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浅谈物联网项目开发

本文主要涉及，c语言基础知识，嵌入式技术，STM32开发，Java全栈，Maven，应用小程序等技术。

第1章 物联网介绍

物联网(英语:Internet of Things，缩写：IoT）它起源于媒体领域，是信息技术产业的第三次革命。物联网是指通过信息传感设备将任何物体与网络连接，并通过信息传输媒体进行信息交换和通信，以实现智能识别、定位、跟踪、监督等功能。

物联网技术只是将各种数据上传到应用层的技术。根据物联网的四层结构，物联网项目可分为物理层、传输层、平台层和应用层。三层结构分为：感知层、网络层和应用层。本文介绍了各层的解决方案。本文从使用的角度介绍了各层技术，并完成了一个简单的温湿度监督系统。

根据四层模型，各层描述了一些应用技术。架构图如1.1所示。

图1.1 四层物联网模型

第2章 物理层

2.1 物理层介绍

物理层主要作用是数据获取，然后通过传输层将数据上传给物联网平台，供应用层使用。即物理层是数据的主要来源。

物理层通常是由MCU、构成感知节点和执行节点。MCU相当于大脑，负责与每个节点互动，MCU可以是STM32、Arduino、ESP8266、ESP32、51单片机等控制器。感知节点和一些传感器用于获取所需数据，感知节点根据需要确定。一般来说，执行节点是继电器、风扇等设备。

2.2 MCU介绍

这里只对STM32和Arduino进行介绍。

STM32是一款拥有ADC、PWM、中断、UART微控制器等功能，主要采用C语言开发，入门推荐观看野火教程、视频版、图书。B站视频资源可观看【单片机】野火STM32F103教学视频(配套霸道/指南/MINI)【全】(刘火良老师生产)(无字幕)_哔哩哔哩_bilibili】。书《零死角玩转》STM32—F103指南者可与视频配合使用。入门主要掌握各引脚的配置，如配置引脚的输入输出模式、输出高低电平等等。要获取传感器的数据，可以在网上查阅。大多数传感器都有现成的程序，需要移植到相应的开发板上。当然，程序也可以根据芯片手册自己编写，这需要一定的基础，初期不能去成都。然后学习一些外设，PWM、UART等等。

Arduino与STM32外设差不多，也拥有ADC、PWM、UART然而，这些外设Arduino相对来说比较简单，C 开发，即使用面向对象的开发理念，很多传感器都有写好的库，使用非常方便。

下面用代码对比两种MCU获取DHT11温湿度传感器值的差异。

STM32：

这是DHT11的头文件定义了一些函数和常量

#ifndef __DHT11_H #define __DHT11_H  #include "system.h" #define BOOL unsigned char #ifndef TRUE #define TRUE 1 #endif #ifndef FALSE #define FALSE 0 #endif //定义DHT11 GPIOD 0 #define DHT11_PORT_RCC RCC_APB2Periph_GPIOD #define DHT11_PIN GPIO_Pin_0 #define DHT11_PORT GPIOD  static void DHT11_DataPin_Configure_Output(void); static void DHT11_DataPin_Configure_Input(void);
BOOL DHT11_get_databit(void);
void DHT11_set_databit(BOOL level);
void mdelay(u16 ms);
void udelay(u16 us);
static uint8_t DHT11_read_byte(void);
static uint8_t DHT11_start_sampling(void);
void DHT11_get_data(u32 *buf);
	 				    
#endif

这里是获取DHT11数据的具体的实现：

#include "dht11.h"
#include "SysTick.h"

/*数据定义: ---以下变量均为全局变量-------- //----温度高8位== U8T_data_H------ //----温度低8位== U8T_data_L------ //----湿度高8位== U8RH_data_H----- //----湿度低8位== U8RH_data_L----- //-----校验 8位 == U8checkdata----- */

u8 U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata;
u8 U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp,U8checkdata_temp;
 

 
static void DHT11_DataPin_Configure_Output(void)
{ 
        
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  RCC_APB2PeriphClockCmd(DHT11_PORT_RCC, ENABLE); //使能PD端口时钟
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_PIN; //PD.0 端口配置
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(DHT11_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
 
static void DHT11_DataPin_Configure_Input(void)
{ 
        
	GPIO_InitTypeDef DataPin;
	DataPin.GPIO_Pin = DHT11_PIN;
	DataPin.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //悬空 输入 
	DataPin.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(DHT11_PORT, &DataPin);
}

BOOL DHT11_get_databit(void)
{ 
        
	uint8_t val;
	val = GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_PORT, DHT11_PIN);
	if(val == Bit_RESET)
	{ 
        
		return FALSE;
	}
	else
	{ 
        
		return TRUE;
	}
}
 
void DHT11_set_databit(BOOL level)
{ 
        
	if(level == TRUE)
	{ 
        
		GPIO_SetBits(DHT11_PORT, DHT11_PIN);
	}
	else
	{ 
        
		GPIO_ResetBits(DHT11_PORT, DHT11_PIN);
	}
}
 
void mdelay(u16 ms)
{ 
        
	if(ms != 0)
	{ 
        
		delay_ms(ms);
	}
}
 
void udelay(u16 us)
{ 
        
	if(us != 0)
	{ 
        
		delay_us(us);
	}
}
static uint8_t DHT11_read_byte(void)
{ 
        
	uint8_t i;
	uint8_t data = 0;
	for(i = 0; i < 8; i++)
	{ 
        
		data <<= 1;
		while((!DHT11_get_databit()));
		udelay(10);
		udelay(10);
		udelay(10);
 
		if(DHT11_get_databit())
		{ 
        
			data |= 0x1;
			while(DHT11_get_databit());
		}
		else
		{ 
        
		} 
  } 
	return data;
}


static uint8_t DHT11_start_sampling(void)
{ 
        
	DHT11_DataPin_Configure_Output();
	//主机拉低18ms 
	DHT11_set_databit(FALSE);
	mdelay(18);
	DHT11_set_databit(TRUE);
	//总线由上拉电阻拉高 主机延时20us
	udelay(10);
	udelay(10);

	//主机设为输入 判断从机响应信号 
	DHT11_set_databit(TRUE);

	DHT11_DataPin_Configure_Input();

	//判断从机是否有低电平响应信号 如不响应则跳出，响应则向下运行 
	if(!DHT11_get_databit()) //T ! 
	{ 
        
		//判断从机是否发出 80us 的低电平响应信号是否结束 
		while((!DHT11_get_databit()));
		// printf("DHT11 answers.\r\n");
		//判断从机是否发出 80us 的高电平，如发出则进入数据接收状态
		while((DHT11_get_databit()))
		{ 
        }
		
			return 1;
	}
 
	return 0;
}
 
void DHT11_get_data(u32 *buf)
{ 
        
	u8 temp;
	if(DHT11_start_sampling())
	{ 
        
		//printf("DHT11 is ready to transmit data\r\n");
		//数据接收状态 
		U8RH_data_H_temp = DHT11_read_byte();
		U8RH_data_L_temp = DHT11_read_byte();
		U8T_data_H_temp  = DHT11_read_byte();
		U8T_data_L_temp  = DHT11_read_byte();
		U8checkdata_temp = DHT11_read_byte();
	 
		/* Data transmission finishes, pull the bus high */
		DHT11_DataPin_Configure_Output();
		DHT11_set_databit(TRUE);
		//数据校验 
	 		temp=(U8T_data_H_temp+U8T_data_L_temp+U8RH_data_H_temp+U8RH_data_L_temp);
		if(temp==U8checkdata_temp)
		{ 
        
			U8RH_data_H=U8RH_data_H_temp; //湿度
			U8RH_data_L=U8RH_data_L_temp;
			U8T_data_H=U8T_data_H_temp;  //温湿
			U8T_data_L=U8T_data_L_temp;
			U8checkdata=U8checkdata_temp;
				
			buf[0] = U8T_data_H; //温度的高低
			buf[1] = U8T_data_L;
			
			buf[2] = U8RH_data_H; //湿度高低
			buf[3] = U8RH_data_L;
	 	}
	}
}

主函数调用：

#include "system.h"
#include "SysTick.h" //延时 
#include "oled.h"
#include "dht11.h"

void dht11_show(u32 *buf); //oled显示


int main()
{ 
        
	//显示温度和湿度的数组 元素0 为温度高 元素1 为温度低 
	// 元素2 为湿度高 元素3 为湿度的低
	u32 DTH11_data[4]={ 
        0};
	//时钟源获取 配置
	SysTick_Init(72); //精确延时
	OLED_Init();
	OLED_ColorTurn(0);//0正常显示，1 反色显示
  OLED_DisplayTurn(0);//0正常显示 1 屏幕翻转显示

	while(1)
	{ 
        	
		DHT11_get_data(DTH11_data); //获取到温湿度
		dht11_show(DTH11_data);
		delay_ms(5000);
		OLED_ShowString(70,20," ",16,1);
		OLED_ShowString(70,40," ",16,1);
		OLED_Refresh();
	}
}

再看Arduino获取DTH11的值。

#include <DHT.h> //调用DHT库

DHT dht(D1,DHT11);      //设置Data引脚所接IO口和传感器类型

void setup(){ 
         //初始化函数，只在程序开始时运行一次
  Serial.begin(115200);   //设置串口波特率
  dht.begin();             
}
//https://blog.zeruns.tech
void loop() { 
        
  delay(1000);                  //延时1000毫秒
  float RH = dht.readHumidity();   //读取湿度数据
  float T = dht.readTemperature();//读取温度数据
  Serial.print("Humidity:");  //向串口打印 Humidity:
  Serial.print(RH);           //向串口打印湿度数据
  Serial.print("%");
  Serial.print(" Temperature:");
  Serial.print(T);            //向串口打印温度数据
  Serial.println("C"); 
  Serial.println("https://blog.zeruns.tech");
}

可见Arduino使用库后是多么的简介。其实STM32使用DHT11.C和DHT11.H也相当于是库了，所以从使用的角度他们差距也不大。

2.3 感知节点

感知节点是获取数据的传感器，要使传感器与MCU通信并且获取到数据，一般有两种做法，一是自己根据对应传感器的数据手册直接实现，二是在网上获取。一般来说，常见的传感器都是可直接找到资源的，这里推荐【GITEE】搜索，以DHT11为例，STM32版如图1.1所示。

图1.1 STM32获取DHT11搜索

使用GITEE搜索Arduino DTH11的结果如图1.2所示。

图1.2 Arduino获取DHT11搜索

2.4 执行节点

执行节点通常是一些继电器，通过简单的输出高低电平来控制继电器的开关。也就是MCU通过控制引脚输出来实现控制。

第3章 传输层

传输层主要负责将数据传送至平台层，一般可将数据通过网络传输的模块都可以算作传输层的设备。数据通信方式如图3.1所示。

图3.1 物联网通信方式

使用移动网络技术的模块为NB-IOT，使用Wi-Fi技术的模块有ESP8266、ESP32等，使用以太网的模块W5500。这里只做简单介绍，根据不同的应用场景可自行了解相关技术。

在众多通信模块中，下面对使用Wi-Fi技术的ESP8266作简要介绍。

3.1 ESP8266模块介绍

ESP8266是一个完整且自成体系的Wi-Fi网络解决方案，能够搭载软件应用，或通过另一个应用处理器卸载所有Wi-Fi网络功能。ESP8266在搭载应用并作为设备中唯一的应用处理器时，能够直接从外接闪存中启动。内置的高速缓冲存储器有利于提高系统性能，并减少内存需求

ESP8266 系列的特性：

  • 32-bit MCU & 2.4 GHz Wi-Fi

  • 单核 CPU 时钟频率高达 160 MHz

  • +19.5 dBm 天线端输出功率，确保良好的覆盖范围

  • 睡眠电流小于 20 μA，适用于电池供电的可穿戴电子设备

  • 外设包括 UART，GPIO，I2S，I2C，SDIO，PWM，ADC 和 SPI

ESP8266也有不同版本，这里选择安信可的ESP8266NODEMCU做介绍，NODEMCU版相当于物理层加传输层，适用于小型项目，这里只使用他的通信功能。

ESP8266作为一个MCU也有很多的开发方式，如基于官方SDK二次开发、AT固件、Lua、ArduinoIDE等等。从只使用其通信功能来讲，推荐使用AT固件方式开发。

AT指令是应用于终端设备与PC应用之间的连接与通信的指令。AT 即Attention。每个AT命令行中只能包含一条AT指令；对于AT指令的发送，除AT两个字符外，最多可以接收1056个字符的长度（包括最后的空字符）。

既然选择了AT固件方式开发，则需要让ESP8266支持AT功能，下面讲解一些烧录AT固件至ESP8266。

3.2 AT固件烧录

要使用AT固件则需要先获取，AT固件获取地址【ESP8266 SDK发布 | 安信可科技 (ai-thinker.com)】。推荐使用第4个，它支持MQTT。固件下载如图3.2所示。

在写本文时，在实际测试中发现现在该固件支持的是ESP-12S,而如果你是安信可NODEMCU版本则是ESP-12F，它们不兼容。所固件获取需要换个思路，不使用安信可提供的而是直接使用该芯片的设计商，乐鑫【提供 Wi-Fi、蓝牙芯片和 AIoT 解决方案 I 乐鑫科技 (espressif.com)】。以下内容可以略读，成功操作在本节重新烧录固件处，点击跳转->[1]。

3.2 AT固件下载

固件有了得需要烧录工具将它烧录到ESP8266，固件烧录工具下载地址【开发工具清单 |安信可科技(ai-thinker.com)，同时也可将串口调试工具下载下来。烧录工具及串口调试工具下载如图3.3所示。

3.3 烧录工具及串口调试工具下载

固件和烧录工具都准备好了，接下来就是烧录了。首先准备好ESP8266、CH340模块、母对母杜邦线若干。根据ESP8266用户手册，查询下载模式接线方式。启动模式如图3.4所示。

图3.4 ESP8266启动模式

下载模式实际连线方式如3.5所示。

图3.5 实际连线图

连接好后将CH340与电脑相连接，可能会识别出来，需要安装CH340驱动，安装驱动可以看到如3.6图所示。

图3.6 识别到CH340

万事俱备了，打开烧录工具，打开如图3.7所示。

图3.7 打开烧录工具

打开烧录工具后，选择固件，如图3.8所示。

图3.8 选择固件

然后填写填上烧录地址填0，选中固件，SPI更改为DIO，FLASHSIZE改为32mbit，选择对应的串口，选择波特率为115200，点击开始。如果连线正确就可以会开始，等待完成即可，如果没有识别，则大概率是连线错误，请检查连线。烧录完成后如图3.9所示。

3.9 烧录完成

烧录完成后将启动模式更改为运行模式。拔掉IO0的杜邦线即可。如图3.10所示。

图3.10 运行模式连线图

断开杜邦线后，拔下CH340重新连接。接下来测试固件是否烧录成功。打开串口调试工具，选中对应串口，波特率115200，输入AT，选中自动换行，点击发送。如果成功会返回OK，如果失败会不显示，或显示乱码，按复位键也会显示乱码，失败如图3.11所示。

图3.11 烧录失败

第一遍烧录失败是较为正常的，解决方法是按照刚刚的步骤重新烧录一遍，特别注意IO0的杜邦线连接方式，并且重新烧录前需要关闭串口调试助手，不然会占用串口。

  1. 重新烧录

在几次实验后发现固件与芯片不符，不符合是因为安信可所提供的固件是他们个性化开发的，所以适配性不好。所以需要换个思路，直接找该芯片的提供商，也就是乐鑫，下面开始介绍。

首先是获取固件，获取地址【https://www.espressif.com/zh-hans/support/download/at】，选择ESP8266，点击即会跳转，如图3.12所示。

图3.12 乐鑫ESP8266 AT固件

选择ESP8266 AT binaries，如图3.13所示。

图3.13 ESP8266 AT Binaries

然后点击推荐的固件，点击下载，如图3.14所示。

图3.14 下载AT固件

解压后可以看到两个文件，其中ESP8266-IDF-AT Release Note 是新版本的一些说明，文件夹中factory的bin文件就是固件。解压后如图3.15所示。

图3.15 解压

下面进行烧录，CH340与ESP8266的连接方式可完全按上面来，这里还有一种简便方式，简单来说就是如果给ESP8266通电后大部分引脚默认就是高电平，所以根据下载模式只需要将IO0拉低就行了，这样三根杜邦线就可以完成。连接示意图如图3.16所示。

图3.16 连接示意图

连接好后打开下载工具，选择factory中的bin文件，地址填0，SPI模式选DIO，FLASH SIZE根据实际芯片大小选择，ESP-12F选择32Mbit,具体选择如图3.17所示。

图3.17 烧录配置

点击Start后正常就会开始烧录了，如果没有可以按一下ESP8266的RST键。烧录完成后拔掉IO0，根据刚刚下载的压缩包中的手册如图3.18所示，可以知道得通过IO13和1O15来通讯。

图3.18 使用手册

运行模式连接示意图如图3.19所示。

图3.19 运行模式连接示意图

按以上连接方式连接后，打开串口调试工具，波特率选择115200，按下复位键，如果收到ready，这表示固件烧录完成。可以发送一些测试指令来测试固件是否能正常使用。正常运行如图3.20所示。

图3.20 正常运行效果

3.3 使用串口连接云平台

3.3.1 平台及数据准备

完成以上操作后，说明固件已经成功烧录完成。下面进行云平台连接，云平台有很多，目前有阿里云物联网平台，ONENET，百度物联网平台，还有开源物联网平台，还可以自己搭建平台，他们共性是都支持以MQTT协议为通信协议的平台，所以也可以自己搭建MQTT服务器。

对于MQTT协议可以自行查阅文档，它是一种发布/订阅模型，典型的应用有两种模式，一是，物理层控制传输层向平台的某个MQTT主题发布消息，这个消息可以是任意内容，一般是发送JSON格式串，这样平台层就获取到了物理层的数据了，然后可交由上层使用；二是，物联网层控制传输层订阅平台的某个主题，上层应用向这个主题发送指令，那么物理层就可解析这个指令做出相应的操作。这样就完成了数据的上传和指令的接受了。

这里选择阿里云物联网平台，阿里云物联网平台相对来说是更加麻烦的，不过学会它的连接后，使用其他平台也就没有问题了。

首先登陆阿里云物理平台，登录网址【https://iot.console.aliyun.com/】，登录后点击【公共实例】，点击产品，点击【创建产品】，名称随意，选择自定义产品，选择透传，选择免校验，选择设备密钥。然后点击完成。产品创建配置如图3.21所示。

图3.21 产品创建配置图

创建完成后点击查看产品详请，可以自定义一些topic。然后在该产品下创建设备，点击设备，添加设备，产品选择刚刚创建的产品，名称随意，备注随意，点击确定。配置如图3.22所示。

图3.22 设备配置

确定后，点击查看设备详情，可以看到如图3.23所示的信息。

图3.23 设备详情

点击如图DeviceSecret，可以获取到设备的三元组如图3.24所示。保持好三元组的信息。

图3.24 三元组

设备的接入可以查看官方文档，如图3.25所示。

图3.25 官方文档

查看MQTT接入方式，网址如下，如果过期了可以自行按如图3.26所示查找。

【https://help.aliyun.com/document_detail/73742.html?spm=a2c4g.11186623.6.614.77e53d57dlMcmh】

图3.26 MQTT方式接入文档

公共实例的接入域名：

${YourProductKey}.iot-as-mqtt.${YourRegionId}.aliyuncs.com:1883。

其中：

  • ${YourProductKey}：请替换为设备所属产品的ProductKey。

    • ${YourRegionId}：请替换为您的物联网平台设备所在地域代码。

按照刚刚保存的三元组中的ProductKey替换字符串中的内容，地域查询如图3.27所示。

图3.27 地域查询

所以接入域名为：a1Wp5KdjrwG.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com:1883

接下来要拼接以下内容：

mqttClientId: clientId+"|securemode=3,signmethod=hmacsha1,timestamp=132323232|"

mqttUsername: deviceName+"&"+productKey

mqttPassword: sign_hmac(deviceSecret,content)

mqttClientId：格式中| |内为扩展参数。

clientId：表示客户端ID，可自定义，长度不可超过64个字符。建议使用设备的MAC地址或SN码，方便您识别区分不同的客户端。

securemode：表示目前安全模式，可选值有2（TLS直连模式）和3（TCP直连模式）。

signmethod：表示签名算法类型。支持hmacmd5，hmacsha1和hmacsha256，默认为hmacmd5。

timestamp：表示当前时间毫秒值，可以不传递。

mqttPassword：sign签名需把提交给服务器的参数按字典排序后，根据signmethod加签。

content的值为提交给服务器的参数（ProductKey、DeviceName、timestamp和clientId），按照字母顺序排序， 然后将参数值依次拼接。通过源码分析得知，他是按clientId, deviceName, productKey，timestamp这个顺序拼接的，并且是key+value的形式，具体实例见下文。

该设备的信息如下：

  • clientId = 2017519216(按推荐方式提供，也可自定义)

  • deviceName = the_device（来自于三元组），

  • productKey = a1Wp5KdjrwG（来自于三元组）

  • timestamp （不用）

  • signmethod=hmacsha1，（加密方式）

  • deviceSecret= a0634c8e595544fa38652287cc981bf9，（来自于三元组）

  • 使用TCP方式提交

则对应的信息为：

mqttClientId: ”2017519216|securemode=3,signmethod=hmacsha1|”

mqttUsername: ”the_device& a1Wp5KdjrwG”

这里对于密码获取简单介绍一下，密码应该使用一个加密函数通过 deviceSecert与Content进行加密，加密函数有很多种（支持hmacmd5，hmacsha1和hmacsha256，），可以使用在线工具的方式进行加密，也可以使用单片机实现加密算法，阿里云提供了加密函数的C语言实现。这里先使用在线加密的方式进行加密。

拼接Content: ”clientId2017519216deviceNamethe_deviceproductKeya1Wp5KdjrwG”，没有时间戳不写，这是要加密的内容，加密过程如图3.28所示。

图3.28 在线加密

加密结果：1c1ea606f217a89fa1cc1ac9f97802b009a993db

至此需要的数据都准备好了。汇总一下：

接入域名 a1Wp5KdjrwG.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com:1883
mqttClientId 2017519216|securemode=3,signmethod=hmacsha1|
mqttUsername the_device&a1Wp5KdjrwG
mqttPassword 1c1ea606f217a89fa1cc1ac9f97802b009a993db

3.3.2 ESP8266连接阿里云平台

经过上面数据准备，可以进行连接云平台了，连接平台大致为以下步骤，连接wifi，配置MQTT信息，连接云平台，发送就收消息，具体流程如图3.29所示。

图3.29 SP8266使用流程图

根据流程图的描述，首先是连接Wi-Fi，所以需要查阅与连接Wi-Fi有关的AT指令，AT指令文档在乐鑫官网文档中可以看到。【https://docs.espressif.com/projects/esp-at/zh_CN/latest/AT_Command_Set/index.html】。也可在提供的文件夹中找到。

与Wi-Fi相关的AT指令

• AT+CWMODE：查询/设置 Wi-Fi 模式 (Station/SoftAP/Station+SoftAP)

• AT+CWJAP：连接 AP

• AT+CWRECONNCFG：查询/设置 Wi-Fi 重连配置

• AT+CWLAPOPT：设置AT+CWLAP 命令扫描结果的属性

• AT+CWLAP：扫描当前可用的 AP

• AT+CWQAP：断开与 AP 的连接

• AT+CWSAP：配置 ESP32 SoftAP 参数

• AT+CWLIF：查询连接到 ESP SoftAP 的 station 信息

• AT+CWQIF：断开 station 与 ESP SoftAP 的连接

• AT+CWDHCP：启用/禁用 DHCP

• AT+CWDHCPS：查询/设置 ESP SoftAP DHCP 分配的 IP 地址范围

• AT+CWAUTOCONN：上电是否自动连接 AP

…

连接Wi-Fi步骤：

  1. 设置为Station模式
AT+CWMODE=1
  1. 连接Wi-Fi,第一个参数为Wi-Fi名，第二个参数为密码
AT+CWJAP=“FAST”,“12345789rg”

Wi-Fi连接成功如图3.30所示。

图3.30 连接Wi-Fi成功

与MQTT相关的AT指令：

• AT+MQTTUSERCFG：设置 MQTT 用户属性

•AT+MQTTCONNCFG：设置 MQTT 连接属性

•AT+MQTTPUB：发布 MQTT 消息（字符串）

•AT+MQTTSUB：订阅 MQTT Topic

•AT+MQTTCONN：连接 MQTT Broker

•AT+MQTTUNSUB：取消订阅 MQTT Topic

•AT+MQTTCLEAN：断开 MQTT 连接

命令说明请查阅文档。

MQTT使用：

  1. 配置MQTT用户属性,根据3.3.1节获取到的数据填充，其中clientId的逗号得转义。
AT+MQTTUSERCFG=0,1,"2017519216\|securemode=3\\,signmethod=hmacsha1\|","the_device&a1Wp5KdjrwG","1c1ea606f217a89fa1cc1ac9f97802b009a993db",0,0,""
  1. 配置MQTT连接属性,超时设置为300
AT+MQTTCONNCFG=0,300,0,"","",0,0

  1. 连接服务器

    AT+MQTTCONN=0,"a1Wp5KdjrwG.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com",1883,0

连接成功如图3.31，3.32所示。

图3.31 连接服务器成功

图3.32 连接服务器成功

如果没有连接成功，就是参数有错误，所有的符号都应该为英文符号。以上过程，在做下一步前每一步都是成功的，即返回的是OK。

  1. 发送数据

发送数据需要对某个topic发送，产品中可以创建topic，设备中可以查看有哪些topic。这里找一个topic。topic如图3.33所示。

图3.33 topic列表

Topic：/a1Wp5KdjrwG/the_device/user/update

Data:”{ 
        

\\“temperature\\”:36.5\\,

\\“humidity\\”:50

}”

AT+MQTTPUB=0,"/a1Wp5KdjrwG/the_device/user/update","{\\"temperature\\":36.5\\,\\"humidity\\":50}",0,0

发送成功串口助手打印ok，如图3.34所示。在阿里云物联网平台的日志服务中可以查看该条数据。

图3.34 串口发布消息成功

图3.35 云平台收到数据

  1. 接收数据

接收数据前得订阅一个有订阅权限的topic。

Topic：a1Wp5KdjrwG/the_device/user/get

AT+MQTTSUB=0,"a1Wp5KdjrwG/the\_device/user/get",0

订阅成功串口助手显示OK，在平台设备中可以看到订阅的Topic，向该Topic发送消息，ESP8266可接收到数据，如图3.36所示。

图3.36 订阅主题成功

点击发布消息发布{“operation”:“close”}，ESP8266收到后使用串口打印该条消息，如图3.37所示。

图3.37 ESP8266 接收到消息

至此使用串口连接平台就完成了，下面将介绍STM32控制ESP8266连接平台。

3.4 使用STM32连接云平台

有了上面通过串口连接平台的经验，使用STM32连接就较为容易了，与使用串口连接的区别就在于，发送各种指令的不再是我们手动发送了，而是使用STM32来依次发送。根据这个原理，找一个STM32 UART工程，在它的基础上就可实现使用STM32连接云平台，安信可提供了现成的AT STM32工程【https://docs.ai-thinker.com/esp8266/examples/at_demo】，当然也可以自己手动封装。下载工程项目如图3.38所示。

图3.38 STM32 AT工程

打开ESP8266->Project 中的项目文件，打开工程后，需要与自己的开发板做一个适配，由于本项目使用的是STM32F103ZET6，所以得删除原先的启动文件然后添加新的启动文件如图3.39所示，修改芯片型号如图3.40所示。

图3.39 修改启动文件

图3.40 修改芯片型号

修改宏定义STM32F10X_MD为STM32F10X_HD，具体操作如图3.41所示。

图3.41 修改宏定义

简单分析工程可知，该工程使用UART2与ESP8266交互，使用UART3作为串口打印，UART2收到的数据都会转发给UART3。也可根据需求自己修改对应的UART。STM32与ESP8266按照工程默认的连接方式如表3.1所示。

表3.1 STM32与ESP8266连接表

STM32引脚 ESP8266引脚
A2 IO13
A3 IO15

STM32与CH340默认连接方式如表3.2所示。

表3.2 STM32与CH340连接表

STM32引脚 CH340引脚
B10 RXD
B11 TXD

连接完成后需要对连接信息进行一个配置，主要修改mqtt.h这个文件，根据上节的串口连接云平台生成的连接信息配置。配置如图3.42所示。

图3.42 连接信息配置

需要注意的是User_ESP8266_client_id中“，”需要在前面加两个反斜杠，这是通过测试得到的结论。Main函数做如图3.43所示的修改。

图3.43 main函数修改

完成上述修改后即可编译代码，将程序下载到开发板了。打开串口调试助手发现卡在了配置MQTT信息，如图3.44所示

图3.44 配置MQTT信息

经过分析发现是因为安信可所提供代码有点问题，在esp8266.c中cmd数组给得太小了，所以出了问题，解决方法就是增大数组，将120改为300，不止该函数，下面的几个函数中的cmd都得增加。如图3.45所示。

图3.45 增加cmd数组大小

其中ESP8266_SendString()函数中数组大小只有20，应该它是问题所在，改它的大小为200.如图3.46所示。

图3.46 修改数组大小

为了能发送和接收消息，需要提供两个topic。在mqtt.h中添加User_ESP8266_MQTTServer_Topic_Send和User_ESP8266_MQTTServer_Topic_Recv两个topic，如图3.47所示。

图3.47 添加TOPIC

修改完后还需要修改mqtt.c中订阅和发布的主题，修改如图3.48所示。

图3.48 修改发布和订阅的主题

重新下载重新后，通过串口可以看到正常发送了，在物联网平台日志服务中可以看到上传的消息，如图3.49所示。

图3.49 STM32上传数据

至此就完成了STM32连接物联网平台，当然后续还有一些需要完善的地方，比如接收到的数据解析，如何给ESP8266配网等问题。

第4章 平台层

4.1 平台层种类

云平台种类十分多；仅国内就有如下平台：

  1. 运营商平台

中国电信的天翼物联 https://www.ctwing.cn/

中国联通的物联网平台 https://www.10646.cn/

中国移动的ONENet https://open.iot.10086.cn/

  1. 互联网大厂平台

百度天工 https://cloud.baidu.com/solution/iot/index.html

阿里云物联网 https://iot.aliyun.com/

腾讯IoT Explorer https://cloud.tencent.com/product/iotexplorer

腾讯QQ物联 https://iot.open.qq.com/

京东微联 https://smartcloud.jd.com/

京东小京鱼 https://jdwhale.jd.com/

京东智联云 https://www.jdcloud.com/cn/iot/all

小米IoT开发者平台 https://iot.mi.com/

  1. 设备商平台

华为云IoT https://www.huaweicloud.com/product/iot.html

浪潮云IoT https://cloud.inspur.com/product/iotdm/

新华三绿洲平台 https://iot-developer.h3c.com/

庆科云FogCloud https://v2.fogcloud.io/

中消云 http://www.zxycloud.com/

  1. 创业型公司平台

涂鸦智能 https://www.tuya.com/cn/

机智云 https://www.gizwits.com/

云智易 http://www.xlink.cn/

青云 https://sw.qingcloud.com/internet_of_things

智城云 https://www.zcyun.cn/

氦氪云 https://www.hekr.me/

Ablecloud http://www.ablecloud.com/

Yeelink http://www.yeelink.net/

艾拉物联 https://www.ayla.com.cn/

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