一種基于ESP8266與USART HMI的通用WIFI物聯(lián)網(wǎng)接入方式

盧光鈺

摘要：本文在USART HMI串口觸摸屏、正點原子MINI STM32F103RCT6單片機開發(fā)板、正點原子WIFI模塊ATK-ESP8266的硬件基礎(chǔ)上，通過C語言malloc函數(shù)動態(tài)分配內(nèi)存存儲WIFI賬號密碼的基本方法，解決了8266靈活動態(tài)輸入WIFI賬號密碼問題，從而提高了以8266模塊為核心的物聯(lián)網(wǎng)客戶端設(shè)備的實用性。

關(guān)鍵詞： ESP8266；WIFI；malloc；USART HMI

物聯(lián)網(wǎng)作為進行信息交換和通信的新型平臺，其基礎(chǔ)技術(shù)在于客體（信息、物體、數(shù)據(jù)等）與互聯(lián)網(wǎng)的連接。ESP8266 系列模組是安信可（Ai-thinker）公司采用樂鑫ESP8266芯片開發(fā)的一系列WIFI模組模塊，專為移動設(shè)備、可穿戴電子產(chǎn)品和物聯(lián)應(yīng)用設(shè)計。ESP8266（以下簡稱8266）在TCP client透傳模式，即客戶端模式下，可以通過單片機串口輸入一系列AT指令進行操作，連接WIFI網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)端服務(wù)器相互通訊，從而完成數(shù)據(jù)上傳的功能。基本步驟為：

1.單片機向8266輸入AT+CWMODE=1；（設(shè)置8266為STA模式）

2.輸入AT+RST；（8266重啟）

3.輸入AT+CWJAP=”SSID”，”11111111”；（輸入WIFI賬號密碼）

4.輸入AT+CIPSTART=”TCP”，"183.230.40.33"，80；（輸入遠(yuǎn)端服務(wù)器IP與端口號，此處為中移動ONEnet物聯(lián)網(wǎng)平臺IP與端口號）

5.輸入AT+CIPMODE=1；（開啟透傳模式）

6.輸入AT+CIPSEND；（開始透傳）

7.輸入網(wǎng)絡(luò)報文信息。

在步驟3中，WIFI的賬號密碼要事先在單片機程序中確定，當(dāng)8266連接到其他WIFI網(wǎng)絡(luò)時，需要在源程序中更改賬號密碼，再燒入單片機中，在很大程度上影響了8266設(shè)備的通用性與便利性。

本文在USART HMI串口觸摸屏、正點原子MINI STM32F103RCT6單片機開發(fā)板、正點原子WIFI模塊ATK-ESP8266的硬件基礎(chǔ)上，通過C語言malloc函數(shù)動態(tài)分配內(nèi)存存儲WIFI賬號密碼的基本方法，解決了8266靈活動態(tài)輸入WIFI賬號密碼問題，從而提高了以8266模塊為核心的物聯(lián)網(wǎng)客戶端設(shè)備的實用性，具體方法如下文所示。

1 USART HMI觸摸屏功能設(shè)計

USART HMI觸摸屏是一款以STM32F030CRT6為核心的可編程LCD電容式觸摸屏，用戶可以通過USART HMI上位軟件對其進行編程，運用按鈕、進度條、切圖、文本等組件，實現(xiàn)對下位單片機的控制、采樣、顯示等功能，觸摸屏與單片機之間通過RXTX串口進行通信。本文中的USART HMI有兩大基本功能：1，將外置傳感器的參數(shù)顯示在主界面上；2，點擊主界面右下角“WIFI”按鈕時，進入WIFI登錄界面，輸入賬號密碼，點擊”O(jiān)K”，USART HMI將賬號密碼信息通過串口3上傳給單片機并切回到主界面。如圖1、2所示：

USART HMI在上電時，因為電壓不穩(wěn)定，可能會發(fā)送幾幀亂碼，影響單片機識別，所以設(shè)置觸摸屏初始化事件為“printh 0d 0a”，即發(fā)送兩幀結(jié)束符使單片機能夠接收完亂碼，不讓亂碼摻雜在正常數(shù)據(jù)代碼之中，后期在正常數(shù)據(jù)碼前端設(shè)置標(biāo)志幀使單片機能夠正確分辨。

主界面的傳感器數(shù)據(jù)通過文本控件顯示，設(shè)置為n0，設(shè)置傳感器數(shù)據(jù)變量名稱為k，則單片機輸入的命令為printf（"n0.val=%d＼xff＼xff＼xff"，k），三個0xff為結(jié)束符，否則USART HMI不能識別。設(shè)置右下方圖片控件p0為WIFI圖標(biāo)，彈起事件為“page 1”，即轉(zhuǎn)換到WIFI登陸界面。

如圖3所示， WIFI登錄界面由SSID賬號輸入欄、PAS密碼輸入欄、0-9全數(shù)字鍵盤、A-Z全字母鍵盤、下劃線、中折線、CAP大小寫切換按鍵、BS刪除鍵、OK發(fā)送鍵組成，能夠滿足一般WIFI賬號密碼輸入要求。SSID賬號與PAS密碼使用文本控件，用ASCII碼發(fā)送。設(shè)置一個切換變量va0，SSID按鈕與PAS按鈕改變va0的值，當(dāng)全鍵盤上的字母與數(shù)字鍵按下時，判斷va0的值，決定按下的文本出現(xiàn)在SSID欄或者PAS欄中。另外設(shè)置一個變量va1，通過按鈕CAP鍵改變變量va1的值，設(shè)置一個黃色CAP鍵與一個紅色CAP鍵上下疊加，分別對應(yīng)一個不同的變量va1的值，一個CAP鍵按下時，自身就通過vis命令隱藏，顯露出另一個CAP鍵，以實現(xiàn)CAP鍵切換以及字母大小寫切換，字母按鈕按下時，根據(jù)va1的值，來決定輸出字符的大小寫。

OK鍵按下時，完成對賬號密碼信息的發(fā)送，按下事件中的代碼為：

printh 4c 47 59/prints t0.txt，0/printh 22 2c 22/prints t1.txt，0/printh 22/printh 0d 0a

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例如當(dāng)SSID為123，PAS為111時，發(fā)送的ASCII碼為：

4c 47 59 31 32 33 22 2c 22 31 31 31 22 0d 0a

即為LGY123”，”111”，LGY為標(biāo)志位，代表此幀數(shù)據(jù)為正常數(shù)據(jù)而非亂碼。

2 單片機C程序設(shè)計

在stm32單片機中，AT指令是通過數(shù)組的形式發(fā)送的。在純C語言編程中，在定義數(shù)組的時候，必須同時定義數(shù)組的大小，因為C語言本身沒有提供動態(tài)數(shù)組這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。但是不同用戶的SSID賬號與密碼長度并不一致，如果定義一個比較長的數(shù)組AT3[]，將USART HMI傳來的信息強行賦值，會在數(shù)組尾部產(chǎn)生空位，使AT指令無效。

因此，使用malloc函數(shù)解決此問題，malloc函數(shù)是一種分配長度為num_bytes字節(jié)的內(nèi)存塊的函數(shù)，可以向系統(tǒng)申請分配指定size個字節(jié)的內(nèi)存空間。malloc的全稱是memory allocation，中文叫動態(tài)內(nèi)存分配，當(dāng)無法知道內(nèi)存具體位置的時候，想要綁定真正的內(nèi)存空間，就需要用到動態(tài)的分配內(nèi)存。

具體方法為：1，首先添加頭文件#include "stdlib.h"，malloc函數(shù)在此頭文件中定義；2，定義指向數(shù)組AT3的指針char *AT3；定義整型變量WW，作為數(shù)組AT3的動態(tài)長度數(shù)值，在正點原子的串口例程中，定義串口3接收標(biāo)志變量USART3_RX_STA為u8型，前5位為串口3接收到的數(shù)組長度，長度可以通過length = USART3_RX_STA&0x3f；語句得到，而如前文所示，輸入賬號密碼的AT指令的前10位字段AT+CWJAP=”是固定不變的，然后再扣除3位標(biāo)志位”LGY”，可知AT3的長度值WW=length+7。

3，通過語句AT3=（char*）malloc（sizeof（int）*WW）；即可完成定義動態(tài)數(shù)組，相當(dāng)于定義char AT3[WW]。

4，將AT+CWJAP=”依次賦值到AT3[0]到AT3[9]，如AT3[0]=0x41；AT3[1]=0x54...直至AT3[9]=0x22； 最后通過雙循環(huán)賦值語句：

for（i=10，j=3；i<7+length，j

{

AT3[i]=USART3_RX_BUF[j]； /*對數(shù)組進行賦值操作*/

}

完成對AT3[WW]的定義賦值操作。

最后說明整個main函數(shù)的基本流程與單片機-ESP8266通訊的基本方法。當(dāng)單片機向ESP8266發(fā)送AT指令時，ESP8266都會產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)，如發(fā)送AT1：AT+CWMODE=1；（設(shè)置8266為STA模式）時，8266會返回字符數(shù)組“OK”，如果單片機檢測到“OK”，說明8266成功完成了AT1操作，單片機可以繼續(xù)發(fā)送AT2指令，以此類推。當(dāng)最后開始透傳指令A(yù)T7[]={"AT+CIPSEND＼r＼n"}；響應(yīng)成功之后，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)報文：

char postT[]={

"POST /devices/39163308/datapoints？type=3 HTTP/1.1 ＼r＼n"

"api-key：E6uOnPTftKQX=KwIfO8BHnL63mg=＼r＼n"

"Host：api.heclouds.com＼r＼n"

"Content-Length：50＼r＼n"

"＼r＼n"

"{＼"001＼"：50.5，＼"002＼"：50.6，＼"003＼"：506}＼r＼n"

即可將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至設(shè)備ID為39163308，

api-key為E6uOnPTftKQX=KwIfO8BHnL63mg=的ONENET物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用的數(shù)據(jù)流001、002、003中，此處數(shù)據(jù)固定為50.5、50.6和506.傳感器數(shù)據(jù)需要重新賦值到網(wǎng)絡(luò)報文數(shù)組相應(yīng)位中。id與api-key可在onenet平臺自由申請，具體方法不贅述，最后需要注意設(shè)備供電應(yīng)該穩(wěn)定充足，否則8266不能正常工作。

通過串口助手連接8266的TX端，監(jiān)控8266返回給單片機的響應(yīng)信息，如圖4、5所示，可見8266成功識別所有AT指令，并且成功與上位服務(wù)器連接，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)報文。

如圖6所示，ONENET物聯(lián)網(wǎng)平臺成功接收到了8266傳來的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

使用本文提出的方法，可以方便實現(xiàn)8266的WIFI連接，用戶不需要改寫各戶端設(shè)備的源程序，自行在觸摸屏輸入SSID賬號與密碼即可，提高了8266設(shè)備的實用性。設(shè)備可以方便接入各種傳感器接口，采集溫濕度、甲醛含量、用電量等等，有很強通用性，工程技術(shù)人員可以參考使用。

作者簡介：夏云鑫，1994年2月18日，女，漢族，云南曲靖，云南藝術(shù)學(xué)院環(huán)境藝術(shù)設(shè)計全日制在讀研究生