基于 STM32+ESP8266 设计物联网产品 (重点支持微信小程序一键配网连接腾讯云平台)
作者：DS小龙哥
- 2022 年 8 月 21 日 湖北
本文字数：9090 字
阅读完需：约 30 分钟
一、环境介绍
编程软件: keil5
主控 MCU: STM32F103C8T6
WIFI: ESP8266
协议: MQTT
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
功能很简单，只有一个属性，就是锁的开关状态。
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。
五、STM32 设备端代码--这才是核心
关于配网的流程，在腾讯官网有详细介绍，看这里：物联网开发平台 softAP 配网开发-设备端开发指南-文档中心-腾讯云
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; } } }
复制代码
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; }
复制代码
划线
评论
复制
发布于: 2022 年 08 月 21 日阅读数: 4
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【DS小龙哥】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/7cae10a59134456359997cfb2】。文章转载请联系作者。
DS小龙哥
关注
之所以觉得累，是因为说的比做的多。 2022.01.06 加入
熟悉C/C++、51单片机、STM32、Linux应用开发、Linux驱动开发、音视频开发、QT开发. 目前已经完成的项目涉及音视频、物联网、智能家居、工业控制领域
评论