目录

  • ESP8266简介
  • ESP_01引脚图
  • ESP_01引脚介绍
  • ESP_01 AT指令简介
  • MQTT简介
  • MQTT协议部分报文格式
  • 请求连接报文
  • 确认链接报文
  • 订阅消息报文
  • 订阅确认报文
  • 发表消息报文
  • 发布确认
  • 模块构成
  • MQTT协议实现
  • ESP—01实现 MQTT协议的步骤
  • 初始化ESP—01
  • 连接到WiFi热点
  • 连接到MQTT服务器
  • 登录MQTT服务器
  • 订阅一个主题
  • 发送一条消息
  • 接收订阅的主题更新的消息
  • 结束语


ESP8266简介

ESP_01引脚图

智能家居自动化代码 智能家居设计代码_嵌入式

ESP_01引脚介绍

引脚

功能

工作时接线

3V3

3.3V供电，不要使用5V

3.3V

RX

串口接收端

MCU：TX

RST

外部复位引脚

NC

IO0

I/O口0，状态：悬空：Flash下载模式或工作模式；下拉：串口下载模式

NC

EN

使能端口：高电平工作，低电平不工作

3.3V

IO2

I/O口2，开机上电是禁止下拉，默认高电平

NC

TX

串口发送端

MCU：RX

GND

电源地线

GND

ESP_01 AT指令简介

功能

AT指令

工作模式设置

AT+CWMODE=2 # 1-Station 模式，2-AP 模式，3-AP & Station 模式

重启

AT+RST

查询周围热点

AT+CWLAP

连接到热点

AT+CWJAP=“HOTPOINT”,“1234”

查询已连接的热点

AT+CWJAP?

查询自身IP

AT+CIFSR

连接到TCP服务器

AT+CIPSTART=“TCP”,“192.168.1.100”,8080

发送数据

AT+CIPSEND=4 \n数据

开启透传模式

AT+CIPMODE=1

开始透传

AT+CIPSEND

退出透传

+++

MQTT简介

MQTT协议部分报文格式

请求连接报文

请求连接报文格式

报文头

遗嘱主题

遗嘱消息

用户名

密码

连接请求报文头格式

Bits

Data

说明

byte1

0x16

固定报头

byte2

剩余长度

byte1~byte5

协议类型

byte7

0x04

协议级别

byte8

连接标志

byte9~byte10

保持链接

协议类型格式

Bits

7

6

5

4

3

2

1

0

MSB

0

0

0

0

0

0

0

0

LSB

0

0

0

0

0

1

0

0

M

0

1

0

0

1

1

0

1

Q

0

1

0

1

0

0

0

1

T

0

1

0

1

0

1

0

0

T

0

1

0

1

0

1

0

0

连接标志格式

byte

User Name Flag

Password Flag

Will Retain

Will Qos

Will Qos

Will Flag

Claen Session

Reserved

保持链接标志：两个字节的数据，代表的是连接心跳的时间。

链接标志格式

保持链接 Keep Alive MSB

保持链接 Keep Alive LSB

确认链接报文

确认链接报文格式

Bits

7

6

5

4

3

2

1

0

说明

byte1

0

0

1

0

0

0

0

0

固定报头

byte2

0

0

0

0

0

0

1

0

剩余长度

byte3

0

0

0

0

0

0

0

Session Present

连接确认标志

byte4

x

x

x

x

x

x

x

x

连接返回码

订阅消息报文

订阅消息报文格式

Bits

7

6

5

4

3

2

1

0

说明

byte1

1

0

0

0

0

0

1

0

固定报头

byte2

剩余长度（最多4字节）

byte3-byte4

报文标识符

bytex

有效载荷

报文标识符格式

描述

报文标识符

byte1

MSB（0）0x00

byte2

LSB（0） 0x01

有效载荷格式

描述

主题过滤器

byte1

长度MSB

byte2

长度LSB

byte3~N

主题过滤器 Topic Filter

服务质量要求

byteN+1

0 0 0 0 0 0 X X

订阅确认报文

订阅确认报文格式

Bits

7

6

5

4

3

2

1

0

说明

byte1

1

0

0

1

0

0

0

0

固定报头

byte2

剩余长度

byte3~byte4

报文标识符

byteN

有效载荷

返回码格式

描述

7

6

5

4

3

2

1

0

返回码

x

0

0

0

0

0

x

x

返回码取值说明：

  • 0x00：最大QoS 0
  • 0x01：成功—最大QoS 1
  • 0x02：成功—最大QoS 2
  • ox80：Failure失败

发表消息报文

发表消息报文格式

结构

固定报头

剩余最大长度

可变报头

发布消息的内容(有效载荷=剩余长度-可变报头长度)

固定报头格式

Bits

7

6

5

4

3

2

1

0

byte1

0

0

1

1

DUP

QoS-H

QoS-

Retain

可变报头

Bits

说明

byte1

主题名

byte2

报文标识符（只有Qos等级为1/2时才有）

主题名格式

描述

7

6

5

4

3

2

1

0

主题名

byte1

length MSB

0

0

0

0

0

0

0

0

byte2

length LSB

0

0

0

0

0

0

1

1

byte3

a(0x61)

byte4

/(0x2F)

byte5

b(0x62)

报文标识符

byte6

MSB(0)

byte7

LSB(0)

发布确认

Bits

7

6

5

4

3

2

1

0

说明

byte1

0

1

0

0

0

0

0

0

固定报头

byte2

0

0

0

0

0

0

1

0

剩余长度

byte3~byte4

报

文

标

示

符

可变报头

模块构成

ESP01与STM32的USART1相连，组成WiFi模块。STM32的USART2与ZigBee网络的协调器相连，实现网络之间数据传输。

MQTT协议实现

ESP—01实现 MQTT协议的步骤

  • 初始化ESP—01
  • 连接到WiFi热点
  • 连接到MQTT服务器
  • 登录MQTT
  • 订阅一个主题
  • 发布一条消息
  • 接收订阅的主题更新的消息

初始化ESP—01

  1. 退出透传模式
  2. 检查ESP—01是否存在
  3. 关闭uart回显
uint8_t ESP8266_Init(void)
{
	ESP8266_ExitUnvarnishedTrans();		//退出透传
	HAL_Delay(500);
	ESP8266_ATSendString("AT+RST\r\n");
	HAL_Delay(800);
	if(ESP8266_Check()==0)              //使用AT指令检查ESP8266是否存在
	{
		return 0;
	}
	ESP8266_ATSendString("ATE0\r\n");     	//关闭回显 
	if(FindStr((char*)usart1_rxbuf,"OK",500)==0)  //设置不成功
	{
		return 0;      
	}
	return 1;                         //设置成功
}

连接到WiFi热点

使用AT指令连接到既定的热点

连接到MQTT服务器

调用连接到TCP服务器的指令连接到MQTT服务器，端口号为1883

登录MQTT服务器

请求登录报文格式为：协议头+主机名（长度+数据）+用户名（长度+数据）+密码（长度+数据）。

登录确认：得到登录确认报文后就证明登陆成功。

报文格式有点出入，但是除去个别变化外其余结构如上节所示。

uint8_t MQTT_Connect(char *ClientID,char *Username,char *Password)
{
	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
  usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 0x10;		//MQTT Message Type CONNECT
	//剩余长度(不包括固定头部)
	do
	{
		uint8_t 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;
		usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = encodedByte;
	}while ( DataLen > 0 );
    	
	//可变报头
	//协议名
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 0;        		// Protocol Name Length MSB    
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 4;        		// Protocol Name Length LSB    
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 'M';        	// ASCII Code for M    
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 'Q';        	// ASCII Code for Q    
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 'T';        	// ASCII Code for T    
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 'T';        	// ASCII Code for T    
	//协议级别
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 4;        		// MQTT Protocol version = 4    
	//连接标志
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 0xc2;        	// conn flags 
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 0;        		// Keep-alive Time Length MSB    
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 60;        	// Keep-alive Time Length LSB  60S心跳包  

	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = BYTE1(ClientIDLen);// Client ID length MSB    
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = BYTE0(ClientIDLen);// Client ID length LSB  	
	memcpy(&usart1_txbuf[MQTT_TxLen],ClientID,ClientIDLen);
	MQTT_TxLen += ClientIDLen;
	
	if(UsernameLen > 0)
	{   
		usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = BYTE1(UsernameLen);		//username length MSB    
		usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = BYTE0(UsernameLen);    	//username length LSB    
		memcpy(&usart1_txbuf[MQTT_TxLen],Username,UsernameLen);
		MQTT_TxLen += UsernameLen;
	}
	
	if(PasswordLen > 0)
	{    
		usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = BYTE1(PasswordLen);		//password length MSB    
		usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = BYTE0(PasswordLen);    	//password length LSB  
		memcpy(&usart1_txbuf[MQTT_TxLen],Password,PasswordLen);
		MQTT_TxLen += PasswordLen; 
	}    
	
	uint8_t cnt=2;
	uint8_t wait;
	while(cnt--)
	{
		memset(usart1_rxbuf,0,sizeof(usart1_rxbuf));
		MQTT_SendBuf(usart1_txbuf,MQTT_TxLen);
		wait=30;//等待3s时间
		while(wait--)
		{
			//CONNECT
			if(usart1_rxbuf[0]==parket_connetAck[0] && usart1_rxbuf[1]==parket_connetAck[1]) //连接成功			   
			{
				return 1;//连接成功
			}
			HAL_Delay(100);			
		}
	}
	return 0;
}

订阅一个主题

报文格式同上节所示，有限等待后得到确认报文后就证明登录成功。

uint8_t MQTT_SubscribeTopic(char *topic,uint8_t qos,uint8_t whether)
{    
	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) usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 0x82; //消息类型和标志订阅
	else	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 0xA2;    //取消订阅

	//剩余长度
	do
	{
		uint8_t 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;
		usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = encodedByte;
	}while ( DataLen > 0 );	
	
	//可变报头
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 0;				//消息标识符 MSB
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 0x01;           //消息标识符 LSB
	//有效载荷
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = BYTE1(topiclen);//主题长度 MSB
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = BYTE0(topiclen);//主题长度 LSB   
	memcpy(&usart1_txbuf[MQTT_TxLen],topic,topiclen);
	MQTT_TxLen += topiclen;

	if(whether)
	{
		usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = qos;//QoS级别
	}
	
	uint8_t cnt=2;
	uint8_t wait;
	while(cnt--)
	{
		memset(usart1_rxbuf,0,sizeof(usart1_rxbuf));
		MQTT_SendBuf(usart1_txbuf,MQTT_TxLen);
		wait=30;//等待3s时间
		while(wait--)
		{
			if(usart1_rxbuf[0]==parket_subAck[0] && usart1_rxbuf[1]==parket_subAck[1]) //订阅成功			   
			{
				return 1;//订阅成功
			}
			HAL_Delay(100);			
		}
	}
	if(cnt) return 1;	//订阅成功
	return 0;
}

发送一条消息

报文格式同上节所示。

uint8_t MQTT_PublishData(char *topic, char *message, uint8_t qos)
{  
	int topicLength = strlen(topic);    
	int messageLength = strlen(message);     
	static uint16_t 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
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = 0x30;    // MQTT Message Type PUBLISH  

	//剩余长度
	do
	{
		uint8_t 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;
		usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = encodedByte;
	}while ( DataLen > 0 );	
	
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = BYTE1(topicLength);//主题长度MSB
	usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = BYTE0(topicLength);//主题长度LSB 
	memcpy(&usart1_txbuf[MQTT_TxLen],topic,topicLength);//拷贝主题
	MQTT_TxLen += topicLength;
        
	//报文标识符
	if(qos)
	{
			usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = BYTE1(id);
			usart1_txbuf[MQTT_TxLen++] = BYTE0(id);
			id++;
	}
	memcpy(&usart1_txbuf[MQTT_TxLen],message,messageLength);
  MQTT_TxLen += messageLength;
        
	MQTT_SendBuf(usart1_txbuf,MQTT_TxLen);
  return MQTT_TxLen;
}

接收订阅的主题更新的消息

ESP—01收到数据后会通过串口发送到STM32，根据协议对数据进行拆包，将需要的数据进行转发。

结束语

以上介绍了ESP-01模块，使用到的ESP8266 的部分AT指令，MQTT协议的报文格式以及实际使用方法。关于MQTT协议的具体内容，我也是刚开始学习，如果有同学对于这里有问题或者有兴趣的话欢迎讨论学习。最后欢迎大神批评指导。