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一、环境介绍
编程软件: keil5
主控MCU: STM32F103C8T6
WIFI: ESP8266
协议: MQTT
二、前言
这里的 WIFI型号不重要、主控MCU不重要，连接的物联网平台也不重要。
要完成本章节的内容，只要会熟悉某款单片机的编程、了解基本的网络编程，明白MQTT协议、能读懂每个物联网云平台的帮助文档都可以完成最终的效果。
三、功能介绍
前面有几篇内容都介绍了如何使用在腾讯物联网平台创建设备，完成微信小程序与设备进行交互；这些设备代码里的连接的WIFI名称和密码都是固定，只能通过每次修改程序、编译、下载才能更改。一个正常的物联网智能设备，这样操作肯定是不合理的，所以这篇内容就完成如何使用微信小程序一键配网，完成设备的WIFI切换、连接。
现在我们购买的智能设备都有自己的配网方式，比如: 小米的很多设备，小爱音箱，摄像头，扫地机器人等。这些设备买回来之后，用户可以参考说明书，完成对设备的配置，让设备连接上家里的WIFI，完成网络连接。
本次我以智能锁为产品模型，在腾讯物联网平台创建一个设备，使用STM32F103系统板+ESP8266+LED灯完成智能锁产品的模拟开发；用户设备端可以按下指定的按键进入配网模式，打开腾讯官方的微信小程序，扫描产品二维码，根据步骤完成对设备的配网操作。
腾讯物联网支持了好几种配网模式，我这里选择的是“softAP”模式来完成配网操作。
softAP 模式配网的原理介绍： 正常情况下我们买回来的新设备内部是没有我们自己家WIFI的信息的，也就是说这个设备上电之后自己不知道该连接哪一个WIFI；这时我们就需要想办法把我们自己家里的WIFI名称、WIFI密码告诉这个设备，这个设备就可以去连接了。 那问题是怎么去告诉设备这些信息？ 设备一般都有进入配网模式的按钮，进入配网模式之后，会将设备内部的WIFI设置成“softAP”模式，也就是设备自己会创建一个WIFI热点出来并创建UDP服务器监听连接，这时我们打开腾讯官方的微信小程序，按照指引去连接这个WIFI，连上之后，微信小程序会通过UDP协议将WIFI的配置信息传输给设备WIFI，设备WIFI收到之后，再切换模式为STA模式，去连接目标WIFI，连接成功之后，登录云平台，绑定设备，完成配网。 这其中的交互协议，后面再细说。
四、在腾讯云平台上创建智能锁
功能很简单，只有一个属性，就是锁的开关状态。
这里可以配置微信小程序的详细参数，配网的设置也这个页面上：
下面进行配网设置：
选择配网模式：
这个页面比较重要，需要将设备进入配网的方法告诉用户，引导用户去操作，完成进入配网模式：
保存之后，打开微信小程序“腾讯连连”，扫描右下角的这个二维码，进行配网，完成设备添加。（一般正常产品，会将这个二维码打印出来，贴在设备上，方便用户扫描）
(提示： 做这一步，要先设计好设备端的程序，设备上电能正常的运行，才能做)
下面是手机上的截图： （根据页面上的提示操作设备）
按下开发板子上的S2进入配网模式：
在串口上也可以看到提示信息。
这时继续操作微信小程序上的步骤，选择设备的WIFI进行连接： 之后在下一个页面会自动等待配网成功(没有截图)，设备配网成功之后会出现提示，这时设备就已经在线了
打开控制台已经看到设备上线了：
这时进入小程序页面，就可以对智能锁进行操作了：
到此，配网已经完成，接下来就介绍设备端的代码。
五、STM32设备端代码--这才是核心
关于配网的流程，在腾讯官网有详细介绍，看这里：物联网开发平台 softAP 配网开发-设备端开发指南-文档中心-腾讯云
main.c 代码：
#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"
/*
智能锁(自己的设备)
MQTT服务器地址: 106.55.124.154
MQTT服务器端口: 1883
MQTT客户端ID: 3XM7FNOG4Llock
MQTT用户名: 3XM7FNOG4Llock;12010126;F8Q4P;1624710719
MQTT登录密码: 5d87e9a5bf8ae6295493c263b91aaebc4311f3e95763efe7f31be76c8578f9ec;hmacsha256
订阅主题: $thing/down/property/3XM7FNOG4L/lock
发布主题: $thing/up/property/3XM7FNOG4L/lock
发布消息: {"method":"report","clientToken":"123","params":{"lock":1}}
*/
#define SERVER_IP "106.55.124.154"//服务器IP
#define SERVER_PORT 1883 //端口号
#define CONNECT_WIFI "_CMCC-Cqvn" //将要连接的路由器名称 --不要出现中文、空格等特殊字符
#define CONNECT_PASS "_99pu58cb" //将要连接的路由器密码
//腾讯物联网服务器的设备信息
#define MQTT_ClientID "3XM7FNOG4Llock"
#define MQTT_UserName "3XM7FNOG4Llock;12010126;F8Q4P;1624710719"
#define MQTT_PassWord "5d87e9a5bf8ae6295493c263b91aaebc4311f3e95763efe7f31be76c8578f9ec;hmacsha256"
//订阅与发布的主题
#define SET_TOPIC "$thing/down/property/3XM7FNOG4L/lock" //订阅
#define POST_TOPIC "$thing/up/property/3XM7FNOG4L/lock" //发布
//微信小程序配网数据订阅与发布
#define SET_WEIXIN_TOPIC "$thing/down/service/3XM7FNOG4L/lock"//订阅
#define POST_WEIXIN_TOPIC "$thing/up/service/3XM7FNOG4L/lock"//发布
char mqtt_message[200];//上报数据缓存区
int main()
{
u32 time_cnt=0;
u32 i;
u8 key;
u8 stat=0;
//1.初始化需要使用的硬件
LED_Init();
BEEP_Init();
KEY_Init();
//2. 初始化串口1(打印调试信息)与串口3(与WIFI通信)
USART1_Init(115200);
TIMER1_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");
//3. 检测WIFI硬件
while(1)
{
//如果硬件有问题. 蜂鸣器以300ms的频率报警
if(ESP8266_Init())
{
delay_ms(300);
BEEP=!BEEP;
USART1_Printf("ESP8266硬件检测错误.\n");
}
else
{
BEEP=0; //关闭蜂鸣器
break; //硬件没有问题. 退出检测
}
}
//4. 上电如果检测到S2按键按下就表示需要进入配网状态
if(KEY_S2)
{
delay_ms(100);
if(KEY_S2)
{
while(1)//连接服务器
{
printf("进入配网模式.....\n");
BEEP=1;
delay_ms(100);
BEEP=0;
//清除之前的WIFI连接信息(连接个无效的WIFI),防止默认连接上 上次的WIFI，导致配网错误
ESP8266_SendCmd("AT+CWJAP="666","12345678"\r\n");
delay_ms(200);
stat=Esp8266_STA_TCPclinet_Init((u8 *)SERVER_IP,SERVER_PORT);
if(stat==0 || stat==0x80)break;
delay_ms(500);
printf("stat=%d\r\n",stat);
}
}
else
{
stat=0xFF;
}
}
else
{
stat=0xFF;
}
//连接默认WIFI
if(stat==0xFF)
{
printf("连接默认的WIFI.\n");
//非加密端口
USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode(CONNECT_WIFI,CONNECT_PASS,SERVER_IP,SERVER_PORT,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");
}
if(stat==0x80)//进入配网模式需要给微信小程序返回token值
{
//订阅微信topic
if(MQTT_SubscribeTopic(SET_WEIXIN_TOPIC,0,1))printf("订阅失败\r\n");
//返回平台数据，告知微信连连连接服务器成功
snprintf(mqtt_message,sizeof(mqtt_message),"{"method":"app_bind_token","clientToken":"client-1234","params": {"token":"%s"}}",esp8266_info.token);
MQTT_PublishData(POST_WEIXIN_TOPIC,mqtt_message,0);
//Smart_home{"method":"app_bind_token_reply","clientToken":"client-1234","code":0,"status":"success"} 配网成功后微信小程序返回数据
}
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);
if(key==2)
{
time_cnt=0;
sprintf(mqtt_message,"{"method":"report","clientToken":"123","params":{"lock":1}}");
MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0);
USART1_Printf("开锁.\r\n");
}
else if(key==3)
{
time_cnt=0;
sprintf(mqtt_message,"{"method":"report","clientToken":"123","params":{"lock":0}}");
MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0);
USART1_Printf("关锁\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]);
}
//关锁
if(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,""lock":0"))
{
LED4=1;
}
//开锁
else if(strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,""lock":1"))
{
LED4=0;
}
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)
{
LED1=!LED1;
MQTT_SentHeart();//发送心跳包
time_cnt=0;
}
}
}
ESP8266的核心代码：
//存放ESP8266的详细信息
struct ESP8266 esp8266_info;
/*SoftAP配网*/
u8 ESP8266_SoftAP_MOde(void)
{
u8 token[]="{"cmdType":2,"productId":"3XM7FNOG4L","deviceName":"lock","protoVersion":"2.0"}\r\n";//连接状态信息
char *p=NULL;
char data[256];
char buff[100];
u8 i=0;
u32 time1=0,time2=0;
USART3_RX_CNT=0;
USART3_RX_FLAG=0;
while(1)
{
if(USART3_RX_FLAG)
{
USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
printf("rx=%s",USART3_RX_BUFFER);
//+IPD,97,192.168.4.2,52021:{"cmdType":1,"ssid":"wbyq_wifi","password":"12345678","token":"df4a4c90abee98c9a443ae8ffd8cc16b"
p=strstr((char *)USART3_RX_BUFFER,"+IPD");
if(p)
{
strcpy(data,p);//将接收到的数据拷贝一份保存
p+=strlen("+IPD");
p+=1;
while(*p!=',' && *p!='\0')p++;
p++;//跳过字符',',获取到IP地址起始位置
i=0;
//IP地址解析
while(*p!=',' && *p!='\0')
{
buff[i++]=*p++;
}
buff[i]='\0';
strcpy((char *)esp8266_info.esp8266_ip,buff);
//端口号解析
p++;
i=0;
while(*p!=':' && *p!='\0')
{
buff[i++]=*p++;
}
buff[i]='\0';
esp8266_info.esp8266_prot=atoi(buff);//字符串转整数
//printf("ip=%s:%d\r\n",esp8266_info.esp8266_ip,esp8266_info.esp8266_prot);
printf("ret:%d\r\n",Esp8266_UDP_SendData((u8*)esp8266_info.esp8266_ip,esp8266_info.esp8266_prot,token));//上报连接状态
}
ESP8266_GetData(data,(char *)esp8266_info.esp8266_name,"ssid");//WIFI名
ESP8266_GetData(data,(char *)esp8266_info.esp8266_key,"password");//密码
ESP8266_GetData(data,(char *)esp8266_info.token,"token");//token数据，需要返回给平台
printf("wifi_name:%s\r\n",esp8266_info.esp8266_name);
printf("wifi_key:%s\r\n",esp8266_info.esp8266_key);
printf("wifi_token:%s\r\n",esp8266_info.token);
LED1=1;
return 0;
}
delay_ms(1);
time1++;
time2++;
if(time2>=100)
{
time2=0;
LED1=!LED1;
}
if(time1>=1000*300)
{
LED1=1;
break;//超时退出
}
}
return 1;
}
/*******************************************************************************************************************
**形参: wifi_name --WIFI名
** password --密码
** remote_ip --远端IP地址(255.255.255.255为广播地址)
** remote_prot --远端端口号
** localhost ---本地端口号
**返回值:0 --成功，
** 其它值 --失败
**示例:ESP8266_UDP_STA_Mode("360WIFI_123","12345678","172.20.7.2",10500,8080);
*********************************************************************************************************************/
u8 ESP8266_UDP_STA_Mode(u8 *wifi_name,u8 *password,u8 *remote_ip,u16 remote_prot,u16 localprot)
{
char buff[100];
USARTx_StringSend(USART3,"+++"); //退出透传模式
delay_ms(1000);
printf("重启模块.......\r\n");
USARTx_StringSend(USART3,"AT+RST\r\n");
delay_ms(1000);
delay_ms(1000);
printf("关回显.......\r\n");
if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 2;
printf("设置为STA模式.......\r\n");
if(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=1\r\n"))return 3;
printf("连接WIFI.......\r\n");
snprintf(buff,sizeof(buff),"AT+CWJAP="%s","%s"\r\n",wifi_name,password);
if(ESP8266_SendCmd(buff))return 5;
printf("查询IP.......\r\n");
if(ESP8266_SendCmd("AT+CIFSR\r\n"))return 6;
printf("建立UDP连接.....\r\n");
snprintf(buff,sizeof(buff),"AT+CIPSTART="UDP","%s",%d,%d,0\r\n",remote_ip,remote_prot,localprot);
if(ESP8266_SendCmd(buff))return 7;
printf("设置透传.......\r\n");
if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=1\r\n"))return 8;
printf("发送数据.......\r\n");
USARTx_StringSend(USART3,"AT+CIPSEND\r\n");
return 0;
}
/****************STA+TCPclinet初始化*************
**
**
const char *STA_TCPCLINET[]=
{
"AT\r\n",//测试指令
"ATE0\r\n",//关回显
"AT+CWMODE=1\r\n",//设置STA模式
"AT+RST\r\n",//模块复位
"ATE0\r\n",//关回显
"AT+CWJAP="HUAWEIshui","asdfghjkl12"\r\n",//连接wifi
"AT+CIPMUX=0\r\n",//设置单连接
"AT+CIFSR\r\n",//查询IP
"AT+CIPSTART="TCP","192.168.43.204",8080\r\n",//连接服务器
"AT+CIPMODE=1\r\n",//设置透传模式
"AT+CIPSEND\r\n",//开始发送数据
};
返回值: 0x7f --退出透传模式失败
** 0x80 --进入配网模式正常退出
** 0 --未进入配网模式正常退出
** 其他值 --异常退出
*****************************************************/
u8 Esp8266_STA_TCPclinet_Init(u8 *server_ip,u16 server_port)
{
char buff[100];
/*退出透传模式*/
u8 i=0;
u8 stat=0;
u32 id;
for(i=0;i<5;i++)
{
USARTx_StringSend(USART3,"+++");//退出透传模式
delay_ms(100);
if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT\r\n","OK\r\n")==0)
{
i=0;
break;
}
}
if(i!=0)
{
printf("退出透传模式失败\r\n");
return 0x7f;
}
printf("1.模块复位\r\n");
if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+RST\r\n","OK\r\n"))return 1;
delay_ms(1000);
delay_ms(1000);
printf("2.关回显\r\n");
if(Esp8266_SendCmdCheckStat("ATE0\r\n","OK\r\n"))return 2;
if(ESP8266_GetWifi_Stat())//查询WIFI连接状态，未连接成功则进入配网模式
{
BEEP=1;
delay_ms(100);
BEEP=0;
delay_ms(100);
BEEP=1;
delay_ms(100);
BEEP=0;
stat=1;//进入配网模式标志位
//查询IP地址
printf("3.设置模式AP\r\n");
if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CWMODE=2\r\n","OK\r\n"))return 3;
printf("4.设置IP地址\r\n");
if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CIPAP="192.168.4.1","192.168.4.1","255.255.255.0"\r\n","OK"))return 4;
printf("4.设置热点信息\r\n");
id=*(vu32*)(0x1FFFF7E8);//使用STM32的ID作为WIFI名
snprintf((char *)esp8266_info.esp8266_name,sizeof(esp8266_info.esp8266_name),"wbyq_%d",id);
snprintf(buff,sizeof(buff),"AT+CWSAP="%s","12345678",1,4\r\n",esp8266_info.esp8266_name);
printf("wif_name:%s\r\n",esp8266_info.esp8266_name);
if(Esp8266_SendCmdCheckStat(buff,"OK\r\n"))return 5;
printf("5.显示端口.......\r\n");
if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CIPDINFO=1\r\n","OK"))return 6;
printf("6.设置要连接的UDP\r\n");
if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CIPSTART="UDP","192.168.4.255",8266,8266,0\r\n","OK\r\n"))return 7;
printf("7.获取微信小程序传递过来的热点信息\r\n");
if(ESP8266_SoftAP_MOde())return 8;
printf("8.设置模式STA\r\n");
if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CWMODE=1\r\n","OK\r\n"))return 9;
printf("9.模块复位\r\n");
if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+RST\r\n","OK\r\n"))return 10;
delay_ms(1000);
delay_ms(1000);
printf("10.连接WIFI\r\n");
snprintf((char *)buff,sizeof(buff),"AT+CWJAP="%s","%s"\r\n",esp8266_info.esp8266_name,esp8266_info.esp8266_key);//字符串拼接
if(Esp8266_SendCmdCheckStat(buff,"WIFI GOT IP"))return 11;
}
printf("11.设置单连接\r\n");
if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CIPMUX=0\r\n","OK"))return 12;
snprintf(buff,sizeof(buff),"AT+CIPSTART="TCP","%s",%d\r\n",server_ip,server_port);
// printf("buff:%s\r\n",buff);
printf("12.连接服务器\r\n");
if(Esp8266_SendCmdCheckStat(buff,"OK"))return 13;
printf("13.配置透传模式\r\n");
if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CIPMODE=1\r\n","OK\r\n"))return 14;
printf("14.开始发送数据\r\n");
if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CIPSEND\r\n",">"))return 15;
if(stat)return 0x80;//进入配网模式并且正常退出
else return 0;//未进入配网模式，正常退出
}
/**************************获取WIFI连接状态信息***************************/
u8 ESP8266_GetWifi_Stat(void)
{
u16 i=0;
u16 time=0;
u16 time2=0;
USART3_RX_CNT=0;
USART3_RX_FLAG=0;
USARTx_StringSend(USART3,"AT+CWJAP?\r\n");//查询WIFI连接状态
while(1)
{
if(USART3_RX_FLAG)
{
USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
printf("rx=%s\r\n",USART3_RX_BUFFER);
if(strstr((char *)USART3_RX_BUFFER,"+CWJAP") || strstr((char *)USART3_RX_BUFFER,"WIFI GOT IP"))
{
USART3_RX_CNT=0;
USART3_RX_FLAG=0;
LED1=1;
return 0;
}
else
{
USART3_RX_CNT=0;
USART3_RX_FLAG=0;
memset(USART3_RX_BUFFER,0,sizeof(USART3_RX_BUFFER));
}
}
delay_ms(10);
i++;
time++;
time2++;
if(time>=1000)
{
time=0;
USARTx_StringSend(USART3,"AT+CWJAP?\r\n");
}
if(time2>=300)
{
LED1=!LED1;
time2=0;
}
if(i>=100*60)
{
LED1=1;
break;
}
}
return 1;
}
