STM32+W5500+MQTT+Android實現遠程數據采集及控制
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0 前言
最近在學習MQTT，發現MQTT還是挺好用的，於是花了點時間做了一個簡單的應用示例，希望能給需要做這方面的人一些參考。
相關背景知識：鏈接地址
具體功能為：
1，STM32F405為主控芯片，它通過傳感器采集環境數據，比如溫度，濕度，光照度，大氣壓強等；
2，主控芯片通過W5500模塊將測量的數據通過MQTT協議方式發布到MQTT服務器（服務器域名和IP見固件程序）；
3，主控訂閱LED燈控制的消息，當接收到對應的控制指令后點亮或者熄滅對應的LED燈；
4，安卓手機端訂閱傳感器數據的消息，當接收到消息后將傳感器數據在界面顯示；
5，安卓手機可發送點亮或者熄滅LED燈的指令到服務器，然后服務器會將該指令轉發給STM32主控，然后STM32主控解析該指令並執行指令。
1 單片機端實現
MQTT協議是基於TCP的協議，所以我們只需要在單片機端實現TCP客戶端代碼之后就很容易移植MQTT了，STM32F4+W5500實現TCP客戶端的代碼我們以前已經實現過，代碼下載地址為：
鏈接地址
當然，如果你想在代碼里面直接使用服務器域名方式進行連接，我們還得在TCP客戶端代碼里面集成DNS的代碼，當然在上面這個連接里面也有相關的代碼。
MQTT代碼源碼下載地址：
鏈接地址
在STM32這邊我們使用的是C/C++ MQTT Embedded clients代碼。
硬件連接如下圖所示：
1.1 MQTT的移植
MQTT的移植非常簡單，將C/C++ MQTT Embedded clients的代碼添加到工程中，然后我們只需要再次封裝4個函數即可：
int transport_sendPacketBuffer(unsigned char* buf, int buflen);
int transport_getdata(unsigned char* buf, int count);
int transport_open(void);
int transport_close(void);
transport_sendPacketBuffer：通過網絡以TCP的方式發送數據；
transport_getdata：TCP方式從服務器端讀取數據，該函數目前屬於阻塞函數；
transport_open：打開一個網絡接口，其實就是和服務器建立一個TCP連接；
transport_close：關閉網絡接口。
如果已經移植好了socket方式的TCP客戶端的程序，那么這幾個函數的封裝也是非常簡單的，程序代碼如下所示：
/**
* @brief 通過TCP方式發送數據到TCP服務器
* @param buf 數據首地址
* @param buflen 數據長度
* @retval 小於0表示發送失敗
*/
int transport_sendPacketBuffer(unsigned char* buf, int buflen)
{
return send(SOCK_TCPS,buf,buflen);
}
/**
* @brief 阻塞方式接收TCP服務器發送的數據
* @param buf 數據存儲首地址
* @param count 數據緩沖區長度
* @retval 小於0表示接收數據失敗
*/
int transport_getdata(unsigned char* buf, int count)
{
return recv(SOCK_TCPS,buf,count);
}
/**
* @brief 打開一個socket並連接到服務器
* @param 無
* @retval 小於0表示打開失敗
*/
int transport_open(void)
{
int32_t ret;
//新建一個Socket並綁定本地端口5000
ret = socket(SOCK_TCPS,Sn_MR_TCP,5000,0×00);
if(ret != SOCK_TCPS){
printf(“%d:Socket Error\r\n”,SOCK_TCPS);
while(1);
}else{
printf(“%d:Opened\r\n”,SOCK_TCPS);
}
//連接TCP服務器
ret = connect(SOCK_TCPS,domain_ip,1883);//端口必須為1883
if(ret != SOCK_OK){
printf(“%d:Socket Connect Error\r\n”,SOCK_TCPS);
while(1);
}else{
printf(“%d:Connected\r\n”,SOCK_TCPS);
}
return 0;
}
/**
* @brief 關閉socket
* @param 無
* @retval 小於0表示關閉失敗
*/
int transport_close(void)
{
close(SOCK_TCPS);
return 0;
}
完成了這幾個函數，然后我們就可以根據官方提供的示例代碼實現我們自己的代碼了，比如我們向代理服務器發送一個消息的代碼如下所示：
/**
* @brief 向代理（服務器）發送一個消息
* @param pTopic 消息主題
* @param pMessage 消息內容
* @retval 小於0表示發送失敗
*/
int mqtt_publish(char *pTopic,char *pMessage)
{
int32_t len,rc;
MQTTPacket_connectData data = MQTTPacket_connectData_initializer;
unsigned char buf[200];
MQTTString topicString = MQTTString_initializer;
int msglen = strlen(pMessage);
int buflen = sizeof(buf);
data.clientID.cstring = “me”;
data.keepAliveInterval = 5;
data.cleansession = 1;
len = MQTTSerialize_connect(buf, buflen, &data); /* 1 */
topicString.cstring = pTopic;
len += MQTTSerialize_publish(buf + len, buflen – len, 0, 0, 0, 0, topicString, (unsigned char*)pMessage, msglen); /* 2 */
len += MQTTSerialize_disconnect(buf + len, buflen – len); /* 3 */
transport_open();
rc = transport_sendPacketBuffer(buf,len);
transport_close();
if (rc == len)
printf(“Successfully published\n\r”);
else
printf(“Publish failed\n\r”);
return 0;
}
下面我們看下主函數的代碼，思路也比較清晰：
int main(void)
{
static char meassage[200];
int rc;
char *led;
char led_value;
float temperature,humidity,light,pressure;
srand(0);
//配置LED燈引腳
LED_Config();
//初始化配置網絡
network_init();
while(1){
memset(meassage,0,sizeof(meassage));
//訂閱消息
rc = mqtt_subscrib(“pyboard_led”,meassage);
printf(“rc = %d\n\r”,rc);
if(rc >= 0){
printf(“meassage = %s\n\r”,meassage);
//解析JSON格式字符串並點亮相應的LED燈
cJSON *root = cJSON_Parse(meassage);
if(root != NULL){
led = cJSON_GetObjectItem(root,”led”)->valuestring;
printf(“led = %s\n\r”,led);
led_value = cJSON_GetObjectItem(root,”value”)->valueint;
if(!strcmp(led,”red”)){
if(led_value){
LED_On(LED_RED);
}else{
LED_Off(LED_RED);
}
}else if(!strcmp(led,”green”)){
if(led_value){
LED_On(LED_GREEN);
}else{
LED_Off(LED_GREEN);
}
}else if(!strcmp(led,”blue”)){
if(led_value){
LED_On(LED_BLUE);
}else{
LED_Off(LED_BLUE);
}
}else if(!strcmp(led,”yellow”)){
if(led_value){
LED_On(LED_YELLOW);
printf(“Yellow On\n\r”);
}else{
LED_Off(LED_YELLOW);
printf(“Yellow Off\n\r”);
}
}
// 釋放內存空間
cJSON_Delete(root);
}else{
printf(“Error before: [%s]\n\r”,cJSON_GetErrorPtr());
}
}
delay_ms(500);
//獲取傳感器測量數據，該示例使用隨機數
temperature = rand()%50;
humidity = rand()%100;
light = rand()%1000;
pressure = rand()%1000;
//將數據合成為JSON格式數據
sprintf(meassage,”{\”temperature\”:%.1f,\”humidity\”:%.1f,\”light\”:%.1f,\”pressure\”:%.1f}”,temperature,humidity,light,pressure);
//將數據發送出去
mqtt_publish(“pyboard_value”,meassage);
}
}
完整工程代碼可在后面的附件下載。
2 手機端代碼實現
手機端我們也使用官方提供的Java庫Java client and utilities，下載地址：
鏈接地址
將jar文件添加到工程中即可，程序界面如下所示：
上面4個條目分別顯示STM32單片機通過W5500發送到服務器端的傳感器測量數據；
下面4個圖片分別控制板子上的4個LED燈；
消息發送我們采用線程的方式發送，接收采用回調函數方式接收消息。
2.1 實現消息發送
發送消息的代碼如下所示：
/**
* send message
*/
class PublishThread extends Thread {
String topic;
MqttMessage message;
int qos = 0;
MemoryPersistence persistence = new MemoryPersistence();
PublishThread(String topic,String message){
this.topic = topic;
this.message = new MqttMessage(message.getBytes());
}
public void sendMessage(String topic,String message){
this.topic = topic;
this.message = new MqttMessage(message.getBytes());
run();
}
@Override
public void run() {
try {
MqttClient sampleClient = new MqttClient(broker, clientId, persistence);
MqttConnectOptions connOpts = new MqttConnectOptions();
connOpts.setCleanSession(true);
connOpts.setKeepAliveInterval(1);
System.out.println(“Connecting to broker: ” + broker);
sampleClient.connect(connOpts);
System.out.println(“Connected”);
System.out.println(“Publishing message: ” + message.toString());
message.setQos(qos);
sampleClient.publish(topic, message);
System.out.println(“Message published”);
sampleClient.disconnect();
System.out.println(“Disconnected”);
}catch(MqttException me) {
System.out.println(“reason “+me.getReasonCode());
System.out.println(“msg “+me.getMessage());
System.out.println(“loc “+me.getLocalizedMessage());
System.out.println(“cause “+me.getCause());
System.out.println(“excep “+me);
me.printStackTrace();
}
}
}
2.2 實現消息接收
接收消息的代碼如下所示：
/**
* receive message
*/
class SubscribeThread extends Thread{
final String topic;
MemoryPersistence persistence = new MemoryPersistence();
SubscribeThread(String topic){
this.topic = topic;
}
@Override
public void run(){
try {
final MqttClient sampleClient = new MqttClient(broker, clientId, persistence);
final MqttConnectOptions connOpts = new MqttConnectOptions();
connOpts.setCleanSession(true);
System.out.println(“Connecting to broker: ” + broker);
connOpts.setKeepAliveInterval(5);
sampleClient.setCallback(new MqttCallback() {
@Override
public void connectionLost(Throwable throwable) {
System.out.println(“connectionLost”);
try {
sampleClient.connect(connOpts);
sampleClient.subscribe(topic);
}catch (MqttException e){
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void messageArrived(String topic, MqttMessage mqttMessage) throws Exception {
System.out.println(“messageArrived:”+mqttMessage.toString());
System.out.println(topic);
System.out.println(mqttMessage.toString());
try {
JSONTokener jsonParser = new JSONTokener(mqttMessage.toString());
JSONObject person = (JSONObject) jsonParser.nextValue();
temperature = person.getDouble(“temperature”);
humidity = person.getDouble(“humidity”);
light = person.getDouble(“light”);
pressure = person.getDouble(“pressure”);
System.out.println(“temperature = ” + temperature);
System.out.println(“humidity = ” + humidity);
runOnUiThread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
temperatureTextView.setText(String.format(“%.1f”, temperature));
humidityTextView.setText(String.format(“%.1f”, humidity));
lightTextView.setText(String.format(“%.1f”, light));
pressureTextView.setText(String.format(“%.1f”, pressure));
}
});
} catch (JSONException ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
@Override
public void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken iMqttDeliveryToken) {
System.out.println(“deliveryComplete”);
}
});
sampleClient.connect(connOpts);
sampleClient.subscribe(topic);
} catch(MqttException me) {
System.out.println(“reason “+me.getReasonCode());
System.out.println(“msg “+me.getMessage());
System.out.println(“loc “+me.getLocalizedMessage());
System.out.println(“cause “+me.getCause());
System.out.println(“excep “+me);
me.printStackTrace();
}
}
}
3 實測效果
1，單片機端定時更新傳感器數據，手機端也會同步更新；
2，手機端點擊4個LED控制的按鈕，板子上也會點亮或者熄滅對應的LED；
4 源碼下載
4.1 STM32端源碼下載
MQTT_STM32_W5500.rar
4.2 手機端源碼下載 MQTT_Android.rar
4.3 手機端apk下載 stm32_w5500_mqtt_app.rar