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STM32+ESP8266+MQTT协议连接阿里云物联网平台

2021-12-25 12570
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简介： STM32+ESP8266+MQTT协议连接阿里云物联网平台

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


硬件连接功能：ESP8266接在STM32的串口3上。通过AT指令与ESP8266进行通信。


注意：本篇文章没有贴ESP8266的底层编程代码，如果不会ESP8266底层编程，请看这里：


https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/107379554



想了解STM32+ESP8266使用MQTT协议连接OneNET 中国移动服务器的看这里：


https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/107385118



工程完整源码下载:  https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/15803494



二、实现功能

通过阿里云物联网服务器实现设备数据远程上传、下发，实现数据交互。


在当前使用的开发板上有4盏LED灯、一个蜂鸣器、4个按键。


实现步骤阿里云官方提供了很详细的文档和对应的SDK，可以参考一下。


文档地址：https://iot.console.aliyun.com/lk/document

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三、阿里云物联网服务器创建步骤

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说明：如果没有账号的话，先点击网页右上角，注册一个账号，并完成实名认证再继续下一步。

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产品名称根据自己情况填写。

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设备信息根据自己情况填写。

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下面参数根据自己情况填写。

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四、向服务器上传的数据效果

完成网页端服务器的创建之后，下面使用STM32开发板按下按键通过ESP8266将烟雾传感器数据上传到阿里云服务器。

如果连接成功的话，网页会显示在线状态。

image.png

上传的数据可以在这里查看。

image.png

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五、STM32端的MQTT协议核心代码

代码是标准的MQTT协议代码，实现过程可以参考MQTT协议官方文档。

image.png

5.1  mqtt.c代码

#include "aliyun_mqtt.h"
char MQTT_ClientID[100]; //MQTT_客户端ID
char MQTT_UserName[100]; //MQTT_用户名
char MQTT_PassWord[100]; //MQTT_密码
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};
/*
函数功能: 初始化阿里云物联网服务器的登录参数
*/
//密码
//clientId*deviceName*productKey#
// *替换为DeviceName  #替换为ProductKey  加密密钥是DeviceSecret  加密方式是HmacSHA1  
//PassWord明文=clientIdmq2_iotdeviceNamemq2_iotproductKeya1WLC5GuOfx
//hmacsha1加密网站：http://encode.chahuo.com/
//加密的密钥：DeviceSecret
void Aliyun_LoginInit(char *ProductKey,char *DeviceName,char *DeviceSecret)
{
    sprintf(MQTT_ClientID,"%s|securemode=3,signmethod=hmacsha1|",DeviceName);
    sprintf(MQTT_UserName,"%s&%s",DeviceName,ProductKey);
    sprintf(MQTT_PassWord,"%s","ebc042f42a9d73ba9ead8456b652e7756895b79d");
}
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    
  //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  
    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; 
    }    
    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)
      {
        USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
        sprintf((char *)mqtt_rxbuf,"%s",USART3_RX_BUFFER);
        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++] = 0x01;        //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)
      {
        USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
                strcpy((char *)mqtt_rxbuf,(char*)USART3_RX_BUFFER);
        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);
}

5.2 mqtt.h代码

#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))
extern char MQTT_ClientID[100]; //MQTT_客户端ID
extern char MQTT_UserName[100]; //MQTT_用户名
extern char MQTT_PassWord[100]; //MQTT_密码
//阿里云用户名初始化
void Aliyun_LoginInit(char *ProductKey,char *DeviceName,char *DeviceSecret);
//MQTT协议相关函数声明
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

5.3 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 "aliyun_mqtt.h"
//阿里云物联网服务器的设备证书
#define ProductKey "a1GLM2BFQK0"
#define DeviceName "iot_mq2"
#define DeviceSecret "caa5b2684101072f3dfe0f04688e0a7f"
//订阅与发布的主题
#define SET_TOPIC  "/sys/a1GLM2BFQK0/iot_mq2/thing/service/property/set"
#define POST_TOPIC "/sys/a1GLM2BFQK0/iot_mq2/thing/event/property/post"
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
   {
      USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode("ChinaNet-wbyq","12345678","a1WLC5GuOfx.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com",1883,1));
   }
    //1. 初始化阿里云登录参数
    Aliyun_LoginInit(ProductKey,DeviceName,DeviceSecret);
    //2. MQTT协议初始化  
    MQTT_Init(); 
    //3. 连接阿里云服务器        
    while(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord))
    {
        USART1_Printf("阿里云服务器连接失败,正在重试...\n");
        delay_ms(500);
    }
    USART1_Printf("阿里云服务器连接成功.\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\":\"thing.event.property.post\",\"id\":\"0000000001\",\"params\":{\"mq2\":55},\"version\":\"1.0.0\"}");
            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\":\"thing.event.property.post\",\"id\":\"0000000001\",\"params\":{\"mq2\":66},\"version\":\"1.0.0\"}");
            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;
        }
    }
}

六、代码参数解释

6.1 设备证书与发布订阅主题

image.png

设备证书在创建设备时保存过，如果没有保存可以在下面的页面里查看对应的值。

image.png

订阅的主题在下面页面可以看到。

SET,GET,POST,ERR。 SET 用于设置（一般由单片机端使用）， GET 用于获取（一般由 APP 端使用）， Post 用于回复机制， ERR 用于错误。

作为单片机端用的最多的两个 TOPIC 就是 SET 与 POST

image.png

6.2 MQTT登录的密码、ID、用户名、端口号、域名

MQTT标准的3个参数格式在官方文档有介绍：https://help.aliyun.com/document_detail/140507.html?spm=a2c4g.11186623.6.571.1e417544OGPj2y

image.png

image.png

image.png

密码的组成格式：

1.clientId*deviceName*productKey#
其中: *替换为DeviceName  #替换为ProductKey  加密密钥是DeviceSecret  加密方式是HmacSHA1  
PassWord明文=clientIdmq2_iotdeviceNamemq2_iotproductKeya1WLC5GuOfx
hmacsha1加密网站：http://encode.chahuo.com/
加密的密钥：DeviceSecret

image.png

6.3 上传数据

image.png

这是上传数据的格式：


第一个参数是 method：后面所跟的参数可以由物模型看到。


第二个参数id : 因为云端会连接很多个用户，所以他所下发的数据会有一个ID 编号，我们这里任意值都行，我用的 0000000001，这里有要注意的，这个 ID 是多少不重要但是位数一定不能少。


第三个是 params：表示上传的具体数据，根据自己云端订阅的类型上传。


第四个是版本号：可以根据自己实际版本填。


文章标签：
云服务器 ECS
物联网平台
密钥管理服务
云消息队列 MQ
开发工具
传感器
数据安全/隐私保护
网络协议
物联网
关键词：
物联网平台连接
物联网平台协议
阿里云物联网平台
物联网平台mqtt
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基于STM32的智能手环wifi连接手机APP（下）
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Svan.
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孤影过客
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5月前
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传感器 数据采集 监控
基于阿里云MQTT服务，设计一个STM32的智能光伏控制系统
这篇文章详细介绍了利用STM32F103C8T6单片机实现光伏发电系统的关键技术。全文分为四章：第一章阐述了光伏发电的背景、意义及应用场景，强调其在绿色能源领域的重要性。第二章介绍了如何通过STM32F103C8T6及光敏电阻和伺服电机实现光线追踪系统，详细描述了硬件选择、连接及使用HAL库编写的单片机程序。第三章讲解了最大功率点追踪（MPPT）的原理，并展示了如何利用STM32F103C8T6和相关传感器、DC-DC转换器实现MPPT功能。第四章描述了如何通过STM32F103C8T6与SIM7600CE 4G模块连接到阿里云MQTT服务，实现设备状态数据的远程传输和控制。本文提供了全面的硬
孤影过客
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Svan.
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1月前
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传感器 测试技术 芯片
基于STM32的环境监测系统 (esp8266)（上）
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Svan.
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Svan.
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1月前
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传感器 存储 编解码
基于STM32的智能手环wifi连接手机APP（上）
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Svan.
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孤影过客
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5月前
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网络协议
了解AT指令以及STM32F103如何通过ESP8266连接到WiFi
AT指令是一组用于控制调制解调器的命令，最早由Hayes公司为其智能调制解调器开发。如今，AT指令已被广泛应用于各种通信模块中，包括GSM、Bluetooth和WiFi模块。AT指令通常以“AT”开头，后跟特定的命令和参数。通过这些指令，我们可以执行一系列操作，如设置网络参数、发送数据和查询状态等。
孤影过客
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孤影过客
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5月前
使用STM32F103标准库实现定时器控制LED点亮和关闭
通过这篇博客，我们学习了如何使用STM32F103标准库，通过定时器来控制LED的点亮和关闭。我们配置了定时器中断，并在中断处理函数中实现了LED状态的切换。这是一个基础且实用的例子，适合初学者了解STM32定时器和中断的使用。 希望这篇博客对你有所帮助。如果有任何问题或建议，欢迎在评论区留言。
孤影过客
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周末不下雨
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4月前
stm32f407探索者开发板（十七）——串口寄存器库函数配置方法
stm32f407探索者开发板（十七）——串口寄存器库函数配置方法
周末不下雨
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热爱嵌入式的小佳同学
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6月前
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传感器
STM32标准库ADC和DMA知识点总结-1
STM32标准库ADC和DMA知识点总结
热爱嵌入式的小佳同学
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孤影过客
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5月前
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IDE 开发工具
使用STM32F103标准库实现自定义键盘
通过本文，我们学习了如何使用STM32F103标准库实现一个简单的自定义键盘。我们首先初始化了GPIO引脚，然后实现了一个扫描函数来检测按键状态。这个项目不仅能够帮助我们理解STM32的GPIO配置和按键扫描原理，还可以作为进一步学习中断处理和低功耗设计的基础。希望本文对你有所帮助，祝你在嵌入式开发的道路上不断进步！
孤影过客
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热爱嵌入式的小佳同学
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6月前
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芯片
STM32标准库USART串口
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热爱嵌入式的小佳同学
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STM32标准库USART串口

物联网

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