一、环境介绍
单片机采用：STM32F103C8T6
上网方式：采用ESP8266，也可以使用其他设备代替，只要支持TCP协议即可。比如：GSM模块、有线网卡等。
开发软件：keil5
物联网平台: 腾讯IOT物联网物联网平台。腾讯的物联网平台比起其他厂家的物联网平台更加有优势，腾讯物联网平台可以将数据推到微信小程序上，用户可以直接使用小程序绑定设备，完成与设备之间交互，现在用户基本都会使用微信，所以使用起来非常方便。
本文章配套使用的STM32设备端完整源代码下载地址: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/18785807
STM32+ESP8266使用MQTT协议连接OneNET 中国移动物联网开发平台：https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/107385118
STM32+ESP8266使用MQTT协议连接阿里云物联网开发平台：https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/107311897
二、功能介绍
本文章接下会介绍如何在腾讯物联网平台上创建设备、配置设备、推送到微信小程序、并编写STM32设备端代码，使用ESP8266联网登录腾讯物联网平台，完成数据交互。
功能: STM32采集环境温度、湿度、光照强度实时上传至物联网平台，在微信小程序页面上，用户可以实时查看这些数据，并且可以通过界面上的按钮控制设备端的电机、LED灯的开关，完成数据上传和远程控制。
说明: STM32设备端所有代码均有自己全部编写，没有使用任何厂家的SDK，MQTT协议也是参考MQTT官方文档编写；ESP8266也没有使用任何专用固件，所以代码的移植性非常高。 任何能够联网的设备都可以参考本篇文章代码连接腾讯物联网平台，达到相同的效果。
三、登录腾讯物联网平台创建设备
腾讯云官网: https://cloud.tencent.com/
下面是手机上的截图：操作过程
现在设备是离线状态,是无法查看的，接下来就使用MQTT客户端模拟设备，登录测试。
四、使用MQTT客户端模拟设备--测试
4.1 下载MQTT客户端
MQTT客户端可执行文件下载地址(.exe): https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/18784012
这个MQTT客户端采用QT开发，如果需要了解它的源码，请看这里： https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/116779490
4.2 查看物联网平台端口号与域名(IP地址)
官方文档: https://cloud.tencent.com/document/product/634/32546
通过这里得到信息: 如果是广州域的设备(其实哪里都一样,只是服务器距离的远近)，就填入 <产品ID>.iotcloud.tencentdevices.com ，端口号是 1883(这是密匙认证的端口号，如果是证书认证就是另一个)。
查看产品ID的方法：
得打产品ID之后，那么要连接我的设备，域名就填: 8O76VHCU7Y.iotcloud.tencentdevices.com 端口就填: 1883
由于我的测试用的MQTT客户端不支持域名输入，只支持IP地址输入，所有我这里需要先将域名转为IP地址在进行下面的测试，ESP8266内部支持域名解析的，所有可以直接输入域名即可，不需要做这一步。
在线解析域名的网址： https://site.ip138.com/8O76VHCU7Y.iotcloud.tencentdevices.com/
得到广州腾讯云的IP地址为: 106.55.124.154
4.3 生成MQTT登录参数
就像我们登录QQ、登录微信需要账号密码一样，设备登录物联网平台也需要类似的东西。
官方文档地址： https://cloud.tencent.com/document/product/634/32546
上面需要的参数，在设备调试页面，点击具体的设备进行查看：
Python源代码：
#!/usr/bin/python # -*- coding: UTF-8 -*- import base64 import hashlib import hmac import random import string import time import sys # 生成指定长度的随机字符串 def RandomConnid(length): return ''.join(random.choice(string.ascii_uppercase + string.digits) for _ in range(length)) # 生成接入物联网通信平台需要的各参数 def IotHmac(productID, devicename, devicePsk): # 1. 生成 connid 为一个随机字符串，方便后台定位问题 connid = RandomConnid(5) # 2. 生成过期时间，表示签名的过期时间,从纪元1970年1月1日 00:00:00 UTC 时间至今秒数的 UTF8 字符串 expiry = int(time.time()) + 30*24*60 * 60 # 3. 生成 MQTT 的 clientid 部分, 格式为 ${productid}${devicename} clientid = "{}{}".format(productID, devicename) # 4. 生成 MQTT 的 username 部分, 格式为 ${clientid};${sdkappid};${connid};${expiry} username = "{};12010126;{};{}".format(clientid, connid, expiry) # 5. 对 username 进行签名，生成token secret_key = devicePsk.encode('utf-8') # convert to bytes data_to_sign = username.encode('utf-8') # convert to bytes secret_key = base64.b64decode(secret_key) # this is still bytes token = hmac.new(secret_key, data_to_sign, digestmod=hashlib.sha256).hexdigest() # 6. 根据物联网通信平台规则生成 password 字段 password = "{};{}".format(token, "hmacsha256") return { "clientid" : clientid, "username" : username, "password" : password } if __name__ == '__main__': # 参数分别填入: 产品ID,设备名称,设备密匙 print(IotHmac("8O76VHCU7Y","SmartAgriculture","OHXqYLklNBU4xLqqoZbXMQ=="))
得到的登录信息如下：
clientid: 8O76VHCU7YSmartAgriculture username: 8O76VHCU7YSmartAgriculture;12010126;J4MCD;1623766532 password: a962b484079864239148b255281d54372aa66247aa8d6259d11aa6fef650fd5b;hmacsha256
4.4 了解主题上报和订阅的格式
登录之前需要先了解如何订阅设备的主题和上报的数据流格式。
如果设备端想要得到APP页面的按钮状态就需要订阅属性下发和属性上报的响应，主题格式就是这样的：
格式: $thing/down/property/8O76VHCU7Y/设备名称 示例: $thing/down/property/8O76VHCU7Y/SmartAgriculture
如果设备端想要像APP页面上传数据，那么就需要使用属性上报--发布主题：
格式: $thing/up/property/8O76VHCU7Y/${deviceName} 示例: $thing/up/property/8O76VHCU7Y/SmartAgriculture
设备端向APP页面上报属性时，需要上传具体的数据，数据流的格式如下：
官方文档: https://cloud.tencent.com/document/product/1081/34916
比如： 我的产品里有温度、湿度、电机三个设备，我可以选择一次上传3个设备的信息，数据格式就这样写：
{"method":"report","clientToken":"123","params":{"temperature":20.23,"humidity":50,"Motor":1}}
其中: "temperature"、"humidity"、"Motor" 是设备的标识符，根据自己的情况修改，冒号后面就是给这个设备上传的具体数据。
4.5 使用MQTT客户端登录设备测试
万事俱备，下面就使用MQTT客户端进行登录测试。
MQTT客户端操作步骤：
1. 填写相关参数
2. 点击登录
3. 订阅主题
4. 发布主题
5. 去APP页面查看信息
已经收到MQTT客户端上传的数据，点击按钮，MQTT客户端也会收到按钮下发的数据。
五、STM32设备端代码
本文章配套使用的STM32设备端完整源代码下载地址: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/18785807
5.2 连接状态
STM32设备上按下按键后，手机打开微信小程序可以看到实时上传的数据，速度非常快。
#include "stm32f10x.h" #include "led.h" #include "delay.h" #include "key.h" #include "usart.h" #include <string.h> #include "timer.h" #include "bluetooth.h" #include "esp8266.h" #include "mqtt.h" //腾讯物联网服务器的设备信息 #define MQTT_ClientID "8O76VHCU7YSmartAgriculture" #define MQTT_UserName "8O76VHCU7YSmartAgriculture;12010126;J4MCD;1623766532" #define MQTT_PassWord "a962b484079864239148b255281d54372aa66247aa8d6259d11aa6fef650fd5b;hmacsha256" //订阅与发布的主题 #define SET_TOPIC "$thing/down/property/8O76VHCU7Y/SmartAgriculture" //订阅 #define POST_TOPIC "$thing/up/property/8O76VHCU7Y/SmartAgriculture" //发布 char mqtt_message[200];//上报数据缓存区 int main() { u32 time_cnt=0; u32 i; u8 key; LED_Init(); BEEP_Init(); KEY_Init(); USART1_Init(115200); TIMER1_Init(72,20000); //超时时间20ms USART2_Init(9600);//串口-蓝牙 TIMER2_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"); if(ESP8266_Init()) { USART1_Printf("ESP8266硬件检测错误.\n"); } else { //加密端口 //USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode("OnePlus5T","1126626497","183.230.40.16",8883,1)); //非加密端口 USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode("CMCC-Cqvn","99pu58cb","106.55.124.154",1883,1)); } //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"); } while(1) { key=KEY_Scan(0); if(key==2) { time_cnt=0; sprintf(mqtt_message,"{\"method\":\"report\",\"clientToken\":\"123\",\"params\":{\"temperature\":20.23,\"humidity\":50,\"Motor\":1}}"); MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0); USART1_Printf("发送状态1\r\n"); } else if(key==3) { time_cnt=0; sprintf(mqtt_message,"{\"method\":\"report\",\"clientToken\":\"123\",\"params\":{\"temperature\":10.23,\"humidity\":60,\"Motor\":0}}"); MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0); USART1_Printf("发送状态0\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]); } 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) { MQTT_SentHeart();//发送心跳包 time_cnt=0; } } }
5.4 mqtt.c
#include "mqtt.h" u8 *mqtt_rxbuf; u8 *mqtt_txbuf; u16 mqtt_rxlen; u16 mqtt_txlen; u8 _mqtt_txbuf[256];//发送数据缓存区 u8 _mqtt_rxbuf[256];//接收数据缓存区 typedef enum { //名字 值 报文流动方向 描述 M_RESERVED1 =0 , // 禁止 保留 M_CONNECT , // 客户端到服务端 客户端请求连接服务端 M_CONNACK , // 服务端到客户端 连接报文确认 M_PUBLISH , // 两个方向都允许 发布消息 M_PUBACK , // 两个方向都允许 QoS 1消息发布收到确认 M_PUBREC , // 两个方向都允许 发布收到（保证交付第一步） M_PUBREL , // 两个方向都允许 发布释放（保证交付第二步） M_PUBCOMP , // 两个方向都允许 QoS 2消息发布完成（保证交互第三步） M_SUBSCRIBE , // 客户端到服务端 客户端订阅请求 M_SUBACK , // 服务端到客户端 订阅请求报文确认 M_UNSUBSCRIBE , // 客户端到服务端 客户端取消订阅请求 M_UNSUBACK , // 服务端到客户端 取消订阅报文确认 M_PINGREQ , // 客户端到服务端 心跳请求 M_PINGRESP , // 服务端到客户端 心跳响应 M_DISCONNECT , // 客户端到服务端 客户端断开连接 M_RESERVED2 , // 禁止 保留 }_typdef_mqtt_message; //连接成功服务器回应 20 02 00 00 //客户端主动断开连接 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}; void MQTT_Init(void) { //缓冲区赋值 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); //无条件先主动断开 MQTT_Disconnect(); delay_ms(100); MQTT_Disconnect(); delay_ms(100); } /* 函数功能: 登录服务器 函数返回值: 0表示成功 1表示失败 */ 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; //可变报头+Payload 每个字段包含两个字节的长度标识 DataLen = 10 + (ClientIDLen+2) + (UsernameLen+2) + (PasswordLen+2); //固定报头 //控制报文类型 mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x10; //MQTT Message Type CONNECT //剩余长度(不包括固定头部) 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 ); //可变报头 //协议名 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 //协议级别 mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4; // MQTT Protocol version = 4 对于 3.1.1 版协议，协议级别字段的值是 4(0x04) //连接标志 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 保活时间 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; } 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) { memcpy((char *)mqtt_rxbuf,USART3_RX_BUFFER,USART3_RX_CNT); //memcpy for(i=0;i<USART3_RX_CNT;i++)USART1_Printf("%#x ",USART3_RX_BUFFER[i]); USART3_RX_FLAG=0; USART3_RX_CNT=0; } //CONNECT if(mqtt_rxbuf[0]==parket_connetAck[0] && mqtt_rxbuf[1]==parket_connetAck[1]) //连接成功 { return 0;//连接成功 } } return 1; } /* 函数功能: MQTT订阅/取消订阅数据打包函数 函数参数: topic 主题 qos 消息等级 0:最多分发一次 1: 至少分发一次 2: 仅分发一次 whether 订阅/取消订阅请求包 (1表示订阅,0表示取消订阅) 返回值: 0表示成功 1表示失败 */ 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);//可变报头的长度（2字节）加上有效载荷的长度 //固定报头 //控制报文类型 if(whether)mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x82; //消息类型和标志订阅 else mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xA2; //取消订阅 //剩余长度 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 ); //可变报头 mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0; //消息标识符 MSB mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x0A; //消息标识符 LSB //有效载荷 mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topiclen);//主题长度 MSB mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topiclen);//主题长度 LSB memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],topic,topiclen); mqtt_txlen += topiclen; if(whether) { mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = qos;//QoS级别 } 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) { memcpy((char *)mqtt_rxbuf,(char*)USART3_RX_BUFFER,USART3_RX_CNT); USART3_RX_FLAG=0; USART3_RX_CNT=0; } if(mqtt_rxbuf[0]==parket_subAck[0] && mqtt_rxbuf[1]==parket_subAck[1]) //订阅成功 { return 0;//订阅成功 } } } return 1; //失败 } //MQTT发布数据打包函数 //topic 主题 //message 消息 //qos 消息等级 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; //有效载荷的长度这样计算：用固定报头中的剩余长度字段的值减去可变报头的长度 //QOS为0时没有标识符 //数据长度 主题名 报文标识符 有效载荷 if(qos) DataLen = (2+topicLength) + 2 + messageLength; else DataLen = (2+topicLength) + messageLength; //固定报头 //控制报文类型 mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x30; // MQTT Message Type PUBLISH //剩余长度 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);//主题长度MSB mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topicLength);//主题长度LSB memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],topic,topicLength);//拷贝主题 mqtt_txlen += topicLength; //报文标识符 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); }