【IoT网络层】STM32 + ESP8266 +MQTT + 阿里云物联网平台 |开源，附资料|

目标：实现STM32连接阿里云物联网平台发送数据同时接收数据，IOT studio界面显示数据。具体来说：使用ESP8266 ESP-01来连接网络，获取设备数据发送到阿里云物联网平台并显示且oled显示屏当前的设备数据，通过IOT studio界面发送命令控制设备。

流程：1.连接wifi网络 2.连接到阿里云物联网平台 3.通过mqtt协议发布消息 4.通过mqtt协议订阅消息

使用硬件：STM32、ESP8266 ESP-01、LED、MPU6050(任意外设都可以)、0.96OLED、杜邦线、面包板等

使用软件：Keil、MQTT.fx、MQTT_Password、sscom、esp8266烧录软件及固件（各软件会放资源链接供大家下载）

部分解释：

MQTT.fx：使用mqtt.fx测试阿里云物联网平台是否能够订阅mqtt协议发布的消息，同时测试阿里云物联网平台发布消息mqtt.fx是否可以订阅消息

MQTT_Password：阿里云物联网平台提供的是三元素，MQTT连接时需要提供客户端的ID、用户名和密码。所以使用MQTT_Password这个工具就是将阿里云连接的三元素转换为客户端的ID、用户名和密码。

sscom：是一个串口工具，使用at命令控制esp8266连接到阿里云物联网平台时，需要使用这个串口工具

STM32通过AT指令的方式去控制ESP8266，我们的程序是写作STM32上面的（本项目使用的是标准库开发），ESP8266作为一个模块来使用并不需要编写程序。

阿里云物联网平台配置

MQTT协议和TCP协议可以连接到阿里云平台。

1.物联网常见的联网方式，参见我的博文：物联网设备的常见网络连接方式-CSDN博客

2.本文选用ESP8266 ESP-01 WIFI模块作为网络层模块，ESP8266 ESP-01 WIFI模块出厂固件是不带MQTT的功能的，自己烧录一个具有MQTT功能的固件。接线与固件烧录，参见我的博文：ESP8266 ESP-01/01s 工作模式接线与固件下载烧录接线-CSDN博客

1.进入阿里云物联网平台，点击如下链接：阿里云登录 - 欢迎登录阿里云，安全稳定的云计算服务平台

2.点击主页右上角控制台 

3.然后在左上角三个横杠图标处点击进入选择物联网平台

4.点击进入公共实例。公共实例是免费的，没有开通需要开通一下需实名认证。

设备管理里有产品、设备、分组等。产品（比如设计一个智能门锁就是一个产品）、设备（归属于产品这一大类之下，设备可能安在用户a家和用户b家，不同的设备）

产品创建流程如下图所示，

5.开始产品的创建。点击设备管理，再点击产品，再点击创建产品。

6.选择自定义品类，输入产品名称（我输入的是智慧产品v0）

点击页面下面的确认，产品创建完成。

7.接下来创建设备。点击设备管理，再点击设备，再点击添加设备。

8.选择刚刚创建的产品，输入设备名称（我输入的是mqtt_stm32），备注可以不用写，点击确定，设备添加成功。

 

9.接下来添加物模型。点击产品，点击查看。

10.选择功能定义，点击编辑草稿。

根据本文项目功能，需要创建两个物模型（MPU6050数据上报和IOT Studio下发控制LED灯的命令）

11.选择添加自定义功能。

MPU6050数据寄存器16位的,由于最高位是符号位,故而数据寄存器的输出范围是-7FFF~7FFF ,也既是-32767~32767

13.输入功能名称、标识符、取值范围和单位（demo演示），描述可以不用写。点击确定，添加的第一个物模型成功。

14.再添加一个LED灯状态的物模型，与上一步类似。点击确定，添加的第二个物模型成功。

15.点击发布上线，点击对号点击确认

设备是继承了产品，所以在产品上定义了物模型，那么在设备上也就会继承

16.点击设备，点击物模型数据，可以看到两个物模型已经添加成功。

阿里云IoT Studio界面绘制

1.进入阿里云平台，点击控制台，点击三个横杠图标，选择物联网平台，选择增值服务，选择IoT Studio

2.点击新建，新建一个web应用

3.输入应用名称，选择为全局资源项目，点击确定

4.选择组件进行绘制。可以任意发挥

可以更改样式，圆角、颜色等

可以在文字上方加一个形状，选择下移一层更有立体感

选择组件中的控制里的按钮用来作为控制按键，两个按钮分别为开和关按键

下面绘制MPU6050数据的显示，可添加仪表盘、实时曲线等图表，更改图标大小和名称

5.下面开始配置物模型。首先点击仪表盘，点击配置数据源

 6.数据源来自设备，选择上面创建的产品、指定设备、属性为第一个物模型（或其它外设数据）

选中曲线表，如下设置，模式单设备多属性，前面的产品，指定设备，属性为外设数据

 按钮选择交互，新增交互

事件为点击，点击+子动作，动作1为设置设备属性，点击配置设备，进行如下配置，点击保存。

关按钮和开按钮配置过程一样，最终配置结果如下。

7.Iot Studio绘制完成，点击保存。保存之后可以预览（目前设备暂未连接，无数据）

MQTT.fx模拟MQTT客户端发布与订阅消息

数据发布出来，通过MQTT代理服务器（阿里云物联网平台）来转发到IOT studio或者APP或者PC上位机上。

本节使用MQTT.fx模拟MQTT客户端发布与订阅消息，来测试前面绘制的IOT studio界面和阿里云物联网平台配置是否正确

1.打开物联网平台，点击控制台，点击三个横杠图标选择物联网平台，进入公共实例，选择设备管理下的设备，点击查看

 2.点击DeviceSecret处的查看，弹出来的窗口是阿里云连接三元素，点击一键复制，将复制内容放在新建记事本中以便后面使用

3.打开MQTT_Password软件（将阿里云连接的三元素转换为MQTT连接的Client ID用户名和密码）

 4.将记事本中的阿里云三元素分别填入MQTT_Password网页端的对应处。需要注意下面填的clientid可以任意填写，建议填为设备名字

点击生成，得到的计算结果就是连接MQTT需要的三元素（mqttClientId、username:、password:）。

5.打开MQTT.fx工具，点击新建

 接着选择第一个

起一个名字（我输入的是阿里云v1），接下来将经过MQTT_Password计算后的三元素（client id 、用户名和密码）拷贝到如下处

端口是1883是固定的，接下来需要继续填写Broker Address（也就是ip地址或者说是域名），填写为ProductKey.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com（ProductKey更换为MQTT_Password中的ProductKey）

总结如下：

以上就配置成功了，点击Apply，关闭。关闭后进入MQTT.fx主页面，然后点击connect进行连接，这时候就连接成功了

6.进入阿里云平台。点击设备，点击左边的刷新，可以看到设备状态由离线转为在线状态（说明以上配置成功）

7.使用MQTT.fx模拟进行主题的发布与订阅

消息发布主题格式：/sys/ProductKey/DeviceName/thing/event/property/post

消息订阅主题格式：/sys/ProductKey/DeviceName/thing/service/property/set

 根据MQTT_Password计算的结果更改上面两行的ProductKey、DeviceName填入MQTT.fx对应处，如下图示。

MQTT.fx上配置发布的主题，如下。

 

8.测试消息发布主题是否正常

发布的数据格式和物模型是一一对应的，发布的数据是json数据格式

发送json数据格式：{"params":{"temp":1},"version":"1.0.0"}

注："temp":1是一个键值对，temp是物模型功能的标识符 ，后面的1就是设置temp（温度）为1。通过这个键值对来发送数据

进入阿里云平台，选择产品，点击功能定义，可以看到模块的标识符，如下所示

根据自己的标识符，在MQTT.fx写入json数据格式，如下所示，我在MQTT.fx写的是{"params":{"MPU":100},"version":"1.0.0"} ，然后在MQTT.fx中点击Publish发布数据。对应在阿里云平台-设备-物模型数据中可以看到MPU6050的数据变为了100，如下所示。

 同时，在IOT studio上的数据也进行了更新（在阿里云平台增值服务中查看）

以上，说明阿里云物联网平台的配置和IOT studio的主题发布一切正常

9.测试消息订阅主题是否正常

继续测试按下按钮的开和关，测试在MQTT.fx中发送一个开和关的命令

消息订阅主题格式：/sys/ProductKey/DeviceName/thing/service/property/set

同样也是将以上数据格式，写在MQTT.fx处，根据MQTT_Password中的ProductKey和DeviceName更换消息订阅主题格式。然后点击Subscribe订阅。

订阅完成后，再回到IOT studio界面，发布一下界面，然后点击开或者关按钮，可以看到MQTT.fx界面会收到JSON数据。

以上，用过MQTT.fx来模拟测试阿里云平台和IOT studio，主题的发布与订阅一切正常。通过这个环节的测试，也就是控制变量法的测试来解决后续出现问题时，就明白问题不是出在阿里云平台和IOT studio的配置上。

通过AT命令的方式控制ESP8266发布与订阅消息

1.使用sscom串口工具来发送at命令，端口选择CH340烧录器驱动端口，打开串口，拔下usb供电让板子重新上电。

2.下面开始输入at命令，首先点击多字符串，将在多字符串里面输入at命令

不需要hex格式的at命令，将这个√勾选取消

一定勾选加回车换行

下面开始编写at命令

1.设置热点模式：AT+CWMODE=1

回ok说明命令设置正常

2.让WIFI模块连接到网络：AT+CWJAP="zhanghao","mima"

需填写自己的wifi账号（zhanghao）和密码（mima）；需为2.4G的热点或wifi

回ok说明命令设置正常

3.配置阿里云连接：AT+MQTTUSERCFG=0,1,"mqtt_stm32|securemode=2\,signmethod=hmacsha1\,timestamp=1687594902069|","mqtt_stm32&a1TGt6tIcAE","556483AFA86B8FF534E3DB0A14EE7A36D2910B2D",0,0,""

根据前面MQTT_Password生成的client ID修改"556483AFA86B8FF534E3DB0A14EE7A36D2910B2D"mqtt_stm32|securemode=2\,signmethod=hmacsha1\,timestamp=1687594902069|，用户名修改mqtt_stm32&a1TGt6tIcAE，密码修改"556483AFA86B8FF534E3DB0A14EE7A36D2910B2D"

注意：需要在每一个逗号前加一个反斜杠\,一共两个逗号

4.AT+MQTTCONN=0,"a1MoTKOqkVK.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com",1883,0

将a1MoTKOqkVK修改为自己的MQTT_Password上的productKey，其它不用修改

5.订阅MQTT主题：AT+MQTTSUB=0,"/sys/a1TGt6tIcAE/mqtt_stm32/thing/service/property/set",0

将a1TGt6tIcAE修改为自己的productKey，将mqtt_stm32修改为是自己的device name

6.发布数据的命令：AT+MQTTPUB=0,"/sys/a1TGt6tIcAE/mqtt_stm32/thing/event/property/post","{\"params\":{\"temp\":30\,\"humi\":20}\,\"version\":\"1.0.0\"}",0,0

将a1TGt6tIcAE修改为自己的productKey，将mqtt_stm32修改为是自己的device name

将键值对中的temp/humi标识符修改为自己的标识符

如下所示，在多条字符串发送中输入上面的at命令，依次点击发送，回复ok则命令配置正确

如下，这样子回复了ok，则证明at命令正确

同时，在IOT studio上发布的数据进行了更新

在web上点击开/关按键，在sscom上会收到命令，如下所示

以上，说明使用at命令的方式控制esp8266数据上行和数据下行，发布订阅主题一切正常。

未完，后面继续更新..

总结

STM32连接阿里云物联网平台测试流程：

1.调试阿里云物联网平台并绘制IOT Studio界面，然后使用mqtt.fx测试阿里云物联网平台是否能够订阅mqtt协议发布的消息，同时测试阿里云物联网平台发布消息mqtt.fx是否可以订阅消息，如果测试通过，说明阿里云物联网平台配置正确

2.使用at命令的方式发送命令控制esp8266，可以测试出wifi网络是否正常、esp8266固件是否烧写正常、at命令使用是否正常

3.编写stm32程序，使用上面测试通过的at命令控制esp8266，如果遇到问题只需要聚焦在stm32代码本身的问题，而不用区考虑wifi网络是否欠费、at命令是不是写错了等。

具体流程

1.阿里云物联网平台调试 

2.IOT Studio绘制图像化界面 

3.使用mqtt.fx工具连接阿里云物联网平台 

4.使用at命令控制esp8266连接阿里云物联网平台 

5.编写stm32程序控制esp8266连接阿里云物联网平台