【开源】STM32+ESP8266+MQTT多传感器数据上云OneNET(易拓展,带操作系统FreeRTOS)

【开源】STM32+ESP8266+MQTT多传感器数据上云OneNET(易拓展)

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简介: STM32+ESP8266通过MQTT协议将多传感器数据传输至OnenNet云平台并远程控制单片机LED, 加入操作系统FreeRTOS进行多任务管理,降低模块间耦合性,增删模块和功能简单方便,提高开发效率,可以根据自己的需求快速增加其他传感器模块

拓展新模块(新功能)简单,几乎不需要多少操作系统知识,后面有详细教程(深入修改还是需要一定的操作系统知识的)

注:部分功能采用他人开源程序或在他人开源程序的基础上修改。

1. 相关连接

1.1 本项目相关连接
  1. github(源码):https://github.com/Mbwide/MQTT_ONENET_ESP8266_STM32_FREERTOS
  2. CSDN(图文解析):
  3. Bilibili(视频解析):
1.2 无操作系统简易版(旧版,有OneNET云平台设备创建和应用配置,本文不再赘述):
  1. github(源码): https://github.com/Mbwide/DHT11_ToOneNetByMqtt
  2. CSDN(图文解析):https://blog.csdn.net/ssssadw/article/details/111584510
  3. Bilibili(视频解析):https://www.bilibili.com/video/BV1Vi4y1w7U1

2. 具体功能

  1. 基于嵌入式操作系统FreeRTOS进行多任务管理,降低模块间耦合性,增删模块和功能简单方便,提高开发效率
  2. DHT11采集环境温湿度数据,ESP8266模块通过MQTT协议将温湿度数据传输至OnenNet云平台
  3. BH1750采集光照强度数据,ESP8266模块通过MQTT协议将光照强度数据传输至OnenNet云平台
  4. OneNET可以通过云平台远程控制LED1的亮灭
  5. OneNET可以通过云平台远程控制LED2功能任务是否执行
  6. 串口显示相关数据信息

3. 硬件环境

  1. 正点原子STM32F103RCT6(正点原子MiniSTM32)
  2. DHT11温湿度传感器
  3. BH1750(GY30)光照强度传感器
  4. ESP8266-01S无线模块

4. 云平台环境配置

见1.2无操作系统简易版(旧版,有OneNET云平台设备创建和应用配置,本文不再赘述)

5. 接线

  1. ESP8266-01S(5根线)

    • RX PA2
    • TX PA3
    • 复位 PA4
    • VCC 3V3
    • GND GND
  2. DHT11(3根线)

    • DATA PA6
    • VCC 3V3
    • GND GND
  3. BH1750(5根线)

    • SCL PC12
    • SDA PC11
    • ADDR GND
    • VCC 5V
    • GND GND
  4. LED

    • LED1 PD2
    • LED2 PA8

6. 功能展示

6.1 数据流

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6.2 APP应用管理

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6.3 串口数据

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7. 源码详解

本次代码改写目的是增强拓展性,降低开发难度,所以加入操作系统FreeRTOS进行多任务管理,降低模块(传感器,控制)间耦合性,增删模块和功能简单方便,提高开发效率

7.1 源码文件解析

【开源】STM32+ESP8266+MQTT多传感器数据上云OneNET(易拓展,带操作系统FreeRTOS)

  • stm32f10x_it.c:中断处理函数
  • FreeRTOSConfig.h:FreeRTOS配置头文件
  • usart1.c:与串口住手通信
  • usart2.c:与ESP8266通信
  • timer3.c:定时器3中断用来发送心跳包(ping,用于保持和服务器连接,长时间没给服务器发送数据会被踢下线),2s和30s两种模式
  • timer4.c:将串口2接收到的服务器数据依次存放在MQTT接收缓存数组中,50ms没有新数据收到执行
  • control.c:发送控制设备数据,存放至发送缓冲区
  • dht11.c:DHT11(温湿度传感器)驱动
  • bh1750.c:BH1750(GY30,光照强度传感器)驱动
  • wifi.c:esp8266的wifi驱动
  • mqtt.c:mqtt协议处理
  • FreeRTOS_CORE:freeRTOS功能核心
  • FreeRTOS_PORTABLE:freeRTOS板级支持包,和芯片相关,包括接口和内存分配
7.2 服务器与wifi配置相关
/*-------------------------------------------------------------*/
/*          	WIFI网络与ONENET配置(配置)			      	   */
/*-------------------------------------------------------------*/
const char SSID[] =  "PPP";       //路由器名称
const char PASS[] = "qaz123qaz";  //路由器密码

const char PRODUCTID[] 	     = "394499";  	   //产品ID(改成自己的)
const char DEVICEID []	     = "661126800";    //设备ID(改成自己的)
const char AUTHENTICATION[]  = "123456";       //鉴权信息(改成自己的) 
const char DATA_TOPIC_NAME[] = "$dp";		   //topic,Onenet数据点上传topic(不用改)
const char SERVER_IP[]	     = "183.230.40.39";//存放服务器IP或域名(不用改)
const int  SERVER_PORT 		 = 6002;		   //存放服务器的端口号(不用改)

  1. 具体OneNET云平台设备创建和应用配置见:

    1.2 无操作系统简易版(旧版,有OneNET云平台设备创建和应用配置,本文不再赘述

    ​ Bilibili(视频解析):https://www.bilibili.com/video/BV1Vi4y1w7U1

  2. 拓展传感器模块详细演示见:

    1.1 本项目相关连接

    ​ Bilibili(视频解析)

7.3 源码框架
  1. 括号里有“配置”字样的部分是用户必须修改的部分(例程已经配置了LED控制,环境温湿度检测和光照强度监测)

  2. 红色部分为拓展功能模块需要独立编写或者修改的地方

    红色虚线部分根据功能更改,设备控制更改创建MQTT命令缓冲处理任务,传感器设备任务需要向消息队列发送传感器数据

    • 初始化功能模块:添加拓展模块的初始化函数
    • 创建用户任务:添加拓展模块任务(传感器数据读取或设备控制)
    • 创建MQTT命令缓冲处理任务:添加设备控制命令,并发送设备状态(传感器设备无需修改
    • 创建其他模块任务:实现传感器数据采集功能或者设备控制相关功能,实现传感器数据采集功能时需要红色虚线部分,设备控制不需要。
  3. 要实现连接服务器时发送控制设备初始状态的功能需要在创建MQTT数据接收发送缓冲处理任务的connect成功部分添加数据发送函数

  4. 其他部分可根据实际需求修改

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7.4 main.c源码及解析
/*------------------------------------------------------*/
/*                                                      */
/*            程序main函数,入口函数源文件                  */
/*                                                      */
/*------------------------------------------------------*/

#include "sys.h"
#include "delay.h"	     //包含需要的头文件
#include "usart1.h"      //包含需要的头文件
#include "usart2.h"      //包含需要的头文件
#include "timer3.h"      //包含需要的头文件
#include "timer4.h"      //包含需要的头文件

#include "FreeRTOS.h"	 //FreeRTOS配置头文件
#include "semphr.h" 	 //信号量
#include "queue.h"		 //队列
#include "event_groups.h"//事件标志组

#include "wifi.h"	     //包含需要的头文件
#include "mqtt.h"        //包含需要的头文件
#include "control.h"     //包含需要的头文件 控制模块相关数据发送给服务器
#include "led.h"	     //包含需要的头文件 LED
#include "dht11.h"       //包含需要的头文件 空气温湿度
#include "bh1750.h"      //包含需要的头文件 光照传感器

/*-------------------------------------------------------------*/
/*          	WIFI网络与ONENET配置(配置)			      	     */
/*-------------------------------------------------------------*/
const char SSID[] 			 = "PPP";          //路由器名称
const char PASS[] 			 = "qaz123qaz";    //路由器密码

const char PRODUCTID[] 	     = "394499";  	   //产品ID
const char DEVICEID []	     = "661126800";    //设备ID  
const char AUTHENTICATION[]  = "123456";       //鉴权信息  
const char DATA_TOPIC_NAME[] = "$dp";		   //topic,Onenet数据点上传topic(不用改)
const char SERVER_IP[]	     = "183.230.40.39";//存放服务器IP或域名(不用改)
const int  SERVER_PORT 		 = 6002;		   //存放服务器的端口号(不用改)

/*-------------------------------------------------------------*/
/*          控制命令以及控制模块初始状态设置(配置)		   	       */
/*-------------------------------------------------------------*/
	/* 消息体:
	 *  {
	 *		"data_1":"value_1",
	 *		"data_2":"value_2"
	 *	}
	 *	消息体示例:
	 *	{"led1_flag":"LED1ON"}
	 */

const char *LED1_LABER  = "led1_flag";//LED1标签,发送给ONENET的数据流名称
const char *CMD_LED1ON  = "LED1ON";   //LED1打开
const char *CMD_LED1OFF = "LED1OFF";  //LED1关闭
char 	   *led1_flag   = "LED1OFF";  //LED1状态,初始化为关闭状态

const char *LED2_LABER 	= "led2_flag";//LED2标签
const char *CMD_LED2ON  = "LED2ON";   //LED2打开
const char *CMD_LED2OFF = "LED2OFF";  //LED2关闭
char 	   *led2_flag   = "LED2ON";   //LED2状态,初始化为打开状态
/*-------------------------------------------------------------*/
/*               freerto任务通信控制(固定)			      	   */
/*-------------------------------------------------------------*/

/*	二值信号量句柄                         
 *	作用:用于控制MQTT命令缓冲处理任务,在MQTT数据接收发送缓冲处理任务中发出
 *		  当命令缓冲区收到命令数据时,发出信号量		 
 */
SemaphoreHandle_t BinarySemaphore;
	
/*	事件标志组                         
 *	作用:标志WIFI连接,PING心跳包发送模式控制wifi是否重启连接,是否发送数据,传感器是否运行 
 *  具体:1.事件标志组位1为0,位0为1时,即0x03(0000 0001),wifi连接至服务器时位0置位1,此时connect报文还未发送。 
 *		  2.事件标志组位1为1,位0为1时,即0x03(0000 0011),connect报文发送,返回连接成功报文时位1置位1,PING心
 *			跳包开启30s发送模式,传感器任务开启,数据开始上传,设备远程控制(LED控制)功能开启。 
 */
EventGroupHandle_t Event_Handle = NULL;     //事件标志组(位0:WIFI连接状态 位1:PING心跳包2S快速发送模式)
const int WIFI_CONECT = (0x01 << 0);        //设置事件掩码的位 0;服务器连接模式,值1表示已经连接,0表示未连接
const int PING_MODE   = (0x01 << 1);        //设置事件掩码的位 1;PING心跳包发送模式,1表示开启30S发送模式,0表示未开启发送或开启2S快速发送模式

/*	传感器数据发送消息队列                         
 *	作用:将传感器的数据发送到传感器消息队列  
 */
QueueHandle_t Message_Queue;		 		//消息队列句柄  
const UBaseType_t MESSAGE_DATA_TX_NUM = 5;	//消息队列最大消息数目  
const UBaseType_t MESSAGE_DATA_TX_LEN = 100;//消息队列单元大小,单位为字节  

/*-------------------------------------------------------------*/
/*               任务句柄及任务函数声明1(配置)		      	       */
/*-------------------------------------------------------------*/
//开始任务
TaskHandle_t StartTask_Handler;
void my_start_task(void *pvParameters);
//LED任务 
TaskHandle_t Led2_Task_Handler;
void my_led2_task(void *pvParameters);
//DHT11任务 温湿度传感器
TaskHandle_t DHT11_Task_Handler;
void my_dht11_task(void *pvParameters);
//SUN任务,光照传感器
TaskHandle_t SUN_Task_Handler;
void my_sun_task(void *pvParameters);
//MQTT命令缓冲处理任务
TaskHandle_t MQTT_Cmd_Task_Handler;
void my_mqtt_buffer_cmd_task(void *pvParameters);

/*-------------------------------------------------------------*/
/*               任务句柄及任务函数声明2(固定)		      	       */
/*-------------------------------------------------------------*/
//WIFI任务
TaskHandle_t WIFI_Task_Handler;
void wifi_task(void *pvParameters);
//MQTT数据接收发送缓冲处理任务
TaskHandle_t MQTT_RxTx_Task_Handler;
void mqtt_buffer_rx_tx_task(void *pvParameters);
//传感器数据处理任务,处理待发送的传感器数据,移入MQTT数据发送缓冲区
TaskHandle_t DATA_TX_Task_Handler;
void data_tx_to_buffer_task(void *pvParameters);

/*---------------------------------------------------------------*/
/*函数名:int main()                                              */
/*功  能:主函数							                         */
/*		  1.初始化各功能模块  				     				     */
/*		  2.创建开始任务(在开始任务里创建所有其他任务)                */
/*		  3.开启任务调度				       			 		     */
/*参  数:无                          			   				 */
/*返回值:无                                       			     */
/*---------------------------------------------------------------*/
int main()
{
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//设置系统中断优先级分组4
	delay_init();	       //延时函数初始化
	usart1_init(115200);   //串口1功能初始化,波特率115200,与串口住手通信		
	usart2_init(115200);   //串口2功能初始化,波特率115200,wifi通信	
	tim4_init(500,7200);   //TIM4初始化,定时时间 500*7200*1000/72000000 = 50ms	
	led_init();		  	   //初始化LED
	dht11_init();  		   //初始化DHT11 温湿度
	iic_by30_init();       //初始化IIC接口 光照强度
	
	wifi_reset_io_init();  //初始化esp8266
	IoT_parameter_init();  //初始化OneNET平台MQTT服务器的参数	
	
	//创建开始任务
	xTaskCreate((TaskFunction_t	) my_start_task,		//任务函数
			    (const char* 	)"my_start_task",		//任务名称
				(uint16_t 		) 128,				  	//任务堆栈大小
				(void* 		  	) NULL,				 	//传递给任务函数的参数
				(UBaseType_t 	) 1, 				  	//任务优先级
				(TaskHandle_t*  ) &StartTask_Handler);	//任务控制块 
			
	vTaskStartScheduler();  							//开启任务调度
}

/*---------------------------------------------------------------*/
/*函数名:void my_start_task(void *pvParameters)                  */
/*功  能:开始任务(配置)							                 */
/*		  1.创建信号量,消息队列等任务通信方式   				         */
/*		  2.创建所有任务       			 						 */
/*		  3.删除本身       			 		    				 */
/*参  数:无                          			   				 */
/*返回值:无                                       			     */
/*---------------------------------------------------------------*/
void my_start_task(void *pvParameters)
{
	taskENTER_CRITICAL(); //进入临界区
	
	//创建二值信号量
	BinarySemaphore = xSemaphoreCreateBinary();	
	//事件标志组,用于标志wifi连接状态以及ping发送状态
	Event_Handle = xEventGroupCreate(); 
	//创建传感器消息体消息队列
	Message_Queue = xQueueCreate(MESSAGE_DATA_TX_NUM, MESSAGE_DATA_TX_LEN); 
	
	//任务创建函数参数;1.任务函数 2.任务名称 3.任务堆栈大小 3.传递给任务函数的参数 4.任务优先级 5.任务控制块
	//创建WIFI任务
    xTaskCreate(wifi_task, 				"wifi_task", 				128, NULL, 7, &WIFI_Task_Handler); 			
	//创建MQTT命令缓冲处理任务
    xTaskCreate(my_mqtt_buffer_cmd_task,"my_mqtt_buffer_cmd_task",  128, NULL, 6, &MQTT_Cmd_Task_Handler); 			
	//创建MQTT数据接收发送缓冲处理任务
    xTaskCreate(mqtt_buffer_rx_tx_task, "mqtt_buffer_rx_tx_task", 	256, NULL, 5, &MQTT_RxTx_Task_Handler); 
	//创建led控制任务
	xTaskCreate(my_led2_task, 			"my_led2_task",				128, NULL, 4, &Led2_Task_Handler);  
    //创建DHT11任务,温湿度传感器
    xTaskCreate(my_dht11_task, 			"my_dht11_task", 			128, NULL, 3, &DHT11_Task_Handler);
    //创建SUN任务,光照传感器
    xTaskCreate(my_sun_task, 			"my_sun_task",        		128, NULL, 3, &SUN_Task_Handler);	
	//创建传感器数据处理任务,处理待发送的传感器数据,移入MQTT数据发送缓冲区
    xTaskCreate(data_tx_to_buffer_task, "data_tx_to_buffer_task", 	512, NULL, 2, &DATA_TX_Task_Handler); 
			
    vTaskDelete(StartTask_Handler); //删除开始任务
    taskEXIT_CRITICAL();            //退出临界区
}

/*---------------------------------------------------------------*/
/*函数名:void my_mqtt_buffer_cmd_task(void *pvParameters)        */
/*功  能:MQTT命令缓冲处理任务(配置)							       */
/*		  1.MQTT命令缓冲区处理,并执行相应命令     				  */
/*		  2.将命令执行结果发送给服务器       			 		    */
/*参  数:无                          			   				  */
/*返回值:无                                       			     */
/*其  他:获取到二值信号量时执行(收到服务器命令)                      */
/*---------------------------------------------------------------*/
void my_mqtt_buffer_cmd_task(void *pvParameters)	
{
	while(1)
	{
		xSemaphoreTake(BinarySemaphore, portMAX_DELAY);	//获取信号量,获取到信号量,继续执行,否则进入阻塞态,等待执行
		if(MQTT_CMDOutPtr != MQTT_CMDInPtr)				//if成立的话,说明命令缓冲区有数据了	
		{                             		       
			printf("命令:%s\r\n", &MQTT_CMDOutPtr[2]);              	   
			
			if(!memcmp(&MQTT_CMDOutPtr[2], CMD_LED1ON, strlen(CMD_LED1ON)))
			{                                            
				led1_on();  		  //LED1开启
				led1_flag = "LED1ON"; //LED1状态,用于发送给服务器
				send_data(LED1_LABER, led1_flag);
			}
			else if(!memcmp(&MQTT_CMDOutPtr[2], CMD_LED1OFF, strlen(CMD_LED1OFF)))
			{                                           
				led1_off(); 		  //LED1关闭
				led1_flag = "LED1OFF";//LED1状态,用于发送给服务器  
				send_data(LED1_LABER, led1_flag);
			}
			if(!memcmp(&MQTT_CMDOutPtr[2], CMD_LED2ON, strlen(CMD_LED2ON)))
			{                                            
				vTaskResume(Led2_Task_Handler);  //LED2任务由挂起态转为就绪态,LED2任务运行
				led2_flag = "LED2ON"; 		     //LED2状态,用于发送给服务器
				send_data(LED2_LABER, led2_flag);
			}
			else if(!memcmp(&MQTT_CMDOutPtr[2], CMD_LED2OFF, strlen(CMD_LED2OFF)))
			{                                      
				vTaskSuspend(Led2_Task_Handler); //LED2任务由就绪态(运行态)转为挂起态,LED2任务挂起(停止)  
				led2_flag = "LED2OFF";			 //LED2状态,用于发送给服务器	
				send_data(LED2_LABER, led2_flag);
			}					
			//不做处理,后面会发送状态
			else printf("未知指令\r\n");				
		
			MQTT_CMDOutPtr += CBUFF_UNIT;		//指针下移
			if(MQTT_CMDOutPtr == MQTT_CMDEndPtr)//如果指针到缓冲区尾部了
			MQTT_CMDOutPtr = MQTT_CMDBuf[0];    //指针归位到缓冲区开头	
					
		}
		delay_ms(10);	  
	}
}

/*---------------------------------------------------------------*/
/*函数名:void my_dht11_task(void *pvParameters)                  */
/*功  能:DHT11任务 温湿度传感器(配置)							     */
/*		  1.检测环境温湿度数据      							     */
/*		  2.将环境温湿度数据放入传感器数据消息队列       			     */
/*参  数:无                          			   				 */
/*返回值:无                                       			     */
/*其  他:服务器连接以及PING心跳包30S发送模式事件发生时执行此任务,       */
/*		  否则挂起任务   									         */
/*---------------------------------------------------------------*/
void my_dht11_task(void *pvParameters)
{
	
	while(1)
	{
		char humidity;		   //定义一个变量,保存湿度值
		char temperature;	   //定义一个变量,保存温度值	
		char data_of_sensor[50] = {0};
		
		//服务器连接以及PING心跳包30S发送模式事件发生时执行此任务,否则挂起任务
		xEventGroupWaitBits((EventGroupHandle_t	)Event_Handle,		
							(EventBits_t		)PING_MODE,
							(BaseType_t			)pdFALSE,				
							(BaseType_t			)pdTRUE,
							(TickType_t			)portMAX_DELAY);
	
		
		dht11_read_data(&temperature, &humidity);//读取温湿度值
		//构建消息体
		//消息体:"temperature":"%d","humidity":"%d",
		sprintf(data_of_sensor, "\"temperature\":\"%d\",\"humidity\":\"%d\",", temperature, humidity);  		
	
		
		xQueueSend(Message_Queue, &data_of_sensor, portMAX_DELAY);//向消息队列发送消息体,将温湿度数据放入传感器数据消息队列
		//printf("temperature: %d, humidity: %d \r\n", temperature, humidity);
		delay_ms(10 * 1000);//延时10s
	}
} 

/*---------------------------------------------------------------*/
/*函数名:void my_led2_task(void *pvParameters)                   */
/*功  能:LED任务(配置)									         */
/*		  1.LED2任务执行       							         */
/*参  数:无                          			   				 */
/*返回值:无                                       			     */
/*其  他:服务器连接以及ping心跳包30S发送模式事件发生时执行此任务,       */
/*		  否则挂起任务   									         */
/*---------------------------------------------------------------*/
void my_led2_task(void *pvParameters)
{
	while(1)
	{
		//服务器连接以及ping心跳包30S发送模式事件发生时执行此任务,否则挂起任务
		xEventGroupWaitBits((EventGroupHandle_t	)Event_Handle,		
							(EventBits_t		)PING_MODE,
							(BaseType_t			)pdFALSE,				
							(BaseType_t			)pdTRUE,
							(TickType_t			)portMAX_DELAY);
		led2_on();
		delay_ms(500);	//延时500ms
		led2_off();
		delay_ms(500);	//延时500ms
	}
}

/*---------------------------------------------------------------*/
/*函数名:void my_sun_task(void *pvParameters)                    */
/*功  能:SUN任务,光照传感器(配置)							     */
/*		  1.检测光照强度       							         */
/*		  2.将光照强度数据放入传感器数据消息队列       			     */
/*参  数:无                          			   				 */
/*返回值:无                                       			     */
/*其  他:服务器连接以及PING心跳包30S发送模式事件发生时执行此任务,       */
/*		  否则挂起任务   									         */
/*---------------------------------------------------------------*/
void my_sun_task(void *pvParameters)
{

	while(1)
	{
		int  sun_light;	 //定义一个变量,保存光照强度
		char data_of_sensor[50] = {0};
		
		//服务器连接以及ping心跳包30S发送模式事件发生时执行此任务,否则挂起任务
		xEventGroupWaitBits((EventGroupHandle_t	)Event_Handle,		
							(EventBits_t		)PING_MODE,
							(BaseType_t			)pdFALSE,				
							(BaseType_t			)pdTRUE,
							(TickType_t			)portMAX_DELAY);	
	
		
		sun_light = get_sunlight_value();	
		//构建消息体
		//消息体:"sunlight":"%d",
		sprintf(data_of_sensor, "\"sunlight\":\"%d\",", sun_light); //构建消息体的一部分
	
		
		xQueueSend(Message_Queue, &data_of_sensor, portMAX_DELAY);  //向消息队列发送消息体,将光照强度数据放入传感器数据消息队列
		//printf("sunlight: %d \r\n", sun_light);
		delay_ms(10 * 1000);	    //延时10s
	}
} 

/*---------------------------------------------------------------*/
/*函数名:void wifi_task(void *pvParameters)                      */
/*功  能:WIFI任务(固定)										     */
/*		  1.连接wifi以及云服务器       							 */
/*		  2.断线重连        									     */
/*参  数:无                          			   				 */
/*返回值:无                                       			     */
/*其  他:1.服务器连接前关闭发送ping包的定时器3,清除事件标志位	         */
/*		  2.服务器已连接,抛出事件标志,挂起自己,进入挂起态		     */
/*		  3.服务器或者wifi已断开,清除事件标志,继续执行本任务重新       */
/*			连接	 											     */
/*---------------------------------------------------------------*/
void wifi_task(void *pvParameters)
{
	while(1)
	{ 
		printf("需要连接服务器\r\n");                 
		TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);                       //关闭TIM4 
		TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);                       //关闭TIM3
		xEventGroupClearBits(Event_Handle, PING_MODE);//关闭发送PING包的定时器3,清除事件标志位
		WiFi_RxCounter = 0;                           //WiFi接收数据量变量清零                        
		memset(WiFi_RX_BUF, 0, WiFi_RXBUFF_SIZE);     //清空WiFi接收缓冲区 
		if(WiFi_Connect_IoTServer() == 0)			  //如果WiFi连接云服务器函数返回0,表示正确,进入if
		{   			     
			printf("建立TCP连接成功\r\n");            
			WiFi_RxCounter = 0;                       //WiFi接收数据量变量清零                        
			memset(WiFi_RX_BUF, 0, WiFi_RXBUFF_SIZE); //清空WiFi接收缓冲区 
			MQTT_Buff_Init();                         //初始化发送缓冲区  
			
			xEventGroupSetBits(Event_Handle, WIFI_CONECT);  //服务器已连接,抛出事件标志 
			vTaskSuspend(NULL);	    						//服务器已连接,挂起自己,进入挂起态(任务由挂起转为就绪态时在这继续执行下去)
			xEventGroupClearBits(Event_Handle, WIFI_CONECT);//服务器或者wifi已断开,清除事件标志,继续执行本任务,重新连接 
			xEventGroupClearBits(Event_Handle, PING_MODE);  //关闭发送PING包的定时器3,清除事件标志位
		}
		delay_ms(10);	    //延时10s
	}
}

/*---------------------------------------------------------------*/
/*函数名:void data_tx_to_buffer_task(void *pvParameters)         */
/*功  能:传感器数据处理任务(固定)							         */			
/*		  1.处理待发送的传感器数据,移入MQTT数据发送缓冲区              */
/*参  数:无                          			   				 */
/*返回值:无                                       			     */
/*其  他:服务器连接以及ping心跳包30S发送模式事件发生时执行此任务,       */
/*		  否则挂起任务   									         */
/*---------------------------------------------------------------*/
void data_tx_to_buffer_task(void *pvParameters)
{
	while(1)
	{				
		char data_buffer[255] = {0};//数据包缓存区,初始化为0
		int data_len = 0;			//数据包总长度,初始化为0
		int data_msg_len = 0;		//消息体长度,初始化为0
		//服务器连接以及ping心跳包30S发送模式事件发生时执行此任务,否则挂起任务
		xEventGroupWaitBits((EventGroupHandle_t	)Event_Handle,		
							(EventBits_t		)PING_MODE,
							(BaseType_t			)pdFALSE,				
							(BaseType_t			)pdTRUE,
							(TickType_t			)portMAX_DELAY);
		
		/*  数据包解析(数据类型3)
		 *	0:0x03 固定报头(数据点类型,此处为3)
		 *	1:	   消息体长度高字节(消息体长度不超过255个字节则为0x00)
		 *	2:	   消息体长度低字节(消息体长度,即数据包长度,自己设置)
		 *	3-结尾 消息体
		 *  消息体:
		 *  {
		 *		"data_1":"value_1",
		 *		"data_2":"value_2"
		 *	}
		 *	消息体示例:
		 *	{"temperature":"22","humidity":"33"}
		 */	 
		sprintf(data_buffer + 3, "{");//构建报文
		if (xQueueReceive(Message_Queue, data_buffer + 4 + strlen(data_buffer + 4), 10))
		{
			while (xQueueReceive(Message_Queue, data_buffer + 4 + strlen(data_buffer + 4), 10))
			{
			}	
			sprintf(data_buffer + 3 + strlen(data_buffer + 4), "}");// "}"覆盖消息体最后一个","
			
			data_msg_len = strlen(data_buffer + 3);			//消息体长度计算
			data_buffer[0] = 0x03;							//固定报头
			data_buffer[1] = data_msg_len >> 8 ; 			//消息体长度高字节
			data_buffer[2] = data_msg_len & 0xFF;			//消息体长度低字节
			data_len = data_msg_len + 3;   		 	    	//数据包总长度
			
			printf("%s\r\n", data_buffer + 3);	      		//消息体通过串口回显
			
			taskENTER_CRITICAL(); //进入临界区,防止中断打断
			MQTT_PublishQs0(DATA_TOPIC_NAME, data_buffer, data_len);//添加数据,发布给服务器
			taskEXIT_CRITICAL();  //退出临界区
		}
		delay_ms(10 * 1000);	  //延时10s
	}
}

/*---------------------------------------------------------------*/
/*函数名:void mqtt_buffer_rx_tx_task(void *pvParameters)         */
/*功  能:MQTT接收发送处理任务(固定)							     */
/*		  1.处理发送缓冲区数据       							     */
/*		  2.处理接收缓冲区数据,并回显给串口住手接收的数据;若接收        */
/*		    缓冲区有服务器命令,则移至命令缓冲区				         */
/*参  数:无                          			   				 */
/*返回值:无                                       			     */
/*其  他:1.服务器连接事件发生执行此任务,否则挂起				         */
/*		  2.接收到服务器命令时给出二值信号量				 		     */
/*		  3.CONNECT报文成功,启动30s的PING定时器,设置事件标志位	     */
/*		  4.PING报文快速发送模式(2s)收到回复,启动30s的ping定时	     */
/*			器,设置事件标志位			 						     */
/*		  5.CONNECT报文失败,WIFI连接服务器任务由挂起态转为就绪态,     */
/*			重启连接											     */
/*---------------------------------------------------------------*/
void mqtt_buffer_rx_tx_task(void *pvParameters)
{
	while(1)
	{
		//服务器连接事件发生执行此任务,否则挂起
		xEventGroupWaitBits((EventGroupHandle_t	)Event_Handle,		
							(EventBits_t		)WIFI_CONECT,
							(BaseType_t			)pdFALSE,				
							(BaseType_t			)pdTRUE,
							(TickType_t			)portMAX_DELAY);
		/*-------------------------------------------------------------*/
		/*                     处理发送缓冲区数据					       */
		/*-------------------------------------------------------------*/
		if(MQTT_TxDataOutPtr != MQTT_TxDataInPtr) //if成立的话,说明发送缓冲区有数据了
		{                
			//发送数据回显
			if(MQTT_TxDataOutPtr[2] == 0x30) 
			{	
				printf("发送数据:0x30,单片机数据推送至服务器\r\n");
			}
			else
			{  
				printf("发送数据:0x%x\r\n", MQTT_TxDataOutPtr[2]);
			}
			
			MQTT_TxData(MQTT_TxDataOutPtr);					
			MQTT_TxDataOutPtr += TBUFF_UNIT;				
			if(MQTT_TxDataOutPtr == MQTT_TxDataEndPtr)		
			{ 
				MQTT_TxDataOutPtr = MQTT_TxDataBuf[0];	
			}			
		}					
		/*-------------------------------------------------------------*/
		/*                     处理接收缓冲区数据                         */
		/*-------------------------------------------------------------*/
		if(MQTT_RxDataOutPtr != MQTT_RxDataInPtr) //if成立的话,说明接收缓冲区有数据了	
		{		
			printf("接收到数据:");

			//if判断,如果第一个字节是0x30,表示收到的是服务器发来的推送数据
			//我们要提取控制命令
			if((MQTT_RxDataOutPtr[2] == 0x30))
			{ 
				printf("服务器等级0推送\r\n"); 		   	 //串口输出信息 
				MQTT_DealPushdata_Qs0(MQTT_RxDataOutPtr);//处理等级0推送数据
				xSemaphoreGive(BinarySemaphore);	     //给出二值信号量,控制MQTT命令缓冲处理任务执行
			}	
			
			//if判断,如果第一个字节是0x20,表示收到的是CONNACK报文
			//接着我们要判断第4个字节,看看CONNECT报文是否成功
			else if(MQTT_RxDataOutPtr[2] == 0x20)
			{             			
				switch(MQTT_RxDataOutPtr[5])
				{					   
					case 0x00: printf("CONNECT报文成功\r\n");				 //CONNECT报文成功					   
							   TIM3_ENABLE_30S();				 			//启动30s的PING定时器	
							   xEventGroupSetBits(Event_Handle, PING_MODE); //启动30s的PING定时器,设置事件标志位
							   send_data(LED1_LABER,led1_flag);				//发送控制模块初始数据
							   send_data(LED2_LABER,led2_flag);				//发送控制模块初始数据
							   break;													                                         
					case 0x01: printf("连接已拒绝,不支持的协议版本,准备重启\r\n");       
							   vTaskResume(WIFI_Task_Handler);				//WIFI连接服务器任务由挂起态转为就绪态,重启连接
							   break;														
					case 0x02: printf("连接已拒绝,不合格的客户端标识符,准备重启\r\n");   
							   vTaskResume(WIFI_Task_Handler);              //WIFI连接服务器任务由挂起态转为就绪态,重启连接
							   break; 														
					case 0x03: printf("连接已拒绝,服务端不可用,准备重启\r\n");	    
							   vTaskResume(WIFI_Task_Handler);				//WIFI连接服务器任务由挂起态转为就绪态,重启连接
							   break;														
					case 0x04: printf("连接已拒绝,无效的用户名或密码,准备重启\r\n");	   
							   vTaskResume(WIFI_Task_Handler);				//WIFI连接服务器任务由挂起态转为就绪态,重启连接					
							   break;														
					case 0x05: printf("连接已拒绝,未授权,准备重启\r\n");				   
							   vTaskResume(WIFI_Task_Handler);				//WIFI连接服务器任务由挂起态转为就绪态,重启连接					
							   break;																
					default  : printf("连接已拒绝,未知状态,准备重启\r\n");		     
							   vTaskResume(WIFI_Task_Handler);				//WIFI连接服务器任务由挂起态转为就绪态,重启连接			
							   break;													
				}				
			}			
			//if判断,第一个字节是0xD0,表示收到的是PINGRESP报文
			else if(MQTT_RxDataOutPtr[2] == 0xD0)
			{ 
				printf("PING报文回复\r\n");                       
				if(pingFlag == 1)
				{                   						     //如果pingFlag=1,表示第一次发送
					pingFlag = 0;    				       		 //要清除pingFlag标志
				}
				else if(pingFlag > 1)	
				{ 				 								 //如果pingFlag>1,表示是多次发送了,而且是2s间隔的快速发送
					pingFlag = 0;     				      		 //要清除pingFlag标志
					TIM3_ENABLE_30S(); 				      		 //PING定时器重回30s的时间
					xEventGroupSetBits(Event_Handle, PING_MODE); //30s的PING定时器,设置事件标志位
				}				
			}
			
			MQTT_RxDataOutPtr += RBUFF_UNIT;                //指针下移
			if(MQTT_RxDataOutPtr == MQTT_RxDataEndPtr)      //如果指针到缓冲区尾部了
			{
				MQTT_RxDataOutPtr = MQTT_RxDataBuf[0];      //指针归位到缓冲区开头              
			}		          
		}			
		delay_ms(100);//延时10ms
	}
}

/*---------------------------------------------------------------*/
/*函数名:void stack_task(void *pvParameters)                     */
/*功  能:任务堆栈大小测试(固定)							    	 */			
/*		  1.查看任务运行时堆栈大小,用于调试          			     */
/*参  数:无                          			   				 */
/*返回值:无                                       			     */
/*---------------------------------------------------------------*/
//void stack_task(void *pvParameters)
//{
//	TaskHandle_t TaskHandle;	
//	TaskStatus_t TaskStatus;
//	int i = 0;
//	while(1)
//	{
		xEventGroupWaitBits((EventGroupHandle_t	)Event_Handle,		
							(EventBits_t		)WIFI_CONECT|PING_MODE,
							(BaseType_t			)pdFALSE,				
							(BaseType_t			)pdTRUE,
							(TickType_t			)portMAX_DELAY);
		LED_On();
		delay_ms(500);			//延时0.5s
		LED_Off();
		delay_ms(500);			//延时0.5s
//	
//		for(i = 0; i < 5; i++)
//		{
//			if (i == 0)
//			{
//				TaskHandle = WIFI_Task_Handler;			//根据任务名获取任务句柄。
//			}
//			else if (i == 1)
//			{
//				TaskHandle = MQTT_Cmd_Task_Handler;		//根据任务名获取任务句柄。
//			}
//			else if (i == 2)
//			{
//				TaskHandle = MQTT_RxTx_Task_Handler;	//根据任务名获取任务句柄。
//			}	
//			else if (i == 3)
//			{
//				TaskHandle = DHT11_Task_Handler;		//根据任务名获取任务句柄。
//			}	
//			else if (i == 4)
//			{
//				TaskHandle = DATA_TX_Task_Handler;		//根据任务名获取任务句柄。
//			}				
//			
//			//获取任务信息
//			vTaskGetInfo((TaskHandle_t	)TaskHandle, 	//任务句柄
//						 (TaskStatus_t*	)&TaskStatus, 	//任务信息结构体
//						 (BaseType_t	)pdTRUE,		//允许统计任务堆栈历史最小剩余大小
//						 (eTaskState	)eInvalid);		//函数自己获取任务运行壮态
//			//通过串口打印出指定任务的有关信息。
//			printf("任务名:                %s\r\n",TaskStatus.pcTaskName);
//			printf("任务编号:              %d\r\n",(int)TaskStatus.xTaskNumber);
//			printf("任务壮态:              %d\r\n",TaskStatus.eCurrentState);
//			printf("任务当前优先级:         %d\r\n",(int)TaskStatus.uxCurrentPriority);
//			printf("任务基优先级:           %d\r\n",(int)TaskStatus.uxBasePriority);
//			printf("任务堆栈基地址:         %#x\r\n",(int)TaskStatus.pxStackBase);
//			printf("任务堆栈历史剩余最小值:%d\r\n",TaskStatus.usStackHighWaterMark);
//		}
//		delay_ms(10 * 1000);	    //延时10s
//	}
//}

8 总结

8.1 可以改进的地方
  1. 串口2接收esp8266发来的MQTT数据可使用DMA功能
  2. 定时器4处理串口2接收缓冲的MQTT数据可由中断处理改为任务处理
  3. 暂时无法兼容其他平台,修改部分代码(主要是传感器数据处理任务)可实现兼容其他平台,如百度云。
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