ESP8266/01s AT指令连接OneNET MQTT篇上报和下发数据

送外卖的CV工程师

22513人浏览 · 2024-09-24 10:46:27

送外卖的CV工程师 · 2024-09-24 10:46:27 发布

1. 前言

在上一次的实验里，我们借助电脑软件mqttx的帮助，成功地与OneNet平台上的设备建立了MQTT协议连接。不仅模拟发送了温湿度数据，还接收到了控制LED1的指令。这次，我们将使用硬件模块ESP8266再次实现同样的目标。相信这将是一次既有趣又能学到新知识的经历！

2. 获取资料

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3. 硬件准备

3.1. 联芯物联网开发板-LX-IOT-F103

本教程原文都将使用此开发板进行展示，关于开发板详细请浏览：

此处为语雀内容卡片：https://www.yuque.com/u54102073/mol0bc/wa9y5yt2qfvip1mh

优点：

板载DAP-Link烧录器+虚拟串口：实现一根USB Typec线烧录+串口打印，无需多调试器与杜邦线连接。
板载ESP8266+拨码开关：只需要将拨码开关的DAP串口与ESP8266串口连接，即可实现在电脑串口调试软件中实现直接与ESP8266通信，减少杜邦线连接与降低因杜邦线产生的问题概率。
板载多执行器与传感器，能够作为学习，方案快速验证板。

3.2. 或自行购买硬件

无需额外配件，准备以下 4 款工具即可完成全部功能：

STM32F103C8T6 最小系统板
ESP-01S / 直插引脚版 ESP8266-12F
CH340 串口调试工具
ST-Link 烧录工具

4. wifi烧录固件

4.1. 进入烧录下载模式（关键步骤）

分两种硬件场景，操作略有区别，看到 WiFi 蓝灯单次闪烁 = 成功进入模式：

联芯开发板烧录wifi固件

用杜邦线或镊子短接板载 WiFi 的两个烧录焊盘 → 按下 WiFi 复位键 → 蓝灯闪烁后松开短接工具即可。

自行购买的模块烧录固件

将 GPIO0 引脚与 GND 短接（拉低电平）→ 重新给模块上电 / 短接 RST 复位引脚后松开 → 蓝灯单次闪烁即完成。

4.2. 串口连线（电脑与 ESP8266）

联芯开发板烧录wifi 与电脑串口连线

调整串口拨码开关：最上方 2 位拨到右侧（导通），下方 4 位拨到左侧（断开）。

自行购买的模块与电脑串口连线

严格交叉连接：WiFi 的 RX 引脚 ↔ 串口工具 TX 引脚；WiFi 的 TX 引脚 ↔ 串口工具 RX 引脚。

4.3. 烧录固件

打开官方 ESP8266 固件烧录软件，芯片型号选择ESP8266；

固件选择：1471 号 AT 固件（兼容 1MB Flash 的 ESP-01S、4MB Flash 的 ESP8266-12F，通用无兼容问题）；
参数设置：烧录地址填0，选择电脑识别的串口号，波特率固定115200（稳定性最佳）；
点击开始进行烧录；若长时间无反应，重新进入烧录模式，并检查 RX/TX 接线、拨码开关。

4.4. 烧录成功验证

烧录完成后点击停止，关闭烧录软件；
打开串口调试助手，波特率设置为115200；
取消 GPIO0 短接，给 ESP8266 复位 / 重新上电；
查看串口打印：输出信息与教程图示一致（核对固件版本号、编译时间），即为烧录成功；
功能测试：串口发送指令AT（必须加回车换行），模块返回OK，说明 AT 指令功能正常。

5. 基础AT指令

这里放一个乐鑫官方的AT指令手册：AT 命令集 - ESP32 - — ESP-AT 用户指南 latest 文档

烧录的固件默认波特是115200，数据位：8，校验位：无，停止位：1。

这里我是用微软商店下载的《串口调试助手》软件，免费使用基础功能，当然用其他的串口软件也可以。

串口如下图配置，还有下面的勾选：“显示发送字符串”，方便查看我们发送的数据是否有被模组响应。

5.1. AT：测试 AT 启动

指令	响应	功能
AT	OK	测试模组是否处于工作状态

5.2. AT+RST：重启模块

指令	响应	功能
AT+RST	OK	软件复位，恢复所有运行状态

5.3. AT+RESTORE：恢复出厂设置

指令	响应	功能
AT+RESTORE	OK	恢复所有参数为默认值，并重启

主要用于系统第一次运行时候，清空所有参数。

5.4. ATE：开启或关闭 AT 回显功能

指令	响应	功能
ATE1	OK	打开回显
ATE0	OK	关闭回显

ATE1：开启回显后，使用串口助手发送AT指令，模组会返回AT指令和响应。

ATE0：关闭回显后，使用串口助手发送AT指令，模组只会返回响应。

这个功能不会保存进flash中，复位后效果消失，默认开启回显，所以需要在复位指令后使用。

5.5. 执行效果图

发送指令时，注意要在后面加上换行回车，按下键盘回车即可。

发送效果

①：AT，接收到：回显的"AT"，和响应的“OK”数据，说明模组和通信正常。

②：AT+RST复位，接收到：回显的"AT+RST"，和响应的“OK”数据，以及后面的模组初始化运行Log。

③：ATE0关闭回显，接收到：回显的"ATE0"，和响应的“OK”数据。

④：再次发送AT，只有响应的“OK”数据，刚刚发送的回显指令生效。

6. wifi指令

6.1. AT+CWMODE：查询/设置 Wi-Fi 模式

指令	响应	功能
AT+CWMODE=1	OK	设置Wi-Fi为Station模式连接热点

6.2. AT+CWJAP：连接 AP

指令	响应	功能
AT+CWJAP="iqoo123","12345678"	`WIFI CONNECTED WIFI GOT IP OK`	连接2.4GHz wifi

这里修改成自己的wifi账号与密码。

注意：连接的wifi必须是2.4GHz，否则无法连接。

如果返回其他错误，确保wifi账号密码正确，以及频段是2.4GHz的，建议电源可支持峰值电流500mA以上。

6.3. AT+CWSTATE：查询 Wi-Fi 状态和 Wi-Fi 信息

指令	响应	功能
AT+CWSTATE?	`+CWSTATE:<state>,<"ssid"> OK`	查询当前wifi连接状况

在后续的单片机程序中，通过此指令state字段是否为2，来判断wifi是否成功连接。

参数

<state>：当前 Wi-Fi 状态

- 0: ESP32 station 尚未进行任何 Wi-Fi 连接
- 1: ESP32 station 已经连接上 AP，但尚未获取到 IPv4 地址
- 2: ESP32 station 已经连接上 AP，并已经获取到 IPv4 地址
- 3: ESP32 station 正在进行 Wi-Fi 连接或 Wi-Fi 重连
- 4: ESP32 station 处于 Wi-Fi 断开状态

<”ssid”>：目标 AP 的 SSID

6.4. 执行效果图

发送指令时，注意要在后面加上换行回车，按下键盘回车即可。

①：设置Station模式。

②：连接2.4GHz wifi。

③：查询当前wifi信息，可以看到state字段是2，说明连接成功。

7. mqtt指令

7.1. AT+MQTTUSERCFG：设置 MQTT 用户属性

指令	响应	功能
`AT+MQTTUSERCFG=0,1,"dev-001","0g8ZhlAicM","version=2018-10-31&res=products%2F0g8ZhlAicM%2Fdevices%2Fdev-001&et=1797745146&method=md5&sign=jnvluASkhbMOSiBouw7ZOg%3D%3D",0,0,""`	OK	配置MQTT参数

<”client_id”>：MQTT 客户端 ID，最大长度：256 字节。替换自己的“设备名称”。
<”username”>：用户名，用于登陆 MQTT broker，最大长度：64 字节。替换自己的“产品ID”。
<”password”>：密码，用于登陆 MQTT broker，最大长度：64 字节。替换自己的“鉴权Token”。
其他参数默认。

这里有个值得注意的地方：

这里不知道是文档写错了还是啥原因，我的password长度大于64字节，还是可以正常设置，而且client_id长度一般比password长度短，感觉是这里的长度写反了。

7.2. AT+MQTTCONN：连接 MQTT Broker

指令	响应	功能
`AT+MQTTCONN=0,"mqtts.heclouds.com",1883,1`	OK	连接MQTT服务器

<”host”>：MQTT broker 域名，最大长度：128 字节。替换OneNET MQTT域名："mqtts.heclouds.com"。
<port>：MQTT broker 端口，最大端口：65535。替换OneNET MQTT端口：1883

7.3. AT+MQTTCONN?：查询 MQTT Broker

指令	响应	功能
AT+MQTTCONN?	`+MQTTCONN:<LinkID>,<state>,<scheme>,<"host">,<port>,<"path">,<reconnect> OK`	查询连接MQTT信息与状态

在后续的单片机程序中，通过此指令state字段是否为6，来判断mqtt是否连接成功并订阅了主题。

7.4. AT+MQTTSUB：订阅 MQTT Topic

指令	响应	功能
`AT+MQTTSUB=0,"$sys/0g8ZhlAicM/dev-001/thing/property/post/reply",0`	OK	订阅“设备属性上报响应”主题
`AT+MQTTSUB=0,"$sys/0g8ZhlAicM/dev-001/thing/property/set",0`	OK	订阅“设备属性设置请求”主题

<”topic”>：订阅的 topic。替换自己的“产品ID”与“设备名称”。

这里实现订阅“设备属性上报响应”主题，是为了接收上报数据的响应，来判断数据是否成功上报。

这里实现订阅“设备属性设置请求”主题，是为了接收平台下行的数据，来根据数据中的指令来执行对应的操作。

7.5. 执行效果图

发送指令时，注意要在后面加上换行回车，按下键盘回车即可。

①：设置MQTT属性，注意填写自己的信息。

②：连接MQTT服务器，填写自己的信息，如果显示断开连接，那么就是信息不对。

③：获取MQTT状态，第二个参数是state参数，4代表连接成功，但是还没订阅主题。

④：订阅“设备属性上报响应”主题，这里如果主题内容是错的，那么OneNET那边会主动断开MQTT连接。

⑤：订阅“设备属性设置请求”主题，这里如果主题内容是错的，那么OneNET那边会主动断开MQTT连接。

⑥：再次获取MQTT状态，第二个参数是state参数，6代表连接成功，并且成功订阅了主题。

8. 上行数据

这里上报模拟温湿度数据到OneNET上。

8.1. AT+MQTTPUBRAW：发布长 MQTT 消息

需要“发送的字符串长度”可以使用这个在线字符串计数网站：字符计数器：计算字符数，

注意在“数据模式”下发送数据可以不用加换行回车符。

统计好字符串长度后，填写长度参数。

指令	响应	功能
`AT+MQTTPUBRAW=0,"$sys/0g8ZhlAicM/dev-001/thing/property/post",115,0,0`	`OK >`	进入数据模式，发送指定长度到“设备属性上报请求”主题之后自动退出
`{"id":"123","params":{"CurrentTemperature":{"value":18.7},"CurrentHumidity":{"value":20.4},"LED1":{"value":false}}}`	+MQTTPUB:OK	发送数据

订阅了主题的情况下还会接收到“设备属性上报响应”主题的数据：

+MQTTSUBRECV:0,"$sys/0g8ZhlAicM/dev-001/thing/property/post/reply",39,{"id":"123","code":200,"msg":"success"}

8.2. 执行效果图

将上方的指令依次发送：

①：发布长数据，这里发布115字节的数据到“设备属性上报请求”主题。

②：发送115字节数据，之后自动退出。

③：由于前面订阅了“设备属性上报响应”主题，上报数据后，会接收到响应内容，可以看到msg是success，说明上报数据成功。

9. 下行数据

这里接收OneNET下行的数据，例如"LED1":false指令。

9.1. OneNET API调试

这里进行API调试，填写自己的产品ID，设备名称，
params填写：

{
  "LED1": true
}

然后点击执行。

9.2. 串口接收到数据

这里接收到数据：

+MQTTSUBRECV:0,"$sys/0g8ZhlAicM/dev-001/thing/property/set",50,{"id":"17","version":"1.0","params":{"LED1":true}}

可以看到里面有{"LED1":true}，后续单片机程序就解析里面的标识符"LED1"和"true"数值，来进行对应的操作，例如这里对应的“开灯”。

9.3. 响应

我们刚刚只是纯接收数据，并没有进行响应数据，所以OneNET这边显示“设备响应超时”，所以我们需要在接收到数据5s内进行数据回应

通过我们之前使用MQTTX软件，知道了响应的方法与主题。

这里的发送数据的id，需要和接收到数据的id保持一致，例如接收到的数据，里面的json数据的id是"17"：

+MQTTSUBRECV:0,"$sys/0g8ZhlAicM/dev-001/thing/property/set",50,
{
  "id":"17",
  "version":"1.0",
  "params":{
    "LED1":true
  }
}

那么等会回应的数据，里面的id也要是"17"，每次执行一次属性设置后，id会自增1：

{
  "id":"17",
  "code":200,
  "msg":"user_succ"
}

这里还是需要计算需要发送字符串的长度：字符计数器：计算字符数，

注意在数据模式下发送数据可以不用加换行回车符。

指令	响应	功能
`AT+MQTTPUBRAW=0,"$sys/0g8ZhlAicM/dev-001/thing/property/set_reply",40,0,0`	`OK >`	进入数据模式，发送指定长度到“设备属性设置响应”主题之后自动退出
`{"id":"23","code":200,"msg":"user_succ"}`	+MQTTPUB:OK	发送数据

再次在OneNET API进行一次执行操作，这里需要快速发送两次AT指令，建议先提前预判一下消息id号，等收到数后快速粘贴到发送框发送，时间不超过5s。

9.4. 执行效果图

在接收OneNET的下行数据后，依次将上面的指令发送：

①：接收到：“设备属性设置请求”主题的数据，这里面id是：25

②：进入长数据模式，注意计算需要发送字符的长度

③：回应数据，里面的id需要和①的id一致，例如都是25

④：在OneNET API调试页面，可以看到显示成功。

10. 总结

在本章节中，我们通过AT指令成功建立了与OneNET MQTT服务器的连接，并实现了数据的上行和下行通信。具体而言，我们上传了模拟的温湿度数据，并接收到了用于控制LED灯状态的指令。接下来，在下一章节里，我们将探讨如何利用单片机的串行接口自动发送和接收这些数据，从而取代之前手动操作的过程。下一阶段的主要任务是将该程序移植到单片机上，并根据个人需求调整OneNET配置信息（如WiFi网络参数等）以及设备属性设置，以确保系统能够正常运行。