STM32HAL库++ESP8266+cJSON毗连阿里云物联网平台

实验利用资源：正点原子F1
  USART1：PA9P、A10（串口打印调试）
  USART3：PB10、PB11（WiFi模块）
  DHT11：PG11（采集数据、上报）
  LED0、1：PB5、PE5（先容命令，控制亮灭）
  显示屏（可有可无）
  HAL库创建工程

参考之前的博客：STM32CubeMX安装_stm32cubemx下载-CSDN博客
ESP8266固件烧录

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阿里云创建物模型

参考之前的博客：ESP8266毗连阿里云_esp8266+阿里云-CSDN博客
模块移植

   这里重要说usart模块和WiFi相关模块，其他模块的驱动很简单，不再描述
  usart模块

• 将【stm32f1xx_it.c】内里的void USART1_IRQHandler(void) 和void USART3_IRQHandler(void)函数注释掉
  

• 将下面的代码粘贴到【usart.c】中的最下面的/* USER CODE BEGIN 1 */和/* USER CODE END 1 */之间
  

1. /**
2. * @brief       ATK-MW8266D UART printf
3. * @param       fmt: 待打印的数据
4. * @retval      无
5. */
6. void atk_mw8266d_uart_printf(char *fmt, ...)
7. {
8.     va_list ap;
9.     uint16_t len;
10.    
11.     va_start(ap, fmt);
12.     vsprintf((char *)g_uart_tx_buf, fmt, ap);
13.     va_end(ap);
14.    
15.     len = strlen((const char *)g_uart_tx_buf);
16.     HAL_UART_Transmit(&huart3, g_uart_tx_buf, len, HAL_MAX_DELAY);
17. }
19. /**
20. * @brief       ATK-MW8266D UART重新开始接收数据
21. * @param       无
22. * @retval      无
23. */
24. void atk_mw8266d_uart_rx_restart(void)
25. {
26.     g_uart_rx_frame.sta.len     = 0;
27.     g_uart_rx_frame.sta.finsh   = 0;
28. }
30. /**
31. * @brief       获取ATK-MW8266D UART接收到的一帧数据
32. * @param       无
33. * @retval      NULL: 未接收到一帧数据
34. *              其他: 接收到的一帧数据
35. */
36. uint8_t *atk_mw8266d_uart_rx_get_frame(void)
37. {
38.     if (g_uart_rx_frame.sta.finsh == 1)
39.     {
40.         g_uart_rx_frame.buf[g_uart_rx_frame.sta.len] = '\0';
41.         return g_uart_rx_frame.buf;
42.     }
43.     else
44.     {
45.         return NULL;
46.     }
47. }
49. /**
50. * @brief       获取ATK-MW8266D UART接收到的一帧数据的长度
51. * @param       无
52. * @retval      0   : 未接收到一帧数据
53. *              其他: 接收到的一帧数据的长度
54. */
55. uint16_t atk_mw8266d_uart_rx_get_frame_len(void)
56. {
57.     if (g_uart_rx_frame.sta.finsh == 1)
58.     {
59.         return g_uart_rx_frame.sta.len;
60.     }
61.     else
62.     {
63.         return 0;
64.     }
65. }
68. void USART1_IRQHandler(void)
69. {
70. #if SYS_SUPPORT_OS                                                   /* 使用OS */
71.     OSIntEnter();
72. #endif
73.     HAL_UART_IRQHandler(&huart1);                               /* 调用HAL库中断处理公用函数 */
75.     while (HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)g_rx_buffer, RXBUFFERSIZE) != HAL_OK)     /* 重新开启中断并接收数据 */
76.     {
77.         /* 如果出错会卡死在这里 */
78.     }
80. #if SYS_SUPPORT_OS                                                   /* 使用OS */
81.     OSIntExit();
82. #endif
83. }
85. void USART3_IRQHandler(void)
86. {
87.   /* USER CODE BEGIN USART3_IRQn 0 */
89.   /* USER CODE END USART3_IRQn 0 */
90.   HAL_UART_IRQHandler(&huart3);
91.   /* USER CODE BEGIN USART3_IRQn 1 */
92.     uint8_t tmp;
93.    
94.     if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart3, UART_FLAG_ORE) != RESET)        /* UART接收过载错误中断 */
95.     {
96.         __HAL_UART_CLEAR_OREFLAG(&huart3);                           /* 清除接收过载错误中断标志 */
97.         (void)huart3.Instance->SR;                                   /* 先读SR寄存器，再读DR寄存器 */
98.         (void)huart3.Instance->DR;
99.     }
100.    
101.     if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart3, UART_FLAG_RXNE) != RESET)       /* UART接收中断 */
102.     {
103.         HAL_UART_Receive(&huart3, &tmp, 1, HAL_MAX_DELAY);           /* UART接收数据 */
104.         if (g_uart_rx_frame.sta.len < (256 - 1))   /* 判断UART接收缓冲是否溢出
105.                                                                              * 留出一位给结束符'\0'
106.                                                                              */
107.         {
108.             g_uart_rx_frame.buf[g_uart_rx_frame.sta.len] = tmp;             /* 将接收到的数据写入缓冲 */
109.             g_uart_rx_frame.sta.len++;                                      /* 更新接收到的数据长度 */
110.         }
111.         else                                                                /* UART接收缓冲溢出 */
112.         {
113.             g_uart_rx_frame.sta.len = 0;                                    /* 覆盖之前收到的数据 */
114.             g_uart_rx_frame.buf[g_uart_rx_frame.sta.len] = tmp;             /* 将接收到的数据写入缓冲 */
115.             g_uart_rx_frame.sta.len++;                                      /* 更新接收到的数据长度 */
116.         }
117.     }
118.    
119.     if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart3, UART_FLAG_IDLE) != RESET)       /* UART总线空闲中断 */
120.     {
121.         g_uart_rx_frame.sta.finsh = 1;                                      /* 标记帧接收完成 */
122.         
123.         __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart3);                          /* 清除UART总线空闲中断 */
124.     }
125.   /* USER CODE END USART3_IRQn 1 */
126. }

复制代码

• 在【usart.c】上面的的/* USER CODE BEGIN 0 */和/* USER CODE END 0 */之间参加下面的代码
  

1. #include <stdarg.h>
2. #include <stdio.h>
3. #include <string.h>
6. #if 1
7. #pragma import(__use_no_semihosting)            
8. //标准库需要的支持函数                 
9. struct __FILE
10. {
11.         int handle;
13. };
15. FILE __stdout;      
16. //定义_sys_exit()以避免使用半主机模式   
17. void _sys_exit(int x)
18. {
19.         x = x;
20. }
21. //重定义fputc函数
22. int fputc(int ch, FILE *f)
23. {      
24.         while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕   
25.     USART1->DR = (uint8_t) ch;      
26.         return ch;
27. }
28. #endif
30. uint8_t g_rx_buffer[RXBUFFERSIZE];  /* HAL库使用的串口接收缓冲 */

复制代码

• 在【usart.c】中的void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)函数中调整中断优先级，WiFi的usart3的高于串口的，同时添加usar使能
  

• 在【usart.h】中的/* USER CODE BEGIN Private defines */和/* USER CODE END Private defines */之间参加下面的代码
  

1. static struct
2. {
3.     uint8_t buf[256];              /* 帧接收缓冲 */
4.     struct
5.     {
6.         uint16_t len    : 15;                               /* 帧接收长度，sta[14:0] */
7.         uint16_t finsh  : 1;                                /* 帧接收完成标志，sta[15] */
8.     } sta;                                                  /* 帧状态信息 */
9. } g_uart_rx_frame = {0};                                    /* ATK-MW8266D UART接收帧缓冲信息结构体 */
10. static uint8_t g_uart_tx_buf[1024]; /* ATK-MW8266D UART发送缓冲 */
11. #define RXBUFFERSIZE   1                        /* 缓存大小 */

复制代码

• 在【usart.h】中的/* USER CODE BEGIN Prototypes */和/* USER CODE END Prototypes */之间参加下面的代码
  

1. void atk_mw8266d_uart_printf(char *fmt, ...);       /* ATK-MW8266D UART printf */
2. void atk_mw8266d_uart_rx_restart(void);             /* ATK-MW8266D UART重新开始接收数据 */
3. uint8_t *atk_mw8266d_uart_rx_get_frame(void);       /* 获取ATK-MW8266D UART接收到的一帧数据 */
4. uint16_t atk_mw8266d_uart_rx_get_frame_len(void);   /* 获取ATK-MW8266D UART接收到的一帧数据的长度 */

复制代码

WiFi模块

• 将编写好的esp8266.c/.h及wifi.c/.h文件分别参加Src和Inc文件夹，然后再在keil里将wifi.c文件参加工程
  
• 在wifi.h中，修改WiFi信息和阿里云物联网平台相关参数
  

   这里须要留意ESP8266_ClientID内里的的,须要进行转义
  增大初始栈大小

在启动文件startup_stm32f103xe.s中，将Heap Size的大小调大，不然利用cJSON后，大概烧完步伐开发板都没反应

毗连阿里云

• 在main.c中引用wifi.h
  
• 调用wifi_init();
  
• 打开串口助手，观察打印的数据，同时检察阿里云平台设备是否在线
  
• 连上云平台后，须要将采集的数据进行上报，同时吸收下发的指令（在后面先容利用cJSON实现）
  

   连不上云平台的原因：
  

• 参数没写对，特别是ESP8266_ClientID这个参数
  
• 网络不好，特别是在实验室同时很多人开热点，严峻干扰毗连
  

  

cJSON模块

JSON格式

JSON是一种轻量级的数据互换格式，可读性强、编写简单。键值对组合编写规则，键名利用双引号包裹，冒号：分隔符后面紧跟着数值，有两种常用的数据范例是对象和数组。
对象：利用花括号{}包裹起来的内容，数据结构{“key1”:“value1”,“key2”:“value2”…}，key为对象的属性，value为对象的值。
数值：利用中括号[]包裹起来的内容，数据结构{“key”:[“value1”,“value2”,“value3”…]}。
下载

下载地点：cJSON download | SourceForge.net

移植

• 将压缩包解压，打开cJSON文件夹，只保存cJSON.c和cJSON.h，其他文件全部删除
  

• 将修改后的cJSON文件夹参加项目地点目录
  

• 将该文件夹添加进工程，点击【魔法棒】-【C/C++】-【IncludePaths】中将路径参加
  

   如果想省略3和4，可以直接将cJSON.c和cJSON.h分别放入Src和Inc文件夹，然后直接将cJSON.c参加工程即可
  

• 将cJSON.c添加进工程，点击【方块】-【Project Items】，在groups中创建一个cJSON文件夹，然后再在内里放入cJSON.c
  

关键函数

• cJSON *cJSON_CreateObject(void)
  
  
  
  • 创建JSON结构对象
    
  
  
• cJSON *cJSON_CreateNumber(double num)
  
  
  
  • 创建一个整型的数据范例
    
  
  
• cJSON *cJSON_CreateString(const char *string)
  
  
  
  • 创建一个字符串数据范例
    
  
  
• cJSON *cJSON_CreateArray(void)
  
  
  
  • 创建一个数组数据范例函数：
    
  
  
• cJSON *cJSON_CreateIntArray(const int *numbers, int count)
  
  
  
  • 将多个整型数据范例增加到数组中
    
  
  
• cJSON *cJSON_Parse(const char *value)
  
  
  
  • 从JSON文件数据缓冲区剖析JSON的对象结构，利用完成后要必须要开释对象结构
    
  
  
• void cJSON_Delete(cJSON *c)
  
  
  
  • 开释申请的JSON结构缓存空间
    
  
  
• void cJSON_AddItemToObject(cJSON *json, cJSON *, cJSON_CreateArray())
  
  
  
  • 向对象中增加对象
    
  
  
• cJSON *cJSON_GetObjectItem(cJSON *object, const char *string)
  
  
  
  • 根据键名在JSON中查找子节点
    
  
  

上报消息

   当在物联网平台为产物定义物模型后，设备须要按照Alink JSON格式上报属性或事件
  Alink协议是针对物联网开发领域计划的一种数据互换规范，数据格式是JSON，用于设备端和物联网平台的双向通信，更便捷地实现和规范了设备端和物联网平台之间的业务数据交互
  

• 先看一下官方给的数据上报的格式
  

• 我们必须要传的就是method、id、version、params这四个组成的JSON字符串，其中params传输的内容也是个小的JSON字符串
  
• 根据这个我们利用cJSON进行JSON格式的封装
  

• 创建两个JSON对象，外部和内部
  

1. cJSON *json = cJSON_CreateObject(); // 创建一个空的JSON对象
2. cJSON *params_cjson = cJSON_CreateObject(); // 创建一个空的子JSON对象

复制代码

• 封装params键对应的值，也就是内部的JSON【这个内里的键名和阿里云上定义的要保持一致】
  

1. cJSON_AddNumberToObject(params_cjson, "Humidity", humidity);
2. cJSON_AddNumberToObject(params_cjson, "temperature", temperature);
3. cJSON_AddNumberToObject(params_cjson, "LEDSwitch", LED_Switch);

复制代码

• 封装外部大的JSON【消息ID号。取值范围0~4294967295，且每个消息ID在当前设备中具有唯一性】
  

1. cJSON_AddItemToObject(json, "method", cJSON_CreateString("thing.service.property.post"));
2. cJSON_AddItemToObject(json, "id", cJSON_CreateString("99119635"));
3. cJSON_AddItemToObject(json, "params", params_cjson);
4. cJSON_AddItemToObject(json, "version", cJSON_CreateString("1.0.0"));

复制代码

• JSON格式封装好后，对内里的内容进行处理惩罚，重要是对,进行转义
  

1. // 将JSON对象转换为无格式的字符串
2. str = cJSON_PrintUnformatted(json);
4. // 为MQTT发布添加转义字符
5. for(i = 0; *str != '\0'; i++){
6.     params_buf[i] = *str;
7.     // 如果下一个字符是引号或逗号，添加转义字符
8.     if(*(str + 1) == '"' || *(str + 1) == ','){
9.         params_buf[++i] = '\\';
10.     }
11.     str++;
12.     move_num++;
13. }
14. str = str - move_num; // 回退指针到JSON字符串的开始

复制代码

• 上报消息，同时清除内存
  

1. // 构建AT命令
2. sprintf((char *)cmd,"AT+MQTTPUB=0,""ESP8266_Post"","%s",0,0\r\n",params_buf);
4. // 发送AT命令并通过ESP8266模块
5. ESP8266_Sent_AT(cmd, "OK", 500);
7. // 清理JSON对象占用的内存
8. cJSON_Delete(json);
10. // 如果分配了额外的字符串空间，释放它
11. if(str != NULL){
12.     free(str);
13.     str = NULL;
14.     printf("释放str空间成功\r\n");
15. }

复制代码

  肯定要及时开释空间，cJSON不绝利用malloc超级占内存
  吸收命令

• 这里须要先容云端下发的指令，吸收后乐成发送乐成的相应格式，失败发送失败的相应格式【这里只相应乐成的】
  
• 剖析下发的JSON字符串，找到params中，须要的数据
  
• 在先容乐成，获取到数据后，向云平台发送接受乐成相应消息
  

1. void rcv_json(void){
2.         uint8_t cmd[1024]; // 用于存储构建的AT命令
3.     uint8_t *ret = NULL; // 用于存储接收到的数据帧
4.     cJSON *cjson = NULL; // 用于存储解析后的JSON对象
5.         cJSON *re_json = NULL;
6.         char *str = NULL;
7.     char topic_buff[1024]; // 用于存储MQTT主题
8.     int num; // 用于存储接收数据的数量
9.     char recv_buffer[1024]; // 用于存储接收到的JSON数据
10.         uint8_t params_buf[1024]; // 用于存储处理过的JSON字符串
11.     uint16_t move_num = 0; // 用于记录字符串处理过程中的移动次数
12.         int i = 0; // 循环迭代变量
13.    
14.     ret = atk_mw8266d_uart_rx_get_frame(); // 获取UART接收到的数据帧
15.     atk_mw8266d_uart_rx_restart(); // 重启UART接收
16.        
17.     char *ptr_recv = strstr((const char *)ret,"+MQTTSUBRECV"); // 检查是否包含MQTT订阅数据标志
18.    
19.     if(ptr_recv!=NULL){ // 如果是MQTT订阅数据
20.         memset(topic_buff,0,sizeof(topic_buff)); // 清空主题缓冲区
21.         
22.         sscanf((char *)ret,"+MQTTSUBRECV:0,%[^,],%d,%s",topic_buff,&num,recv_buffer); // 解析数据，提取主题、数据数量和JSON数据
23.         
24.         if(strstr(topic_buff,ESP8266_SET)) { // 如果主题包含特定标记
25.             printf("接收数据成功，开始解析  %s\r\n",recv_buffer); // 打印接收到的数据
26.             cjson = cJSON_Parse(recv_buffer); // 解析JSON数据
27.                        
28.         }
29.         
30.         if(cjson==NULL) // 如果JSON解析失败
31.             printf("cjson 解析错误\r\n"); // 打印错误信息
32.         else{
33.             cJSON *json_data = cJSON_GetObjectItem(cjson,"params"); // 获取JSON对象中的params项
34.             if(json_data==NULL){ // 如果params项不存在
35.                 printf("cjson  没有数据\r\n"); // 打印错误信息
36.                 return;
37.             }
38.             else{
39.                 printf("cjson 内存大小为 = %d\r\n",sizeof(cjson)); // 打印JSON对象的内存大小
40.                 // 解析数据
41.                 if(cJSON_GetObjectItem(json_data,"LEDSwitch")!=NULL) // 如果存在LEDSwitch键
42.                 {
43.                     LED_Switch = cJSON_GetObjectItem(json_data,"LEDSwitch")->valueint; // 提取LEDSwitch的值
44.                     printf("csjon解析成功 LED_Switch = %d\r\n",LED_Switch); // 打印LEDSwitch的值
45.                                        
46.                                         //接收响应
47.                                         //------
48.                                         sprintf((char *)cmd,"AT+MQTTPUB=0,""ESP8266_Post_re"","{\\"code\\": 200, \\"data\\": {}, \\"id\\": \\"%s\\", \\"message\\": \\"success\\", \\"version\\": \\"1.0.0\\"}",0,0\r\n",cJSON_GetObjectItem(cjson,"id")->valuestring);
49.                                         printf("开始发送数据:%s\r\n", cmd);
50.                                         ESP8266_Sent_AT(cmd, "OK", 500);
51.                     //------
52.                 }
53.             }
54.             cJSON_Delete(cjson); // 删除JSON对象，释放内存
55.                        
56.                         //接收响应
57.             cJSON_Delete(re_json);
58.                         if(str != NULL){
59.                                 free(str);
60.                                 str = NULL;
61.                                 printf("释放str空间成功\r\n");
62.                         }
63.         }
64.     }
65. }

复制代码

源码地点：
CSDN：【免费】STM32HAL库++ESP8266+cJSON毗连阿里云物联网平台资源-CSDN文库
GitHub：CSDN_Share/STM32HAL库++ESP8266+cJSON毗连阿里云物联网平台 at master · lucasZyh/CSDN_Share (github.com)

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