STM32实战项目——WIFI远程开关灯

news2024/9/29 1:23:41

前言
其实WIFI开关灯在几个月前就想做了，但是对于没有云平台调试经验的我，一开始有些摸不着头脑，所以就搁置了。十一假期与老同学聊天时了解到他也在做一个远程开关灯的小项目，所以就重新开始了WIFI远程开关灯的小项目。

本文使用到的AT固件，固件烧录工具，烧录方法以及调试上位机，全部在文末公众号中，关注并私信“ESP8266资料”，可以免费获取！

本文设计的PCB工程文件可以关注文末公众号，私信“远程开关灯PCB”获取！

文章目录

  • 一、项目简介
  • 二、硬件选型
  • 三、连接腾讯云测试
    • 3.1 AT固件烧录
    • 3.2 云平台配置
      • 3.2.1 新建产品
      • 3.2.2 配置产品
    • 3.3 上位机调试
  • 四、所需AT指令
  • 五、程序编写
    • 5.1 ESP8266发送指令程序
    • 5.2 接收云平台信息
    • 5.3 舵机控制
  • 六、PCB设计
  • 七、优化方向

一、项目简介

本项目使用STM32F103C8T6作为主控芯片，搭配ESP8266，通过WIFI连接腾讯云来实现远程开关灯。腾讯云有自带的APP“腾讯连连”，但是目前苹果用户不能下载，不过他也有配套的小程序，十分友好。开关灯的功能由sg90舵机来实现。

目前只完成了第一版的软件开发，将功能分成了两种，一种是只需要关灯，也就是收到云平台的指令，就关灯，开灯需要手动。另一种就是既可以远程关灯，也可以远程开灯。之所以分成两种功能，是因为博主的需求只是能够睡前关灯，不再摸黑找床就够了！

二、硬件选型

  • 主控芯片：STM32F103C8T6
  • ESP8266：暂时使用的是正点原子的ESP8266，由于价格相对不太美丽，后续可能会更换。
  • 舵机：sg90

对于ESP8266和sg90不甚了解的小伙伴不要慌，可以移步博主的“STM32外设系列专栏”查看！

三、连接腾讯云测试

其实上云的方法，除了需要了解掌握云平台的配置方法，其他与STM32外设专栏中介绍的，利用WIFI模块访问API并无太大的差别。在上云之前，我们需要先做好前期准备。

3.1 AT固件烧录

安可信提供了可连接腾讯云的AT固件，下载链接在评论区贴出！有需要资料的小伙伴可以直接关注文末公众号，私信发送“ESP8266资料”，获取本文全部资料。

直连腾讯云AT固件
获取到固件后，下一步就是使用固件烧录工具将固件烧录到我们的ESP8266中。这里需要用的USB转TTL，固件烧录工具以及烧录方法全部打包在公众号资料中，这里暂时不在做介绍。

值得注意的是，我们在给正点原子的ESP8266模组烧录固件时，需要注意一下接线方式，这里说明一下

ESP8266			USB-TTL

VCC		-----	5V
GND		-----	GND
TXD		-----	RXD
RXD		-----	TXD
IO_0	-----	GND

在烧录完固件后，再将IO_0置空，重新上电即可。

3.2 云平台配置

首先进入腾讯云平台，连接放在评论区。注册账号后进入到“实例管理”。

进入腾讯云

这里因为已经创建过，所以和最开始使用的小伙伴显示的有所不同，但是不影响介绍配置步骤。

3.2.1 新建产品

点击进入公共实例，点击“新建项目”，输入相关信息。

新建项目

新建完项目后，点击进入新建的项目，然后点击“新建产品”，按照下图选择并输入相关信息。

新建产品

3.2.2 配置产品

首先是“物模型”，我们是需要实现开关灯，这里我们只配置一个简单的属性。点击“新建自定义功能”，按照下图配置并输入相关信息。

新增自定义功能

添加完成后点击下一步，进入“设备开发”，选择“基于模组开发”。

设备开发

选择模组时选择下面的模组

选择模组

点击下一步之后，进入“交互开发”。除了下图的“配网引导”需要按照下图选择，其他的可自行配置。

配网引导

配置完成后，来到“设备调试”，新建完设备后，云平台部分就配置完成。新建完设备后点击产品，进入后可以看到设备信息。设备信息中的“设备名称”、“产品ID”、“设备密钥”在后续会使用到。

设备信息

3.3 上位机调试

上位机使用公众号资料中提供的上位机。用USB转TTL连接上ESP8266，打开上位机，`打开对应串口。输入上面的设备信息。

上位机

点击“直接连接WIFI”，输入要连接的WIFI名称和WIFI密码。等待连接上WIFI后，点击连接腾讯云。此时可以去云平台的设备调试中看一下设备是否处于在线状态。设备在线后，需要订阅主题，订阅主题时需要输入

$thing/down/property/产品ID/设备名称

订阅完成后就可以在云平台进行控制。点击云平台上在线调试中的“发送”，串口就可以收到服务器发送的消息。
上位机

四、所需AT指令

上面介绍了如何利用上位机来实现上云，并且收到云平台发送的指令。我们可以看到，实际上位机也是使用发送AT指令的方式实现的，所以我们在利用单片机＋ESP8266上云时，模仿上位机去发送这些AT指令，一样可以上云。这里按发送顺序列举一下需要用到的几条AT指令。

AT+CWJAP="WIFINAME","WIFIPASSWORD"   // 连接指定WIFI

AT+TCDEVINFOSET=1,"PRODUCTID","DEVICENAME","DEVICEKEY"   // 发送设备信息

AT+TCMQTTCONN=1,5000,240,1,0   // 配置MQTT参数

AT+TCMQTTSUB="$thing/down/property/PRODUCTID/DEVICENAME",0   // 订阅主题

需要注意的是，每条AT指令后面都需要加换行和回车！

五、程序编写

5.1 ESP8266发送指令程序

发送指令程序如下

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Med_Esp8266_CheckLink
 *函数功能：检查ESP8266连接状态
 *输入参数：str：要发送的指令；
 *返回值：无
 *备  注：调用前先将需要发送的内容利用sprintf()函数转换成字符串
					串口1发送指令，串口2返回信息
 *==============================================================================
 */
void Med_Esp8266_SendCmd (u8 *str)
{
	while (!gSetSuccessFlag)
	{
		// 发送AT指令
		USART_Send(UART1,str);
		
		// 这里延时4s，防止出现虚假上云现象
		delay_ms(1000);
		delay_ms(1000);
		delay_ms(1000);
		delay_ms(1000);
		
		gSendCunt = gSendCunt + 1;   // 发送次数加1
		
		// 检测接收内容
		Med_Esp8266_Uartrece_Pares();
		
		if (gSendCunt > 10)
		{
			// 发送失败
		}
	}
	
	gSendCunt = 0;   // 清零发送次数
	gSetSuccessFlag = 0;   // 清零配置成功变量
}

其实实质是利用串口1，将需要发送的字符串发送出去。关于串口发送程序，可以到“STM32速成笔记”专栏查看，这里就不再做详细介绍了。

发送AT指令的完整程序如下

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：App_Esp8266_Init
 *函数功能：ESP8266初始化
 *输入参数：无
 *返回值：无
 *备  注：检测ESP8266连接状态，并连接指定WIFI
 *==============================================================================
 */
void App_Esp8266_Init (void)
{
	// 连接指定WIFI
	sprintf((char*)gString,"AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"\r\n",WIFINAME,WIFIPASSWORD);
	Med_Esp8266_SendCmd(gString);
}
/*
 *==============================================================================
 *函数名称：App_Esp8266_Connect_Tencentcloud
 *函数功能：连接腾讯云
 *输入参数：无
 *返回值：无
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
void App_Esp8266_Connect_Tencentcloud (void)
{
	// 设置平台设备信息
	sprintf((char*)gString,"AT+TCDEVINFOSET=1,\"%s\",\"%s\",\"%s\"\r\n",PRODUCTID,DEVICENAME,DEVICEKEY);
	Med_Esp8266_SendCmd(gString);
	
	// 配置MQTT连接参数
	sprintf((char*)gString,"AT+TCMQTTCONN=1,5000,240,1,0\r\n");
	Med_Esp8266_SendCmd(gString);
	
	// 订阅MQTT主题信息
	sprintf((char*)gString,"AT+TCMQTTSUB=\"$thing/down/property/%s/%s\",0\r\n",PRODUCTID,DEVICENAME);
	Med_Esp8266_SendCmd(gString);
}

5.2 接收云平台信息

其实针对云平台信息的接收很简单，是否收到云平台消息的标准是，接收到的字符串中是否有关键词“led”。接收判断程序如下

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Med_SG90_Uartrece_Pares
 *函数功能：解析串口接收内容
 *输入参数：无
 *返回值：无
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
void Med_SG90_Uartrece_Pares (void)   // 串口接收内容解析函数
{
	u16 tempVar = 0;   // 临时循环变量
	
	if (gReceEndFlag  == 1)   // 如果接收完成
	{
		// 解析接收内容
		for (tempVar = 0;tempVar < gReceCount;tempVar ++)
		{	
			// 腾讯云下发消息解析
			if (gReceFifo[tempVar] == 'l' && gReceFifo[tempVar + 1] == 'e' && gReceFifo[tempVar + 2] == 'd')
			{
				// 解析开关灯指令
				gRecCloudOrder = 1;
				break;
			}
		}
		
		// 清空接收数组
		for (gClearCount = 0;gClearCount < gReceCount;gClearCount ++)
		{
			gReceFifo[gClearCount] = ' ';
		}
			
		gReceEndFlag = 0;   // 清除接收完成标志位
		gReceCount = 0;   // 清零接收计数变量
	}
}

关于如何解析接收字符串，如果看上面的程序还是不理解，可以到“STM32外设系列”专栏中WIFI篇查看。或者到“STM32实战项目”专栏中密码锁篇查看。

5.3 舵机控制

舵机使用TIM2的PWM通道2来控制，关于sg90的详细控制资料，可以到“STM32外设系列”专栏查看，程序工程可关注文末公众号私信获取。

这里定义了一个函数，可以控制舵机旋转到指定角度。

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Med_Sg90_Spin
 *函数功能：SG90旋转到指定角度
 *输入参数：angle：旋转到的指定角度
 *返回值：无
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
void Med_Sg90_Spin (u16 angle)
{
	TIM_SetCompare2(TIM2,195 - angle / 9);   // 旋转到指定角度
	delay_ms(500);
}

上面介绍了，项目有两种不同的功能，可以利用宏定义开关。舵机根据宏定义开关的不同，可以实现不同的功能。舵机开关灯程序如下

// 以下变量在其头文件中进行了全局声明
u8 gRecCloudOrder = 0;   // 收到云平台指令标志位

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：App_Sg90_LedCtrl
 *函数功能：SG90开关灯
 *输入参数：无
 *返回值：无
 *备  注：根据需求选择宏定义开关
 *==============================================================================
 */
#if CLOSE_AND_OPEN
u8 gOpenCloseCtrlFlag = 0;   // 开关控制标志位
#endif

void App_Sg90_LedCtrl (void)
{
	Med_SG90_Uartrece_Pares();   // 接收串口内容并解析
	
	#if ONLY_CLOSE
		if (gRecCloudOrder == 1)
		{
			Med_Sg90_Spin(CLOSEANGLE);   // 舵机旋转关灯
			delay_ms(500);
			Med_Sg90_Spin(99);   // 舵机归零
			delay_ms(500);
			gRecCloudOrder = 0;
		}
	#elif CLOSE_AND_OPEN
		if (gRecCloudOrder == 1)
		{
			gOpenCloseCtrlFlag = gOpenCloseCtrlFlag + 1;
			
			// 范围限制
			if (gOpenCloseCtrlFlag >= 3)
			{
				gOpenCloseCtrlFlag = 1;
			}
		}
		if (gRecCloudOrder == 1 && gOpenCloseCtrlFlag == 1)
		{
			Med_Sg90_Spin(CLOSEANGLE);   // 舵机旋转关灯
			delay_ms(500);
			Med_Sg90_Spin(99);   // 舵机归零
			delay_ms(500);
			gRecCloudOrder = 0;
		}
		else if (gRecCloudOrder == 1 && gOpenCloseCtrlFlag == 2)
		{
			Med_Sg90_Spin(OPENANGLE);   // 舵机旋转开灯
			delay_ms(500);
			Med_Sg90_Spin(99);   // 舵机归零
			delay_ms(500);
			gRecCloudOrder = 0;
		}
	#endif
}

六、PCB设计

本项目的第一版PCB已经设计完成，如有需要，可关注文末公众号，私信“远程开关灯PCB”获取，这里贴一下PCB的3D预览图。

PCB的3D预览图

七、优化方向

  • 未加入ESP8266连接异常检测程序。
  • 如果需要修改连接的WIFI，需要重新烧写程序。可以尝试使用HC-05来输入要连接的WIFI信息，如果小伙伴有其他好的办法，欢迎私信讨论或者评论区讨论。
  • PCB没有加入电源部分电路，后续考虑使用电池供电。

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