ESP8266网络通信实验之经典方法

第一：【实验目的】

1. 通过esp8266模块，单片机工作环境中所用到的任何传感器信息，如温湿度、光照强度、土壤湿度、水温等，过wifi上传到服务器。而且我们只需要登录服务器，我们就可以在家里或其他地方观察信息，实现单片机数据的上报。
2. 通过esp8266模块，单片机能接收到我们在云端发送的数据，实现对单片机的远程控制功能。

第二：【实验原理】

外观尺寸                                      

                                                                           图一

1. 管脚定义

                                                                           图二

1. 应用电路

                                                                          图三

1. 通信原理

4.1建立wifi

 ESP8266 WIFI 模块工作于SoftAP+Station 模式即建立了一个 WiFi 热点并建立一个TCP SEVER,IP 地址为:192.168.4.1,端口:5000。

 安卓手机连接到 ESP8266 的热点后,通过网络调试软件,建立一个 TCP CLIENT与 ESP8266 的 TCP SEVER 进行通信。

注:简单的说TCP 协议的通信过程至少需要建立一个 TCP SEVER(TCP 服务器),然后 TCP CLIENT(TCP 客户端)与 TCP SEVER 建立连接后，即可进行数据通信。

4.2连接wifi（本实验重点）

ESP8266 WIFI 模块工作于Station 模式，在此模式下， 模块相当于一个客户端， 可以链接到其他路由器发出的 WIFI 信号。

常用指令：

1.查询指令：AT+CWMODE_CUR?   查询 ESP8266 当前 Wi-Fi 模式。

2. 设置指令：AT+CWJAP_CUR=<ssid>,<pwd>,[<bssid>][,<pci_en>]    设置 ESP8266 Station 需连接的 AP

1. 【实验步骤】

1.按图完成esp8266模块与单片机的接线

2.完成相应的固件烧录

  2.1  固件下载

用浏览器打开安信可公司提供的AT固件汇总（下载需要的AT固件）              

链接：​​AT固件汇总 | 安信可科技​​

1. 烧录工具

用浏览器打开安信可公司提供的开发工具清单（下载烧录WIFI固件工具）

链接：​​开发工具清单 | 安信可科技​​

1. 固件烧录

1. 硬件连接成下载模式（接线方式见图二）
2. 固件准备

下载、解压并执行 ESPFlashDownloadTool_vx.xx.xx.exe，将弹出如下界面。黑窗可以查看烧录过程的一些信息，另一个为登录界面，用来选择相应芯片的下载界面。

1. 烧录

加入自己下载的固件，点击“START”按钮开始烧录：等待烧录完成。

固件烧写软件配置参数说明如下:

固件烧录完成，将接线接回运行模式

1. 完成云平台的创建

创建产品

使用物联网平台的第一步：在控制台创建产品。产品是设备的集合，通常是一组具有相同功能定义的设备集合。例如：产品指同一个型号的产品，设备就是该型号下的某个设备。

步骤一：登录物联网平台设备

1. 用浏览器打开阿里云首页：链接https://iot.console.aliyun.com/lk/summary/new

并点击右上方控制台。打开网页。

1. 登录，使用自己淘宝账号登录即可
2. 开通物联网平台并点击进去，如图3.1所示：

图3.1 开通物联网平台

步骤一：在左侧导航栏，选择设备管理 > 产品，单击创建产品。

步骤二：根据页面提示填写产品信息（如图3.2所示），然后单击保存。

图3.2 填写相关信息

页面参数设置如表3.1所示：

表3.1页面参数设置说明：

产品创建成功后，页面自动跳转回产品列表页面。

产品物理模型自定义（功能定义）

物模型指将物理空间中的实体数字化，并在云端构建该实体的数据模型。在物联网平台中，定义物模型即定义产品功能。完成功能定义后，系统将自动生成该产品的物模型。物模型描述产品是什么，能做什么，可以对外提供哪些服务。

物模型，简称TSL，即Thing Specification Language。是一个JSON格式的文件。它是物理空间中的实体，如传感器、车载装置、楼宇、工厂等在云端的数字化表示，从属性、服务和事件三个维度，分别描述了该实体是什么，能做什么，可以对外提供哪些信息。定义了这三个维度，即完成了产品功能的定义。

物模型将产品功能类型分为三类：属性、服务、和事件。定义了这三类功能，即完成了物模型的定义。表3.2是对相关功能类型的说明：

表3.2 功能类型说明

创建单个设备

在左侧导航栏，选择设备管理 > 设备，在产品下添加设备，操作如图3.3所示：

总结

本章主要是讲解了创建一个阿里云产品，这是为了后续MQIT接入阿里云做准备，读者只需按照步骤创建自己的阿里云产品即可。

图3.3 创建单个设备

确定后弹出来的设备证书信息（ProductKey、DeviceName和DeviceSerect）后面接入该平台需要用到，请记录保存下来。不小心关闭也没关系，在产品设备中能找到。设备证书界面如图3.4所示：

图3.4 查看设备证书

相关参数说明在表3.3中

表3.3 设备证书中相关参数说明

之后，可以在设备列表中，单击设备对应的查看按钮，进入设备详情页设备信息页签下，查看设备信息。

4.使用MQTT.fx接入物联网平台

4.1前提条件

已在​​物联网平台控制台​​​创建产品和设备，并获取设备证书信息（ProductKey、DeviceName和DeviceSerect）。创建产品和设备具体操作细节，请参考​​创建产品​​​、​​单个创建设备​​​和​​批量创建设备​​。

上文创建的产品设备后设备证书信息如下（下文将以此作为示例做讲解）：

  "ProductKey": "a14ayJGOfy7",

  "DeviceName": "XYD_LOCK",

  "DeviceSecret": "ch4UVyPXhAOdFwWYGbfWMw6G6ztxbTir"

       4.2使用MQTT.fx接入

1. 下载并安装MQTT.fx软件。请访问​​MQTT.fx官网​​。
2. 打开MQTT.fx软件，单击设置图标。如图20.2.1所示：

图20.2.1 MQTT.fx设置图标

1. 设置连接参数。物联网平台目前支持两种连接模式，不同模式设置参数不同。

TCP直连：Client ID中​​securemode=3​​，无需设置SSL/TLS信息。

TLS直连：Client ID中​​securemode=2​​，需要设置SSL/TLS信息。

• 设置基本信息，如图20.2.2所示：

图20.2.2 设置基本信息

设置基本信息相关参数说明如表20.2.1所示

表20.2. 1设置基本信息相关参数说明

• 单击User Credentials，设置User Name和Password。如图20.2.3所示

图20.2.3设置用户名和密码

用户相关信息说明如表20.2.2所示：

表20.2.2用户相关信息说明

• Password生成工具

打开“软件工具\mqttfx\mqtt签名工具\sign.html”,按照上文参数规则填入信息后点击生成，如图20.2.4所示：

图20.2.4 密码生成配置

• 最终得到

User Name:XYD_LOCK&a14ayJGOfy7

Password:9CE77B5B8E383FFEF3C0C4BE15497D5BE1A4D6D0

这两个在后面进行MQTT连接时需要用到。

• （可选）TCP直连模式（即​​securemode=3​​）下，无需设置SSL/TLS信息，直接进入下一步。

TLS直连模式（即​​securemode=2​​）下，需要选择SSL/TLS，勾选 Enable SSL/TLS，设置Protocol。建议Protocol选择为TLSv1.2。设置如图20.2.5所示：

                               图20.2.5 设置TCP直连模式

填写完成后，单击OK。

1. 设置完成后，单击Connect进行连接。如图20.2.6所示

图20.2.6 连接示意图

4.3下行通信测试

从物联网平台发送消息，在MQTT.fx上接收消息，测试MQTT.fx与物联网平台连接是否成功 。

1. 在MQTT.fx上，单击Subscribe。
2. 输入一个设备具有订阅权限的Topic，单击Subscribe，订阅这个Topic。如图20.3.1所示

图20.3.1订阅Topic

订阅成功后，该Topic将显示在列表中。如图20.3.2所示

图20.3.2 查看一订阅的Topic

1. 在​​物联网平台控制台​​中，该设备的设备详情页，Topic列表下，单击已订阅的Topic对应的发布消息操作按钮。
2. 输入消息内容，单击确认。如图20.3.3所示：

图20.3.3 下行发送消息示例

1. 回到MQTT.fx上，查看是否接收到消息。如图20.3.4所示：

图20.3.4 下行通信接收消息示例

4.4上行通信测试

在MQTT.fx上发送消息，通过查看设备日志，测试MQTT.fx与物联网平台连接是否成功 。

1. 在MQTT.fx上，单击Publish。
2. 输入一个设备具有发布权限的Topic，和要发送的消息内容，单击Publish，向这个Topic推送一条消息。如图20.4.1所示：

图20.4.1 上行通信发送消息示例

1. 在​​物联网平台控制台​​中，该设备的设备详情 > 日志服务 > 上行消息分析栏下，查看上行消息。您还可以复制MessageID，在消息内容查询中，选择原始数据查看具体消息内容。

4.5查看日志

在MQTT.fx上，单击Log查看操作日志和错误提示日志。如图20.5所示

图20.5 查看日志

现在本地端如果想要连接上网页端（MQTT协议）

第一步：先让设备能联网

第二步，使用这个联网设备来发送对应的连接到阿里云平台的参数

第三步：订阅一个具有订阅权限topic，网页端就可以使用这个topic来发送数据给设备

第四步：选择一个具有发布权限的topic，再把数据上传到网页端

5.核心代码实现（STM32f407VGT6为例）

5.1 ESP8266的连接与订阅

void ESP8266_Connet(void)
{
       u8 errorCode;
       UART4_Init(115200);
       ESP8266_TcpInit();

//修改成自己的WiFi名和WiFi密码
       ESP8266_Wificonnect((uint8_t *)"Mi 10",(uint8_t*)"12345678"); 
     //自己MQTT的broker Address

       ESP8266_Severconnect((uint8_t *)"h0jpzgOH9rd.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com");
       errorCode = ESP8266_SendandReceive((uint8_t *)"AT+CIPSEND\r\n",(uint8_t *)"OK");
       if(!errorCode)
       {
              _mqtt.Init(rxbuf,0,txbuf,0);
             
              //MQTT连接
              //修改成自己MQTT的Client ID,User Name和在mqtt工具中生成的签名代码
              errorCode=_mqtt.Connect("ESP8266|securemode=3,signmethod=hmacsha1|",
              "HZL_BS&h0jpzgOH9rd",
              "8A71EC003C918FED63578E81D5C7C02EDBAA9485");
printf("55555");           
              if(errorCode==1){
                     printf("MQTT接入成功\r\n");
         //自己的Subscribe地址
              errorCode=_mqtt.SubscribeTopic("/sys/h0jpzgOH9rd/HZL_BS/thing/service/property/set",0,1);//订阅
                     if(errorCode==1)
                     {
                            printf("MQTT订阅成功\r\n");
                     }
              }
       }
}

5.2 ESP8266数据发送

void ESP8266_Send(void)
{
       uint8_t score[] = "A:97   B:122";
       uint8_t foul[] = "A:6   B:9";
       uint8_t win[] = "B:win";

       char string[520] = {0};
//按物模型通信的结构发送信息
       sprintf(string, "{\"method\":\"thing.service.property.set\",\"id\":\"1948364543\",\"params\":{\"foul\":\"%s\",\"score\":\"%s\",\"win\":\"%s\"},\"version\":\"1.0.0\"}",foul,score,win);               
       printf("%s\r\n",string);
//自己的Publish地址
       _mqtt.PublishData("/sys/h0jpzgOH9rd/HZL_BS/thing/event/property/post",string,0);
}

5.3 ESP8266数据接收

//通过接受中断来接收云上发来的数据
void UART4_IRQHandler(void)
{
       uint8_t temp;
       if(USART_GetITStatus(UART4,USART_IT_RXNE))
       {
              //清除接收中断标志
              temp = USART_ReceiveData(UART4);
              if(temp == 0)
              {
                     esp8266rec.buff[esp8266rec.len++] = ' ';
              }
              else
              {
                     esp8266rec.buff[esp8266rec.len++] = temp;
              }           
       }
       else if(USART_GetITStatus(UART4,USART_IT_IDLE))//空闲中断
       {
              //清除空闲中断标志
              temp = UART4->SR;
              temp = UART4->DR;
              temp = temp;
             
              esp8266rec.buff[esp8266rec.len] = '\0';
              esp8266rec.len = 0;
              esp8266rec.flag= 1;
              printf("%s", esp8266rec.buff);
       }
}

1. 【实验现象】