;1624710719 MQTT登录密码: 5d87e9a5bf8ae6295493c263b91aaebc4311f3e95763efe7f31be76c8578f9ec;hmacsha256 订阅主题: $thing/down/property/3XM7FNOG4L/lock 发布主题: $thing/up/property/3XM7FNOG4L/lock 发布消息: {"method":"report","clientToken":"123","params":{"lock":1}} */ #define SERVER_IP "106.55.124.154"//服务器IP #define SERVER_PORT 1883 //端口号 #define CONNECT_WIFI "_CMCC-Cqvn" //将要连接的路由器名称 --不要出现中文、空格等特殊字符 #define CONNECT_PASS "_99pu58cb" //将要连接的路由器密码 //腾讯物联网服务器的设备信息 #define MQTT_ClientID "3XM7FNOG4Llock" #define MQTT_UserName "3XM7FNOG4Llock;12010126;F8Q4P;1624710719" #define MQTT_PassWord "5d87e9a5bf8ae6295493c263b91aaebc4311f3e95763efe7f31be76c8578f9ec;hmacsha256" //订阅与发布的主题 #define SET_TOPIC "$thing/down/property/3XM7FNOG4L/lock" //订阅 #define POST_TOPIC "$thing/up/property/3XM7FNOG4L/lock" //发布 //微信小程序配网数据订阅与发布 #define SET_WEIXIN_TOPIC "$thing/down/service/3XM7FNOG4L/lock"//订阅 #define POST_WEIXIN_TOPIC "$thing/up/service/3XM7FNOG4L/lock"//发布 char mqtt_message[200];//上报数据缓存区 int main() { u32 time_cnt=0; u32 i; u8 key; u8 stat=0; //1.初始化需要使用的硬件 LED_Init(); BEEP_Init(); KEY_Init(); //2. 初始化串口1(打印调试信息)与串口3(与WIFI通信) USART1_Init(115200); TIMER1_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"); //3. 检测WIFI硬件 while(1) { //如果硬件有问题. 蜂鸣器以300ms的频率报警 if(ESP8266_Init()) { delay_ms(300); BEEP=!BEEP; USART1_Printf("ESP8266硬件检测错误.\n"); } else { BEEP=0; //关闭蜂鸣器 break; //硬件没有问题. 退出检测 } } //4. 上电如果检测到S2按键按下就表示需要进入配网状态 if(KEY_S2) { delay_ms(100); if(KEY_S2) { while(1)//连接服务器 { printf("进入配网模式.....\n"); BEEP=1; delay_ms(100); BEEP=0; //清除之前的WIFI连接信息(连接个无效的WIFI),防止默认连接上 上次的WIFI，导致配网错误 ESP8266_SendCmd("AT+CWJAP=\"666\",\"12345678\"\r\n"); delay_ms(200); stat=Esp8266_STA_TCPclinet_Init((u8 *)SERVER_IP,SERVER_PORT); if(stat==0 || stat==0x80)break; delay_ms(500); printf("stat=%d\r\n",stat); } } else { stat=0xFF; } } else { stat=0xFF; } //连接默认WIFI if(stat==0xFF) { printf("连接默认的WIFI.\n"); //非加密端口 USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode(CONNECT_WIFI,CONNECT_PASS,SERVER_IP,SERVER_PORT,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"); } if(stat==0x80)//进入配网模式需要给微信小程序返回token值 { //订阅微信topic if(MQTT_SubscribeTopic(SET_WEIXIN_TOPIC,0,1))printf("订阅失败\r\n"); //返回平台数据，告知微信连连连接服务器成功 snprintf(mqtt_message,sizeof(mqtt_message),"{\"method\":\"app_bind_token\",\"clientToken\":\"client-1234\",\"params\": {\"token\":\"%s\"}}",esp8266_info.token); MQTT_PublishData(POST_WEIXIN_TOPIC,mqtt_message,0); //Smart_home{"method":"app_bind_token_reply","clientToken":"client-1234","code":0,"status":"success"} 配网成功后微信小程序返回数据 } while(1) { key=KEY_Scan(0); if(key==2) { time_cnt=0; sprintf(mqtt_message,"{\"method\":\"report\",\"clientToken\":\"123\",\"params\":{\"lock\":1}}"); MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0); USART1_Printf("开锁.\r\n"); } else if(key==3) { time_cnt=0; sprintf(mqtt_message,"{\"method\":\"report\",\"clientToken\":\"123\",\"params\":{\"lock\":0}}"); MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0); USART1_Printf("关锁\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]); } //关锁 if(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"\"lock\":0")) { LED4=1; } //开锁 else if(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"\"lock\":1")) { LED4=0; } 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) { LED1=!LED1; MQTT_SentHeart();//发送心跳包 time_cnt=0; } } }
ESP8266的核心代码：
//存放ESP8266的详细信息 struct ESP8266 esp8266_info; /*SoftAP配网*/ u8 ESP8266_SoftAP_MOde(void) { u8 token[]="{\"cmdType\":2,\"productId\":\"3XM7FNOG4L\",\"deviceName\":\"lock\",\"protoVersion\":\"2.0\"}\r\n";//连接状态信息 char *p=NULL; char data[256]; char buff[100]; u8 i=0; u32 time1=0,time2=0; USART3_RX_CNT=0; USART3_RX_FLAG=0; while(1) { if(USART3_RX_FLAG) { USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0'; printf("rx=%s",USART3_RX_BUFFER); //+IPD,97,192.168.4.2,52021:{"cmdType":1,"ssid":"wbyq_wifi","password":"12345678","token":"df4a4c90abee98c9a443ae8ffd8cc16b" p=strstr((char *)USART3_RX_BUFFER,"+IPD"); if(p) { strcpy(data,p);//将接收到的数据拷贝一份保存 p+=strlen("+IPD"); p+=1; while(*p!=',' && *p!='\0')p++; p++;//跳过字符',',获取到IP地址起始位置 i=0; //IP地址解析 while(*p!=',' && *p!='\0') { buff[i++]=*p++; } buff[i]='\0'; strcpy((char *)esp8266_info.esp8266_ip,buff); //端口号解析 p++; i=0; while(*p!=':' && *p!='\0') { buff[i++]=*p++; } buff[i]='\0'; esp8266_info.esp8266_prot=atoi(buff);//字符串转整数 //printf("ip=%s:%d\r\n",esp8266_info.esp8266_ip,esp8266_info.esp8266_prot); printf("ret:%d\r\n",Esp8266_UDP_SendData((u8*)esp8266_info.esp8266_ip,esp8266_info.esp8266_prot,token));//上报连接状态 } ESP8266_GetData(data,(char *)esp8266_info.esp8266_name,"ssid");//WIFI名 ESP8266_GetData(data,(char *)esp8266_info.esp8266_key,"password");//密码 ESP8266_GetData(data,(char *)esp8266_info.token,"token");//token数据，需要返回给平台 printf("wifi_name:%s\r\n",esp8266_info.esp8266_name); printf("wifi_key:%s\r\n",esp8266_info.esp8266_key); printf("wifi_token:%s\r\n",esp8266_info.token); LED1=1; return 0; } delay_ms(1); time1++; time2++; if(time2>=100) { time2=0; LED1=!LED1; } if(time1>=1000*300) { LED1=1; break;//超时退出 } } return 1; } /******************************************************************************************************************* **形参: wifi_name --WIFI名 ** password --密码 ** remote_ip --远端IP地址(255.255.255.255为广播地址) ** remote_prot --远端端口号 ** localhost ---本地端口号 **返回值:0 --成功， ** 其它值 --失败 **示例:ESP8266_UDP_STA_Mode("360WIFI_123","12345678","172.20.7.2",10500,8080); *********************************************************************************************************************/ u8 ESP8266_UDP_STA_Mode(u8 *wifi_name,u8 *password,u8 *remote_ip,u16 remote_prot,u16 localprot) { char buff[100]; USARTx_StringSend(USART3,"+++"); //退出透传模式 delay_ms(1000); printf("重启模块.......\r\n"); USARTx_StringSend(USART3,"AT+RST\r\n"); delay_ms(1000); delay_ms(1000); printf("关回显.......\r\n"); if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 2; printf("设置为STA模式.......\r\n"); if(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=1\r\n"))return 3; printf("连接WIFI.......\r\n"); snprintf(buff,sizeof(buff),"AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"\r\n",wifi_name,password); if(ESP8266_SendCmd(buff))return 5; printf("查询IP.......\r\n"); if(ESP8266_SendCmd("AT+CIFSR\r\n"))return 6; printf("建立UDP连接.....\r\n"); snprintf(buff,sizeof(buff),"AT+CIPSTART=\"UDP\",\"%s\",%d,%d,0\r\n",remote_ip,remote_prot,localprot); if(ESP8266_SendCmd(buff))return 7; printf("设置透传.......\r\n"); if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=1\r\n"))return 8; printf("发送数据.......\r\n"); USARTx_StringSend(USART3,"AT+CIPSEND\r\n"); return 0; } /****************STA+TCPclinet初始化************* ** ** const char *STA_TCPCLINET[]= { "AT\r\n",//测试指令 "ATE0\r\n",//关回显 "AT+CWMODE=1\r\n",//设置STA模式 "AT+RST\r\n",//模块复位 "ATE0\r\n",//关回显 "AT+CWJAP=\"HUAWEIshui\",\"asdfghjkl12\"\r\n",//连接wifi "AT+CIPMUX=0\r\n",//设置单连接 "AT+CIFSR\r\n",//查询IP "AT+CIPSTART=\"TCP\",\"192.168.43.204\",8080\r\n",//连接服务器 "AT+CIPMODE=1\r\n",//设置透传模式 "AT+CIPSEND\r\n",//开始发送数据 }; 返回值: 0x7f --退出透传模式失败 ** 0x80 --进入配网模式正常退出 ** 0 --未进入配网模式正常退出 ** 其他值 --异常退出 *****************************************************/ u8 Esp8266_STA_TCPclinet_Init(u8 *server_ip,u16 server_port) { char buff[100]; /*退出透传模式*/ u8 i=0; u8 stat=0; u32 id; for(i=0;i<5;i++) { USARTx_StringSend(USART3,"+++");//退出透传模式 delay_ms(100); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT\r\n","OK\r\n")==0) { i=0; break; } } if(i!=0) { printf("退出透传模式失败\r\n"); return 0x7f; } printf("1.模块复位\r\n"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+RST\r\n","OK\r\n"))return 1; delay_ms(1000); delay_ms(1000); printf("2.关回显\r\n"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("ATE0\r\n","OK\r\n"))return 2; if(ESP8266_GetWifi_Stat())//查询WIFI连接状态，未连接成功则进入配网模式 { BEEP=1; delay_ms(100); BEEP=0; delay_ms(100); BEEP=1; delay_ms(100); BEEP=0; stat=1;//进入配网模式标志位 //查询IP地址 printf("3.设置模式AP\r\n"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CWMODE=2\r\n","OK\r\n"))return 3; printf("4.设置IP地址\r\n"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CIPAP=\"192.168.4.1\",\"192.168.4.1\",\"255.255.255.0\"\r\n","OK"))return 4; printf("4.设置热点信息\r\n"); id=*(vu32*)(0x1FFFF7E8);//使用STM32的ID作为WIFI名 snprintf((char *)esp8266_info.esp8266_name,sizeof(esp8266_info.esp8266_name),"wbyq_%d",id); snprintf(buff,sizeof(buff),"AT+CWSAP=\"%s\",\"12345678\",1,4\r\n",esp8266_info.esp8266_name); printf("wif_name:%s\r\n",esp8266_info.esp8266_name); if(Esp8266_SendCmdCheckStat(buff,"OK\r\n"))return 5; printf("5.显示端口.......\r\n"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CIPDINFO=1\r\n","OK"))return 6; printf("6.设置要连接的UDP\r\n"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CIPSTART=\"UDP\",\"192.168.4.255\",8266,8266,0\r\n","OK\r\n"))return 7; printf("7.获取微信小程序传递过来的热点信息\r\n"); if(ESP8266_SoftAP_MOde())return 8; printf("8.设置模式STA\r\n"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CWMODE=1\r\n","OK\r\n"))return 9; printf("9.模块复位\r\n"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+RST\r\n","OK\r\n"))return 10; delay_ms(1000); delay_ms(1000); printf("10.连接WIFI\r\n"); snprintf((char *)buff,sizeof(buff),"AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"\r\n",esp8266_info.esp8266_name,esp8266_info.esp8266_key);//字符串拼接 if(Esp8266_SendCmdCheckStat(buff,"WIFI GOT IP"))return 11; } printf("11.设置单连接\r\n"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CIPMUX=0\r\n","OK"))return 12; snprintf(buff,sizeof(buff),"AT+CIPSTART=\"TCP\",\"%s\",%d\r\n",server_ip,server_port); // printf("buff:%s\r\n",buff); printf("12.连接服务器\r\n"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat(buff,"OK"))return 13; printf("13.配置透传模式\r\n"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CIPMODE=1\r\n","OK\r\n"))return 14; printf("14.开始发送数据\r\n"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CIPSEND\r\n",">"))return 15; if(stat)return 0x80;//进入配网模式并且正常退出 else return 0;//未进入配网模式，正常退出 } /**************************获取WIFI连接状态信息***************************/ u8 ESP8266_GetWifi_Stat(void) { u16 i=0; u16 time=0; u16 time2=0; USART3_RX_CNT=0; USART3_RX_FLAG=0; USARTx_StringSend(USART3,"AT+CWJAP?\r\n");//查询WIFI连接状态 while(1) { if(USART3_RX_FLAG) { USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0'; printf("rx=%s\r\n",USART3_RX_BUFFER); if(strstr((char *)USART3_RX_BUFFER,"+CWJAP") || strstr((char *)USART3_RX_BUFFER,"WIFI GOT IP")) { USART3_RX_CNT=0; USART3_RX_FLAG=0; LED1=1; return 0; } else { USART3_RX_CNT=0; USART3_RX_FLAG=0; memset(USART3_RX_BUFFER,0,sizeof(USART3_RX_BUFFER)); } } delay_ms(10); i++; time++; time2++; if(time>=1000) { time=0; USARTx_StringSend(USART3,"AT+CWJAP?\r\n"); } if(time2>=300) { LED1=!LED1; time2=0; } if(i>=100*60) { LED1=1; break; } } return 1; }
