项目需要在stm32上开发MQTT，同时MQTT协议基于TCP/IP协议，因此先在探索者开发板上调通基于TCP的WiFi通信，同时采集温湿度数据，上传至PC端的网络调试助手服务端，为后面开发MQTT做准备。
1、准备工作
1.1.STM32F4开发板
1.2.DHT11温湿度传感器
DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。 其精度湿度±5%RH， 温度±2℃，量程湿度20-90%RH， 温度0~50℃。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。
1.3.esp8266 WiFi模块
esp8266模块采用串口与MCU进行通信，内置TCP/IP协议栈，能够实现串口与WiFi之间的转换，模块支持串口转WiFi STA、串口转AP和WiFi STA+WiFiAP的模式，从而快速构建串口-WiFi数据传输方案。
2. esp8266模块使用
2.1 esp8266模块使用介绍
esp8266模块使用方便，开发过程中可使用AT指令对模块进行操作，及可使用stm32的串口发送相关AT指令控制模块。模块作为TCP连接客户端时使用的AT指令如下所示：
AT：测试模块是否工作正常
AT+RST：复位模块状态
设置客户端模式
AT+CWMODE=1：客服端 Station
AT+CWMODE=2：用户端 AP
AT+CWMODE=3：双端Station+AP
AT+CWJAP="wifi名","密码"：连接指定WiFi
TCP连接：AT+CIPSTART="TCP","目标IP",目标端口号 如:AT+CIPSTART="TCP","192.168.1.1",8080
开启传透模式：AT+CIPMODE=1 关闭穿透模式：AT+CIPMODE=0
开启透传后，使用AT+CIPSEND开启数据发送
TCP发送数据到服务器全流程如下：
1. AT 检测模块是否工作正常
2. AT+CIPMODE=0 关闭透传
3. AT+CWMODE=1 客服端STA模式
4. AT+CWJAP="wifi","password"
5. AT+CIPSTART="TCP","目标ip地址",目标端口
6. AT+CIPMODE=0 开启透传
发送数据有两种方法
一 1. AT+CIPSEND (开启传输数据)
2. > (这个符号代表等待输入,回车发送,在程序里用\r\n转义发送)
3. +++ (发送+++代表退出发送,串口助手里需要关闭发送新行才能关闭发送,程序里用+++\r\n关闭)
二 1. AT+CIPSEND=num (指定发送数据长度,由于指定长度,达到长度后会自动发送,并退出发送)
2. > (这个符号代表等待输入,回车发送,在程序里用\r\n转义发送)
2.2 STM32操作esp8266模块
在实际使用中，STM32通过串口发送相关的AT指令给模块进行相应的操作。芯片上电后，首先进行串口3的初始化，初始化中波特率设置为115200，同时配置一个100ms的定时器中断，用于判断数据接收的连续性。这里也编写了相应的串口3中断服务函数，用于接收WiFi模块收到的数据。串口3中断服务函数如下：
//通过判断接收连续2个字符之间的时间差不大于100ms来决定是不是一次连续的数据.
//如果2个字符接收间隔超过100ms,则认为不是1次连续数据.也就是超过100ms没有接收到
//任何数据,则表示此次接收完毕.
//接收到的数据状态
//[15]:0,没有接收到数据;1,接收到了一批数据.
//[14:0]:接收到的数据长度
u16 USART3_RX_STA=0;
void USART3_IRQHandler(void)
{
u8 res;
if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET)//接收到数据
{
res =USART_ReceiveData(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
{
TIM_SetCounter(TIM7,0);//计数器清空
if(USART3_RX_STA==0)
TIM_Cmd(TIM7, ENABLE); //使能定时器7
USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA++]=res; //记录接收到的值
}else
{
USART3_RX_STA|=1<<15; //强制标记接收完成
}
}
}
}
串口3初始化完成后，通过发送AT指令进行WiFi模块的初始化，这里编写了esp8266_init()函数对模块进行了相关的配置，代码如下：
void esp8266_init(void)
{
u8 *p;
p=mymalloc(SRAMIN,100); //申请100字节的内存
atk_8266_quit_trans();
POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Wifi Connecting...");
while(atk_8266_send_cmd("AT","OK",20)); //检查WiFi模块是否在线
{
atk_8266_quit_trans(); //退出透传
atk_8266_send_cmd("AT+CIPMODE=0","OK",200); //关闭透传模式
}
while(atk_8266_send_cmd("ATE0","OK",20));//关闭回显
atk_8266_send_cmd("AT+CWMODE=3","OK",50); //设置为STA模式
atk_8266_send_cmd("AT+RST","OK",40);
delay_ms(1000);
delay_ms(1000);
delay_ms(1000);
delay_ms(1000);
atk_8266_send_cmd("AT+CWAUTOCONN=0","OK",50);
sprintf((char*)p,"AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"",wifiap_ssid,wifiap_password);
atk_8266_send_cmd(p,"OK",800); //连接AP
delay_ms(3000);
delay_ms(2000);
atk_8266_send_cmd("AT+CIPMUX=0","OK",20);
sprintf((char*)p,"AT+CIPSTART=\"TCP\",\"%s\",%s",(u8*)ip,(u8*)portnum);
while(atk_8266_send_cmd(p,"OK",200)){} //连接服务端
Connect_Flag=1;
atk_8266_send_cmd("AT+CIPMODE=1","OK",200); //开启透传
myfree(SRAMIN,p); //释放内存
}
其中，服务器用了PC端的网络调试助手进行模拟，WiFi模块与PC同时连接同一个WiFi热点，在PC上开启网络调试助手作为服务器，IP地址为局域网内分配给PC的I地址，端口号自己定义，如下图所示：
esp8266模块配置完成后，当需要通过WiFi发送数据时，调用串口3发送函数即可向服务器发送数据。串口3发送数据可以使用库函数USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data），这里使用该库函数重新封装了一个串口发送函数，可以进行固定长度的数据帧发送。
/************串口3的发送函数************/
//串口3,printf 函数
//确保一次发送数据不超过USART3_MAX_SEND_LEN字节
void u3_printf(char* fmt,...)
{
u16 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(USART_GetFlagStatus(USART3,USART_FLAG_TC)==RESET); //等待上次传输完成
USART_SendData(USART3,(uint8_t)USART3_TX_BUF[j]); //发送数据到串口3
}
}
3.DHT11温湿度模块
3.1 模块介绍
DHT11与单片机之间能采用简单的单总线进行通信，仅仅需要一个I/O口。传感器内部湿度和温度数据40Bit的数据一次性传给单片机，数据采用校验和方式进行校验，有效的保证数据传输的准确性。
从DHT11读取的温湿度数据组成如下所示：
3.2 STM32操作DHT11
检测DHT11是否正常
//等待DHT11的回应
//返回1:未检测到DHT11的存在
//返回0:存在
u8 DHT11_Check(void)
{
u8 retry=0;
DHT11_IO_IN();//SET INPUT
while (DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11会拉低40~80us
{
retry++;
delay_us(1);
};
if(retry>=100)return 1;
else retry=0;
while (!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11拉低后会再次拉高40~80us
{
retry++;
delay_us(1);
};
if(retry>=100)return 1;
return 0;
}
DHT11读取温湿度并校验
//从DHT11读取一次数据
//temp:温度值(范围:0~50°)
//humi:湿度值(范围:20%~90%)
//返回值：0,正常;1,读取失败
u8 DHT11_Read_Data(u8 *temp,u8 *humi)
{
u8 buf[5];
u8 i;
DHT11_Rst();
if(DHT11_Check()==0)
{
for(i=0;i<5;i++)//读取40位数据
{
buf[i]=DHT11_Read_Byte();
}
if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4])
{
*humi=buf[0];
*temp=buf[2];
}
}else return 1;
return 0;
}
4.运行结果
配置好DHT11和esp8266模块后，在主函数while(1)中循环计时，定时读取温湿度数据并通过WiFi上传至PC端。
while(1)
{
if(t%10==0)//每100ms读取一次
{
DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity); //读取温湿度值
LCD_ShowNum(30+40,150,temperature,2,16); //显示温度
LCD_ShowNum(30+40,170,humidity,2,16); //显示湿度
atk_8266_quit_trans();
atk_8266_send_cmd("AT+CIPSEND","OK",20); //开始透传
sprintf((char*)p,"温度为:%d℃,湿度为:%d %\r\n",temperature,humidity);
u3_printf("%s",p);
}
delay_ms(100);
t++;
}
这里同时用到了LCD显示屏在开发板上显示温湿度的数据，作为辅助功能，本文就不展开讲LCD的配置与使用了。
开发板上读取温湿度的结果图如下
在PC端网络调试助手上也定时接收到了温湿度数据。
