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
如果需要了解ESP8266+MQTT协议连接阿里云物联网服务器请看这里：https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/107311897
工程完整源码下载: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/15803518
二、功能介绍
2.1 功能说明
通过OneNet物联网服务器实现设备数据远程上传、下发，实现数据交互(不清楚OneNet物联网服务器功能的可以百度一下进入官网看简介)。之前的OneNet服务器不支持标准MQTT协议登录的，现在官网更新之后支持标准的MQTT协议，本篇文章介绍使用STM32+ESP8266使用标准MQTT协议登录Onenet服务器，实现数据交互。实现步骤OneNet官方提供了很详细的文档，可以参考一下。
文档地址：https://open.iot.10086.cn/devdoc/
2.2 硬件资源
在当前使用的开发板上有4盏LED灯、一个蜂鸣器、4个按键，ESP8266型号是ESP-12F，STM32型号是：STM32F103C8T6。
三、OneNet支持的MQTT协议版本
目前OneNet服务器支持MQTT 3.1.1版本，MQTT协议官网: http://mqtt.org/?spm=a2c4g.11186623.2.11.19083f86gxhJ7h
报文支持情况: 支持connect、subscribe、publish、ping、unsubscribe、disconnect等报文，不支持pubrec、pubrel、pubcomp报文。
四、登录OneNet服务器创建物联网产品
没有注册账号的，需要提前登录官网注册账号，再进入下面步骤：
这里根据自己产品情况填写。
产品创建成功之后，点击产品名称，跳转页面，继续添加设备。
下面选择仪表盘的数据来源，根据自己创建的数据点选择。
创建一个文本控件，显示数据点更新的时间，方便调试。
OneNte有手机版本的APP,登录之后也可以看到该页面。
下载地址：https://open.iot.10086.cn/doc/book/device-develop/multpro/sdk-doc-tool/APP.html
下面是手机上登录APP看到的界面效果：
五、OneNet服务器MQTT登录地址与订阅主题相关格式介绍
官网介绍文档地址: https://open.iot.10086.cn/doc/mqtt/book/get-start/connect.html
5.1 MQTT服务器登录地址
目前MQTT协议支持两个IP地址和端口号，一个需要加密、一个不需要加密。
注意：单片机上移植加密算法很麻烦，这里采用不需要加密的端口。(IP地址: 183.230.40.96 端口: 1883)
5.2 MQTT登录的：设备ID、用户名称、密码 格式参数
上面图片里说明了，OneNet的设备参数与标准MQTT协议的登录参数对应关系。 OneNet的设备参数，在设备页面可以去查看。
登录密码生成看下面步骤：
注意：该工具在win10系统运行可能会提示非信任程序，点击任要运行即可。
下面是生成MQTT登录密匙的工具使用示例。
注意：工具中填的参数说明请看文档介绍。
res选项参数的格式： products/{产品ID}/devices/{设备名称}
et是设置token过期时间：算出1970-1-1到你想要设置的到期时间，单位是秒，填入即可。
比如： 超时时间设置为2020-07-20 ,那么，这里填入的秒就是：1970-1-1到2020-07-20之间的秒单位时间。
Linux下代码：
#include <stdio.h> #include <time.h> #include <time.h> int main() { time_t time_sec; time_sec=time(NULL); //当前的秒单位时间--UTC时间 printf("当前时间(秒):%ld\n",time_sec); printf("加30天的时间(秒):%ld\n",time_sec+30*24*60*60); return 0; }
key的参数格式： 就是设备创建之后，在设备详情页的key
工具生成的结果值，直接当做MQTT登录的密码。
5.3 主题订阅格式
文档地址：https://open.iot.10086.cn/doc/mqtt/book/device-develop/protocol.html
5.4 设备保活时间
5.5 向服务器传数据点
六、核心代码
#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); }
6.2 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)) //用户名初始化 void OneNet_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
6.3 main.c 主函数代码
#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" /* 序号 符号 编码 1 + %2B 2 空格%20 3 / %2F 4 ? %3F 5 % %25 6 # %23 7 & %26 8 = %3D */ //OneNet物联网服务器的设备信息 #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" //订阅与发布的主题 //格式：$sys/{产品ID}/{设备名称}/# #define SET_TOPIC "$sys/361594/mq2/#" //订阅设备所有信息 //格式: $sys/{产品ID}/{设备名称}/dp/post/json #define POST_TOPIC "$sys/361594/mq2/dp/post/json" //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 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("OnePlus5T","1126626497","183.230.40.96",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("OneNet服务器连接失败,正在重试...\n"); delay_ms(500); } USART1_Printf("OneNet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,"{\"id\":1,\"dp\":{\"mq2\":[{\"v\":50}]}}"); 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,"{\"id\":1,\"dp\":{\"mq2\":[{\"v\":80}]}}"); 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; } } }
七、设备登录运行效果
登录成功之后，网页会显示在线状态。
按下开发按键上传烟雾数据到服务器效果：
