物联网项目设计（三）STM32配置ESP8266使用 STA TCP客户端模式初步

PV:

代码地址

https://github.com/FranHawk/STM32_ESP8266_STA.git

概要

本部分内容介绍如何使用STM32配置ESP8266使用STA模式，这个是使用MQTT与上层服务器链接的必要前提，笔者也是第一次使用ESP8266，通过AT指令来配置，查找了很多资料与代码，借鉴了正点原子ESP8266库和例程，在其基础上修改而来，这篇博客也是我边学边写的记录。

准备

硬件准备

  • 带有stm32主控的硬件一套
  • esp8266模块一个
  • 路由器一个

软件准备

  • CubeMx用来配置工程
  • MDK5用于编写调试和下载代码

配置ESP8266的步骤

配置ESP8266的目的是为了进入透传模式从而使用MQTT链接网络，我们需要使用AT指令，使ESP8266进入透传模式，步骤如下
1.AT+CWMODE=1 设置模块为STA模式
2.AT+CWAUTOCONN=0
|按顺序要执行指令|执行指令的意义 |
|–|–|
|+++|退出透传模式|
|AE0|关闭回显|
| AT+CWMODE=1 | 设置模块为STA模式 |
|AT+RST|重启生效|
|等待三秒|等待三秒|
|AT+CWAUTOCONN=0|取消自动连接|
|AT+ CWJAP = <ssid>,< password>|连接路由器|
|AT+CIPMUX=0|关闭多链接|
|AT+CIPSTART="TCP","IP号",端口号|连接到服务器|
|AT+CIPMODE=1|设置为透传模式|
|AT+CIPSEND|开启透传模式|

ESP8266的发送命令函数由正点原子的函数改进而来
STM32与ESP8266通过串口连接，需要配置的模块有

  • TIM2，定时器中断，用来判断接收命令是否超时，如果超时就按照接受命令，中断优先级为1
  • USART1，用于向电脑发送数据，便于调试
  • USART3，用于向ESP发送数据，包括发送和接受，采用中断方式接收，查询方式发送，中断优先级为2
  • 整个发送命令并接收的流程比较复杂，用到了定时器中断来设置发送指令，接收到的回复是否完成，并在定时器中断中将接收指令的回复接受完成的标志位置为1，并且与预期回复进行比较。
  • 这样发送命令并接收的整个流程的好处在于，可以保证发送指令的质量，得到准确的反馈。
  • 就好像你向一个人说，你帮我倒杯水好吗，然后要等待他的回复，如果听到他说：好的。说明他听到了我们的命令，这个时候我们才能放心。

实际操作部分

CubeMx配置工程

配置工程就像我上面所述的步骤，需要配置相应的外设，两个串口和一个定时器

1.打开CubeMx，选择对应型号的芯片，始终选择外部晶振

2.查看原理图，选择相应的引脚

配置UART1，UART3，并设置波特率

设置定时器2，并开启定时器中断，分频为7200，重装值为500，这样，接收信息的缓冲时间为50ms

设置中断分组与中断优先级

配置时钟树，使主频最高为72MHZ

配置工程并生成代码

编写ESP8266函数并添加配套函数

首先添加两个uart重定向printf函数和uart接收中断处理函数

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void u3_printf(char* fmt,...)  
{  
	uint8_t i,j; 
	va_list ap; 
	va_start(ap,fmt);
	vsprintf((char*)USART3_TX_BUF,fmt,ap);
	va_end(ap);
	i=strlen((const char*)USART3_TX_BUF);		//此次发送数据的长度
	for(j=0;j<i;j++)							//循环发送数据
	{
		while((USART3->SR&0X40)==0);			//循环发送,直到发送完毕   
		USART3->DR=USART3_TX_BUF[j];  
	} 
}

void u1_printf(char* fmt,...)  
{  
	uint8_t i,j; 
	va_list ap; 
	va_start(ap,fmt);
	vsprintf((char*)USART1_TX_BUF,fmt,ap);
	va_end(ap);
	i=strlen((const char*)USART1_TX_BUF);		//此次发送数据的长度
	for(j=0;j<i;j++)							//循环发送数据
	{
		while((USART1->SR&0X40)==0);			//循环发送,直到发送完毕   
		USART3->DR=USART1_TX_BUF[j];  
	} 
}

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if(huart->Instance==USART3)
	{
	if((USART3_RX_STA&(1<<15))==0)//接收完的一批数据,还没有被处理,则不再接收其他数据
		{ 
			if(USART3_RX_STA<USART3_MAX_RECV_LEN)	//还可以接收数据
			{
	 			__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2,0);         				//计数器清空	
				if(USART3_RX_STA==0) 				//使能定时器7的中断 
				{
					__HAL_TIM_ENABLE(&htim2);     			//使能定时器2
				}
				USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA++]=temp_rx;	//记录接收到的值	 
			}else 
			{
				USART3_RX_STA|=1<<15;				//强制标记接收完成
			} 
		}
	}
}

编写发送和检查命令核心函数

  • 创建esp8266.c esp8266.h并按照之前的流程图编写函数如下
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uint8_t esp8266_send_cmd(uint8_t *cmd,uint8_t *ack,uint16_t waittime)
{

	uint8_t res = 0;
	USART3_RX_STA = 0;
	u3_printf("%s\r\n",cmd);
	if(ack&&waittime)		//需要等待应答
	{
		while(--waittime)	//等待倒计时
		{
			HAL_Delay(10);
			if(USART3_RX_STA&0X8000)//接收到期待的应答结果
			{
				if(esp8266_check_cmd(ack))
				{
					u1_printf("ack:%s\r\n",(uint8_t*)ack);
					break;//得到有效数据 
				}
					USART3_RX_STA=0;
			} 
		}
		if(waittime==0)res=1; 
	}
	return res;
}

uint8_t* esp8266_check_cmd(uint8_t *str)
{
	
	char *strx=0;
	if(USART3_RX_STA&0X8000)		//接收到一次数据了
	{ 
		
		USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA&0X7FFF]=0;//添加结束符
		u1_printf("%s\r\n",(char*)USART3_RX_BUF);
		strx=strstr((const char*)USART3_RX_BUF,(const char*)str);
	} 
	return (uint8_t*)strx;
}

在定时器文件中编写定时器中断服务函数

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void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
   if(htim->Instance == TIM2)
    {
		
		USART3_RX_STA|=1<<15;	//标记接收完成
		__HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim2,TIM_EVENTSOURCE_UPDATE );       //清除TIM7更新中断标志  
		__HAL_TIM_DISABLE(&htim2);     			//关闭定时器2
    }
}

在esp8266.c中按照上面的表格编写esp8266的初始化函数

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uint8_t esp8266_Connect_IOTServer(void)
{
	u1_printf("准备配置模块\r\n");
	HAL_Delay(100);
	
	u1_printf("准备退出透传模式\n");
	if(esp8266_quit_trans())
	{
		u1_printf("退出透传模式失败，准备重启\r\n");
		return 6;
	}else u1_printf("退出透传模式成功\r\n");
	
	
	
	u1_printf("准备关闭回显\r\n");
	if(esp8266_send_cmd("ATE0","OK",50))
	{
		u1_printf("关闭回显失败准备重启\r\n");
		return 1;
	}else u1_printf("关闭回显成功\r\n");
	
	u1_printf("查询模块是否在线\r\n");
	if(esp8266_send_cmd("AT","OK",50))
	{
		u1_printf("模块不在线准备重启\r\n");
		return 1;
	}else u1_printf("设置查询在线成功\r\n");
	
	u1_printf("准备设置STA模式\r\n");
	if(esp8266_send_cmd("AT+CWMODE=1","OK",50))
	{
		u1_printf("设置STA模式失败准备重启\r\n");
		return 1;
	}else u1_printf("设置STA模式成功\r\n");
	
	u1_printf("准备重启\r\n");
	if(esp8266_send_cmd("AT+RST","OK",50))
	{
		u1_printf("重启失败，准备重启\r\n");
		return 2;
	}else u1_printf("重启成功，等待三秒\r\n");
	
	HAL_Delay(1000);
	HAL_Delay(1000);
	HAL_Delay(1000);
	HAL_Delay(1000);
	
	u1_printf("准备取消自动连接\r\n");
	if(esp8266_send_cmd("AT+CWAUTOCONN=0","OK",50))
	{
		u1_printf("取消自动连接失败，准备重启\r\n");
		return 3;
	}else u1_printf("取消自动连接成功\r\n");
	
	u1_printf("准备链接路由器\r\n");
	if(esp8266_Connect_AP())
	{
		u1_printf("连接路由器失败，等待重启\r\n");
		return 4;
	}else u1_printf("连接路由器成功\r\n");
	HAL_Delay(1000);
	HAL_Delay(1000);
	u1_printf("设置为关闭多路连接\r\n");
	if(esp8266_send_cmd("AT+CIPMUX=0","OK",100))
	{
		u1_printf("关闭多路连接失败，准备重启\r\n");
		return 7;
	}else u1_printf("设置关闭多路连接成功\r\n");
	u1_printf("准备链接服务器\r\n");
	if(esp8266_Connect_Server())
	{
		u1_printf("连接服务器失败，等待重启\r\n");
		return 8;
	}else u1_printf("连接服务器成功\r\n");
	
	u1_printf("准备退出透传模式\n");
	if(esp8266_quit_trans())
	{
		u1_printf("退出透传模式失败，准备重启\r\n");
		return 6;
	}else u1_printf("退出透传模式成功\r\n");
	
	u1_printf("设置为透传模式\r\n");
	if(esp8266_send_cmd("AT+CIPMODE=1","OK",50))
	{
		u1_printf("设置透传失败，准备重启\r\n");
		return 6;
	}else u1_printf("设置透传成功\r\n");
	u1_printf("设置开启透传模式\r\n");
	if(esp8266_send_cmd("AT+CIPSEND","OK",1000))
	{
		u1_printf("开启透传失败，准备重启\r\n");
		return 9;
	}else u1_printf("开启透传成功\r\n");
	while(1){
		HAL_Delay(1000);
		//esp8266_send_cmd("AT+CIPSEND","OK",200);  //发送指定长度的数据
		u3_printf("This is a message\r\n");
	}
	return 0;
}

在主函数中初始化相应模块并调用esp8266的初始化函数

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while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	  
	  esp8266_Connect_IOTServer();
  }

观察实验现象

  • 打开网络调试助手，调整到TCP服务器模式，并记下此时的ip地址和端口号
  • 打开串口调试助手
  • 打开开发板观察现象

下面是串口调试助手的消息

上面的图就是进入透传模式的过程，整个过程的AT指令是按照本文章最上面的表格来设置的，观察网络调试助手观察现象

发现进入透传模式之后的数据成功发送到服务器端，试验成功。

总结

本部分内容介绍了如何使STM32使用串口与ESP8266进行通讯，并且配置ESP8266进入TCP客户端的透传模式链接服务器，下一部分内容不出意外的话应该是介绍如何使STM32使用paho的开源MQTT库连接到百度云天工服务器

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