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基于MQTT的智能家居系统的学习

news 2025/11/1 16:10:06

1.移植MQTT代码

将已经编写好的MQTT代码移植到自己程序上，首先出现的问题是编译后找不到头文件：

遇到这种情况，可以手动将该头文件的路径添加到项目路径（Include Paths）中：

2. 编写ESP8266驱动

2.1 程序分层

* platform_net_socket.c：执行什么AT命令才能连接、收、发网络数据
* ESP8266：提供AT命令函数
* UART驱动抽象层：执行UART的写、读(从buffer读)
* UART硬件驱动（最底层）：发送UART数据，接收UART数据存入buffer

2.1.1 UART硬件驱动

这部分对串口进行驱动，通过串口将数据读进某个缓冲区buffer中，这里通过UART3将单片机与ESP8266连接起来，通过UART1将单片机与电脑连接起来。

2.1.2 AT发送命令

参考代码路径：

E:\桌面\韦东山\01_裸机_RTOS项目\02_毕业设计级别项目\01_使用MQTT实现智能家居\source\01_100ASK_STM32F103_Pro\供参考的RTT代码

ESP8266模块接收和发送数据的格式：

接收：

+IPD格式自动报告

工作原理：

模块自动计算：ESP8266自动计算接收到的数据长度
格式：+IPD,<length>:<data>

接收示例：

+IPD,15:Hello, ESP8266!  // 收到15字节数据
+IPD,28:HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type:  // 收到28字节数据

也就是说，当检测到“IPD,<length>:”时，表示后面的内容即为要接收的数据内容，这也是AT命令判断是否有数据要接收的判断方法。

发送：

数据发送状态标识

对于数据发送，ESP8266有专门的响应：

SEND OK：数据发送到网络成功
SEND FAIL：数据发送失败
ERROR：命令格式错误

正确的数据发送成功判断方法

检查SEND OK

at_response_t resp = at_create_resp(128, 0, 5000);// 发送数据准备命令
at_obj_exec_cmd(client, resp, "AT+CIPSEND=%d", data_length);// 等待">"提示符，然后发送实际数据
rt_thread_mdelay(100);
at_client_obj_send(client, data, data_length);// 检查响应
if (strstr(resp->buf, "SEND OK") != NULL) {LOG_I("Data sent successfully to network");
} else if (strstr(resp->buf, "SEND FAIL") != NULL) {LOG_E("Data send failed");
} else if (strstr(resp->buf, "ERROR") != NULL) {LOG_E("Command error");
} else {LOG_W("Unexpected response: %s", resp->buf);
}at_delete_resp(resp);

实用的判断函数

typedef enum {SEND_STATUS_SUCCESS,    // 发送成功SEND_STATUS_FAIL,       // 发送失败SEND_STATUS_ERROR,      // 命令错误SEND_STATUS_TIMEOUT,    // 超时SEND_STATUS_UNKNOWN     // 未知状态
} send_status_t;send_status_t check_send_status(at_response_t resp)
{if (resp == NULL) return SEND_STATUS_UNKNOWN;if (strstr(resp->buf, "SEND OK") != NULL) {return SEND_STATUS_SUCCESS;} else if (strstr(resp->buf, "SEND FAIL") != NULL) {return SEND_STATUS_FAIL;} else if (strstr(resp->buf, "ERROR") != NULL) {return SEND_STATUS_ERROR;} else if (strstr(resp->buf, "CLOSED") != NULL) {return SEND_STATUS_FAIL; // 连接关闭导致失败} else {return SEND_STATUS_UNKNOWN;}
}

核心数据结构

1. AT响应结构 (at_response_t)

struct at_response {char *buf;           // 响应数据缓冲区rt_size_t buf_size;  // 缓冲区大小rt_size_t buf_len;   // 当前数据长度rt_size_t line_num;  // 期望的行数rt_size_t line_counts; // 实际接收的行数rt_int32_t timeout;  // 超时时间
};

2. AT客户端结构 (at_client_t)

struct at_client {rt_device_t device;      // 底层设备（如串口）rt_mutex_t lock;         // 互斥锁rt_sem_t rx_notice;      // 接收信号量rt_sem_t resp_notice;    // 响应信号量at_response_t resp;      // 当前响应对象// ... 其他字段
};

核心功能模块

1. 响应管理

at_create_resp(): 创建响应对象
at_delete_resp(): 删除响应对象
at_resp_set_info(): 设置响应信息
at_resp_get_line(): 获取指定行响应
at_resp_get_line_by_kw(): 通过关键字获取响应行

2. 命令执行

at_obj_exec_cmd(): 执行AT命令并等待响应
支持可变参数格式化命令
支持超时控制和响应状态检查

3. 数据收发

at_client_obj_send(): 发送数据
at_client_obj_recv(): 接收数据
at_client_getchar(): 获取单个字符

4. URC处理 (Unsolicited Result Code)

at_obj_set_urc_table(): 设置URC处理表
get_urc_obj(): 匹配URC模式
支持多组URC表，动态扩展

5. 解析器线程

client_parser(): 主解析循环
at_recv_readline(): 读取一行数据
自动区分响应数据和URC数据

工作流程

初始化: at_client_init() 创建客户端，启动解析线程
发送命令: at_obj_exec_cmd() 发送AT命令
等待响应: 解析线程收集响应数据
处理完成: 收到结束标志后通知发送线程
URC处理: 异步处理设备主动上报的数据

关键技术特点

1. 线程安全

使用互斥锁保护共享资源
信号量用于线程间同步

2. 内存管理

动态内存分配和释放
缓冲区大小可配置

3. 超时控制

可配置的命令响应超时
连接等待超时

4. 灵活的数据解析

支持按行号获取数据
支持按关键字搜索
支持sscanf格式解析

5. 多客户端支持

支持多个AT设备同时工作
客户端对象表管理

2.1.3 自己编写AT发送命令

自己编写AT发送命令，需要写3个过程：

1.数据发送过程：A线程

2.数据解析过程：解析线程

3.UART3串口的中断设置：UART3_IRQHandle

具体实现：

在UART3_IRQHandle中，当串口接收到数据时，每接收到一个数据字符就会将其存放进循环缓冲区Buffer中，然后产生中断唤醒解析线程，发出任务通知。而在解析线程中，时刻等待任务通知，当UART3_IRQHandle产生中断，发出任务通知后，解析线程就会读取环形缓冲区Buffer中的数据，但是并不是每读取一个字符就分析一次数据，而是要读取字符“\r”和“\n”之后，表示读取到完整的数据之后，再分析数据。

发送AT命令的线程（任务）：

发送AT命令：

等待结果：

等待解析线程：

解析线程会一直读取串口数据：

串口3会一直读取环形缓冲区的内容

但是如果环形缓冲区内没有内容，就会陷入休眠状态：

当有数据输入串口时，串口中断（stm32_uart3.c）会释放信号量，唤醒解析线程：

3. 网络分层

3.1网络连接函数

host：连接某个服务器

port：连接某个端口

proto：选择使用TCP协议或者UDP协议传输数据

3.2 断开网络连接

AT+CIPCLOSE为ESP8266模块断开网络连接的命令

3.3 网络发送函数

sprintf() 是一个非常重要且常用的C语言标准库函数。

核心定义

sprintf() 是一个用于将格式化数据写入字符串的函数

4.部分代码分析

在头文件中使用宏声明函数：

在.c文件定义函数：

所以上面代码实现的含义是将结构Client中成员mqtt_port="1883":

左边发布主题，右边订阅主题topic，下面是MQTT服务器

从软件上发送消息

5. 调试过程中遇到的问题

1.内存分配失败

使用pvPortMalloc（）分配内存时失败，无法进入后续程序：

解决方法：将堆设置的大一些。

2.超时时间timeout设置太短

使用宏定义设计超时时间为1秒，但是模块连接WiFi时需要一定的时间，当timeout=1秒时，模块还没有连接上WiFi就已经超时，所以返回结果显示WiFi连接失败。

解决方法：将超时时间设置的大一点，可以将timeout=5秒。

6. 该项目实现的流程

将单片机如STM32F103系列通过串口与WiFi模块ESP8266相连，单片机可以通过AT命令向ESP8266发送数据，同时单片机也可以通过编写的解析线程部分，分析由ESP8266发送的数据内容。ESP8266通过路由器与MQTT服务器（称为MQTT Broker）相连接，MQTT Broker可以部署在云服务器如腾讯云、阿里云上，也可以部署在本地电脑上。然后在电脑上或手机上可以安装MQTT软件向MQTT Broke订阅和发送主题，这样就可以通过MQTT Broke将MQTT软件上订阅或发布主题内容通过ESP8266传送到单片机上，从而控制单片机进行下一步操作，采集、控制、逻辑等进行点灯，读取温湿度传感器（DHT11）的数据等操作。

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http://www.dtcms.com/a/554973.html