代码收藏家 STM32与ESP8266之间使用MQTT协议的通信方式详解
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前言
在物联网应用中，设备之间的可靠通信是至关重要的。MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）协议作为一种轻量级、灵活且可靠的通信协议，被广泛应用于物联网场景中。本文将着重介绍如何在STM32微控制器和ESP8266无线模块上实现MQTT通信，探讨其在物联网应用中的优势和应用案例。
一、MQTT协议简介
MQTT协议是基于发布/订阅模型的机制，采用非常简洁的设计，适用于低带宽和不稳定网络环境。它具有两个核心概念：发布者（Publisher）和订阅者（Subscriber）。发布者将数据发布到特定的主题（Topic），而订阅者可以选择订阅感兴趣的主题，从而接收相关信息。
二、STM32与ESP8266的结合
1.配置ESP8266为MQTT客户端
代码如下：
// 使用STM32向ESP8266发送AT指令设置MQTT参数
USART_SendString("AT+CWMODE=1\r\n"); // 设置为Station模式
USART_SendString("AT+CWJAP=\"SSID\",\"password\"\r\n"); // 连接WiFi网络
USART_SendString("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"mqtt_server_ip\",1883\r\n"); // 连接MQTT服务器
USART_SendString("AT+MQTTUSERCONFIG=0,\"username\",\"password\"\r\n"); // 设置MQTT用户名和密码
USART_SendString("AT+MQTTCLIENTCONFIG=0,\"client_id\",300,0\r\n"); // 配置MQTT客户端ID和心跳时间
2.STM32与ESP8266的串口通信
代码如下：
// 初始化STM32的串口
void USART1_Init()
{
// 设置引脚、波特率等参数
...
}
// 向ESP8266发送数据
void USART1_SendString(char* str)
{
while (*str != '\0')
{
USART_SendData(USART1, *str);
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
str++;
}
}
// 接收ESP8266发送的数据
char USART1_ReceiveByte()
{
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
return USART_ReceiveData(USART1);
}
3.STM32作为MQTT发布者：
代码如下：
// 从传感器获取数据
float getSensorData()
{
// 获取传感器数据
...
}
// 将数据通过ESP8266发送到MQTT服务器
void publishData(float data)
{
char buffer[50];
sprintf(buffer, "%.2f", data); // 将浮点数转换为字符串
// 构建MQTT发布消息
char mqttMessage[100];
sprintf(mqttMessage, "AT+MQTTPUBLISH=0,\"topic\",\"%s\"\r\n", buffer);
// 发送MQTT发布消息
USART1_SendString(mqttMessage);
}
// 主程序循环中的调用
void mainLoop()
{
float sensorData = getSensorData();
publishData(sensorData);
}
3.STM32作为MQTT订阅者：
代码如下：
// 处理收到的MQTT订阅消息
void processMQTTMessage(char* message)
{
// 处理收到的消息
...
}
// 接收并处理ESP8266接收到的MQTT订阅消息
void receiveAndProcessMQTTMessage()
{
while (1)
{
char receivedData = USART1_ReceiveByte();
if (receivedData == '+') // 收到MQTT订阅消息的开始符号
{
char mqttMessage[100];
int i = 0;
while (receivedData != '\n') // 持续接收消息内容直到换行符
{
receivedData = USART1_ReceiveByte();
mqttMessage[i++] = receivedData;
}
processMQTTMessage(mqttMessage);
}
}
}
// 主程序循环中的调用
void mainLoop()
{
receiveAndProcessMQTTMessage();
}
三、温度监测与远程控制系统框架
1.配置串口通信
// 温度传感器引脚定义
#define TEMPERATURE_SENSOR_GPIO GPIOA
#define TEMPERATURE_SENSOR_PIN GPIO_PIN_0
// 初始化温度传感器IO口
void Temperature_Sensor_Init()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = TEMPERATURE_SENSOR_PIN;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
HAL_GPIO_Init(TEMPERATURE_SENSOR_GPIO, &GPIO_InitStruct);
}
// 获取温度传感器数据
float Get_Temperature()
{
ADC_ChannelConfTypeDef sConfig;
uint16_t adcRawData;
float temperature;
// 配置ADC通道和转换参数
sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
sConfig.Rank = 1;
sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
sConfig.SingleDiff = ADC_SINGLE_ENDED;
sConfig.OffsetNumber = ADC_OFFSET_NONE;
sConfig.Offset = 0;
// 启动ADC转换
HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
HAL_ADC_Start(&hadc1);
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10);
// 读取ADC转换值
adcRawData = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
// 根据ADC转换值计算温度
// ...
return temperature;
}
2.配置ESP8266作为MQTT客户端（AT指令方式）
// 使用STM32向ESP8266发送AT指令设置MQTT参数
void Configure_ESP8266_MQTT()
{
USART1_SendString("AT+CWMODE=1\r\n"); // 设置为Station模式
USART1_SendString("AT+CWJAP=\"SSID\",\"password\"\r\n"); // 连接WiFi网络
USART1_SendString("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"mqtt_server_ip\",1883\r\n"); // 连接MQTT服务器
USART1_SendString("AT+MQTTUSERCONFIG=0,\"username\",\"password\"\r\n"); // 设置MQTT用户名和密码
USART1_SendString("AT+MQTTCLIENTCONFIG=0,\"client_id\",300,0\r\n"); // 配置MQTT客户端ID和心跳时间
}
3. STM32作为MQTT发布者将温度数据发送到MQTT服务器
// 将温度数据通过ESP8266发送到MQTT服务器
void Publish_Temperature(float temperature)
{
char buffer[50];
sprintf(buffer, "%.2f", temperature); // 将浮点数转换为字符串
// 构建MQTT发布消息
char mqttMessage[100];
sprintf(mqttMessage, "AT+MQTTPUBLISH=0,\"topic\",\"%s\"\r\n", buffer);
// 发送MQTT发布消息
USART1_SendString(mqttMessage);
}
// 主程序循环中的调用
void Main_Loop()
{
float temperature = Get_Temperature();
Publish_Temperature(temperature);
}
4.STM32作为MQTT订阅者接收并处理温度数据
// 处理收到的MQTT订阅消息
void Process_MQTT_Message(char* topic, char* message)
{
if (strcmp(topic, "temperature") == 0)
{
float temperature = atof(message); // 将字符串转换为浮点数
// 温度处理逻辑
// ...
}
}
// 接收并处理ESP8266接收到的MQTT订阅消息
void Receive_And_Process_MQTT_Message()
{
while (1)
{
char receivedData = USART1_ReceiveByte();
if (receivedData == '+') // 收到MQTT订阅消息的开始符号
{
char mqttTopic[50], mqttMessage[100];
int i = 0;
// 解析MQTT主题
while (receivedData != ',')
{
receivedData = USART1_ReceiveByte();
mqttTopic[i++] = receivedData;
}
mqttTopic[i - 1] = '\0';
// 解析MQTT消息内容
receivedData = USART1_ReceiveByte();
i = 0;
while (receivedData != '\n')
{
receivedData = USART1_ReceiveByte();
mqttMessage[i++] = receivedData;
}
mqttMessage[i - 1] = '\0';
Process_MQTT_Message(mqttTopic, mqttMessage);
}
}
}
// 主程序循环中的调用
void Main_Loop()
{
Receive_And_Process_MQTT_Message();
}
总结
STM32微控制器与ESP8266无线模块的结合为物联网应用提供了强大的通信能力。借助MQTT协议作为通信协议，实现了可靠、灵活和高效的设备间通信。这种组合具有广泛的应用前景，能够支持各种物联网场景的开发和实施。
通过STM32与ESP8266的MQTT协议在物联网应用中的应用案例，我们可以看到其在实现远程监测、远程控制和数据交互等方面的优势。随着物联网技术的不断发展和成熟，这种组合将继续为物联网应用提供强大的支持，并推动物联网技术的进一步创新和应用。
