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一、環(huán)境介紹

單片機采用：STM32F103C8T6

上網方式：采用ESP8266，也可以使用其他設備代替，只要支持TCP協議即可。比如：GSM模塊、有線網卡等。

開發(fā)軟件：keil5

硬件連接功能：ESP8266接在STM32的串口3上。通過AT指令與ESP8266進行通信。

通過阿里云物聯網服務器實現設備數據遠程上傳、下發(fā)，實現數據交互。

在當前使用的開發(fā)板上有4盞LED燈、一個蜂鳴器、4個按鍵。

實現步驟阿里云官方提供了很詳細的文檔和對應的SDK，可以參考一下。

文檔地址：阿里云登錄 - 歡迎登錄阿里云，安全穩(wěn)定的云計算服務平臺

三、阿里云物聯網服務器創(chuàng)建步驟

說明：如果沒有賬號的話，先點擊網頁右上角，注冊一個賬號，并完成實名認證再繼續(xù)下一步。

產品名稱根據自己情況填寫。

設備信息根據自己情況填寫。

下面參數根據自己情況填寫。

四、向服務器上傳的數據效果

完成網頁端服務器的創(chuàng)建之后，下面使用STM32開發(fā)板按下按鍵通過ESP8266將煙霧傳感器數據上傳到阿里云服務器。

如果連接成功的話，網頁會顯示在線狀態(tài)。

上傳的數據可以在這里查看。

五、STM32端的MQTT協議核心代碼

代碼是標準的MQTT協議代碼，實現過程可以參考MQTT協議官方文檔。

5.1 mqtt.c代碼

#include "aliyun_mqtt.h"

char MQTT_ClientID[100]; //MQTT_客戶端ID
char MQTT_UserName[100]; //MQTT_用戶名
char MQTT_PassWord[100]; //MQTT_密碼

u8 *mqtt_rxbuf;
u8 *mqtt_txbuf;
u16 mqtt_rxlen;
u16 mqtt_txlen;
u8 _mqtt_txbuf[256];//發(fā)送數據緩存區(qū)
u8 _mqtt_rxbuf[256];//接收數據緩存區(qū)

typedef enum
{
	//名字 	    值 			報文流動方向 	描述
	M_RESERVED1	=0	,	//	禁止	保留
	M_CONNECT		,	//	客戶端到服務端	客戶端請求連接服務端
	M_CONNACK		,	//	服務端到客戶端	連接報文確認
	M_PUBLISH		,	//	兩個方向都允許	發(fā)布消息
	M_PUBACK		,	//	兩個方向都允許	QoS 1消息發(fā)布收到確認
	M_PUBREC		,	//	兩個方向都允許	發(fā)布收到（保證交付第一步）
	M_PUBREL		,	//	兩個方向都允許	發(fā)布釋放（保證交付第二步）
	M_PUBCOMP		,	//	兩個方向都允許	QoS 2消息發(fā)布完成（保證交互第三步）
	M_SUBSCRIBE		,	//	客戶端到服務端	客戶端訂閱請求
	M_SUBACK		,	//	服務端到客戶端	訂閱請求報文確認
	M_UNSUBSCRIBE	,	//	客戶端到服務端	客戶端取消訂閱請求
	M_UNSUBACK		,	//	服務端到客戶端	取消訂閱報文確認
	M_PINGREQ		,	//	客戶端到服務端	心跳請求
	M_PINGRESP		,	//	服務端到客戶端	心跳響應
	M_DISCONNECT	,	//	客戶端到服務端	客戶端斷開連接
	M_RESERVED2		,	//	禁止	保留
}_typdef_mqtt_message;

//連接成功服務器回應 20 02 00 00
//客戶端主動斷開連接 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};

/*
函數功能: 初始化阿里云物聯網服務器的登錄參數
*/


//密碼
//clientId*deviceName*productKey#
// *替換為DeviceName  #替換為ProductKey  加密密鑰是DeviceSecret  加密方式是HmacSHA1  
//PassWord明文=clientIdmq2_iotdeviceNamemq2_iotproductKeya1WLC5GuOfx
//hmacsha1加密網站：http://encode.chahuo.com/
//加密的密鑰：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)
{
    //緩沖區(qū)賦值
	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);
	
	//無條件先主動斷開
	MQTT_Disconnect();
    delay_ms(100);
	MQTT_Disconnect();
    delay_ms(100);
}

/*
函數功能: 登錄服務器
函數返回值: 0表示成功 1表示失敗
*/
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;
	//可變報頭+Payload  每個字段包含兩個字節(jié)的長度標識
    DataLen = 10 + (ClientIDLen+2) + (UsernameLen+2) + (PasswordLen+2);
	
	//固定報頭
	//控制報文類型
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x10;		//MQTT Message Type CONNECT
	//剩余長度(不包括固定頭部)
	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 );
    	
	//可變報頭
	//協議名
    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    
	//協議級別
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4;        		// MQTT Protocol version = 4    
	//連接標志
    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]) //連接成功			   
			{
				return 0;//連接成功
			}
        }
    }
	return 1;
}

/*
函數功能: MQTT訂閱/取消訂閱數據打包函數
函數參數:
    topic       主題   
    qos         消息等級 0:最多分發(fā)一次  1: 至少分發(fā)一次  2: 僅分發(fā)一次
    whether     訂閱/取消訂閱請求包 (1表示訂閱,0表示取消訂閱)
返回值: 0表示成功 1表示失敗
*/
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);//可變報頭的長度（2字節(jié)）加上有效載荷的長度
	//固定報頭
	//控制報文類型
    if(whether)mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x82; //消息類型和標志訂閱
    else	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xA2;    //取消訂閱

	//剩余長度
	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 );	
	
	//可變報頭
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;			//消息標識符 MSB
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x01;        //消息標識符 LSB
	//有效載荷
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topiclen);//主題長度 MSB
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topiclen);//主題長度 LSB   
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],topic,topiclen);
    mqtt_txlen += topiclen;
    
    if(whether)
    {
       mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = qos;//QoS級別
    }
    
    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]) //訂閱成功			   
			{
				return 0;//訂閱成功
			}
        }
    }
	return 1; //失敗
}

//MQTT發(fā)布數據打包函數
//topic   主題 
//message 消息
//qos     消息等級 
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;
	//有效載荷的長度這樣計算：用固定報頭中的剩余長度字段的值減去可變報頭的長度
	//QOS為0時沒有標識符
	//數據長度             主題名   報文標識符   有效載荷
    if(qos)	DataLen = (2+topicLength) + 2 + messageLength;       
    else	DataLen = (2+topicLength) + messageLength;   

    //固定報頭
	//控制報文類型
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x30;    // MQTT Message Type PUBLISH  

	//剩余長度
	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);//主題長度MSB
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topicLength);//主題長度LSB 
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],topic,topicLength);//拷貝主題
    mqtt_txlen += topicLength;
        
	//報文標識符
    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代碼

#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_客戶端ID
extern char MQTT_UserName[100]; //MQTT_用戶名
extern char MQTT_PassWord[100]; //MQTT_密碼

//阿里云用戶名初始化
void Aliyun_LoginInit(char *ProductKey,char *DeviceName,char *DeviceSecret);
//MQTT協議相關函數聲明
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代碼

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include 
#include "timer.h"
#include "bluetooth.h"
#include "esp8266.h"
#include "aliyun_mqtt.h"

//阿里云物聯網服務器的設備證書
#define ProductKey "a1GLM2BFQK0"
#define DeviceName "iot_mq2"
#define DeviceSecret "caa5b2684101072f3dfe0f04688e0a7f"

//訂閱與發(fā)布的主題
#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];//上報數據緩存區(qū)

int main()
{
   u32 time_cnt=0;
   u32 i;
   u8 key;
   LED_Init();
   BEEP_Init();
   KEY_Init();
   USART1_Init(115200);
   TIMER1_Init(72,20000); //超時時間20ms
   USART2_Init(9600);//串口-藍牙
   TIMER2_Init(72,20000); //超時時間20ms
   USART3_Init(115200);//串口-WIFI
   TIMER3_Init(72,20000); //超時時間20ms
   USART1_Printf("正在初始化WIFI請稍等.\n");
   if(ESP8266_Init())
   {
      USART1_Printf("ESP8266硬件檢測錯誤.\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. 初始化阿里云登錄參數
    Aliyun_LoginInit(ProductKey,DeviceName,DeviceSecret);
    //2. MQTT協議初始化	
    MQTT_Init(); 
    //3. 連接阿里云服務器        
    while(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord))
    {
        USART1_Printf("阿里云服務器連接失敗,正在重試...\n");
        delay_ms(500);
    }
    USART1_Printf("阿里云服務器連接成功.\n");
    
    //3. 訂閱主題
    if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1))
    {
        USART1_Printf("主題訂閱失敗.\n");
    }
    else
    {
        USART1_Printf("主題訂閱成功.\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("發(fā)送狀態(tài)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("發(fā)送狀態(tài)0\r\n");
        }  

        if(USART3_RX_FLAG)
        {
            USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
            for(i=0;i;i++)>

`六、代碼參數解釋`

`6.1 設備證書與發(fā)布訂閱主題`

?

設備證書在創(chuàng)建設備時保存過，如果沒有保存可以在下面的頁面里查看對應的值。

?

訂閱的主題在下面頁面可以看到。

SET,GET,POST,ERR。 SET 用于設置（一般由單片機端使用）， GET 用于獲取（一般由 APP 端使用）， Post 用于回復機制， ERR 用于錯誤。作為單片機端用的最多的兩個 TOPIC 就是 SET 與 POST

?

`6.2 MQTT登錄的密碼、ID、用戶名、端口號、域名`

MQTT標準的3個參數格式在官方文檔有介紹：使用MQTT.fx接入物聯網平臺 - 阿里云物聯網平臺 - 阿里云

?

密碼的組成格式：

clientId*deviceName*productKey#
其中: *替換為DeviceName  #替換為ProductKey  加密密鑰是DeviceSecret  加密方式是HmacSHA1  

PassWord明文=clientIdmq2_iotdeviceNamemq2_iotproductKeya1WLC5GuOfx
hmacsha1加密網站：http://encode.chahuo.com/
加密的密鑰：DeviceSecret

?

`6.3 上傳數據`

?

這是上傳數據的格式：

第一個參數是 method：后面所跟的參數可以由物模型看到。

第二個參數id : 因為云端會連接很多個用戶，所以他所下發(fā)的數據會有一個ID 編號，我們這里任意值都行，我用的 0000000001，這里有要注意的，這個 ID 是多少不重要但是位數一定不能少。

第三個是 params：表示上傳的具體數據，根據自己云端訂閱的類型上傳。

第四個是版本號：可以根據自己實際版本填。

注意：本篇文章沒有貼ESP8266的底層編程代碼，如果不會ESP8266底層編程，請看這里：

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

想了解STM32+ESP8266使用MQTT協議連接OneNET 中國移動服務器的看這里：

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

工程完整源碼下載: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/15803494

審核編輯：符乾江

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