基于STM32+华为云IOT设计的智能防盗单车锁【玩转华为云】
【摘要】 近年来随着国民经济的发展，交通拥堵和环境污染问题越来越突出，而自行车对改善交通与环境起到了重要作用。中国本身是一个自行车使用大国，随着自行车的发展，自行车的科技含量越来越高，然而自行车安防问题突出。目前市场上自行车锁大多是传统机械结构车锁，没有实现智能化，急需解决。本文提出一种基于STM32单片机的智能自行车锁（马蹄锁）的设计方法，来提高自行车锁的智能化及安防等级。
一、前言
近年来随着国民经济的发展，交通拥堵和环境污染问题越来越突出，而自行车对改善交通与环境起到了重要作用。中国本身是一个自行车使用大国，随着自行车的发展，自行车的科技含量越来越高，然而自行车安防问题突出。目前市场上自行车锁大多是传统机械结构车锁，没有实现智能化，急需解决。本文提出一种基于STM32单片机的智能自行车锁（马蹄锁）的设计方法，来提高自行车锁的智能化及安防等级。
硬件选项说明：单片机采用STM32F103RCT6，GSM模块采用SIM800C，完成网络连接、数据上传，GPS经纬度解析，短信发送，物联网平台采用华为云IOT，作为数据存储端，蓝牙模块采用正点原子低功耗BLE蓝牙，支持蓝牙开锁解锁，车辆的状态使用ADXL345三轴加速度传感器检测，密码键盘采用电容矩阵键盘。
二、设计思路总结
需要设计一款Android手机APP，可以远程开锁解锁，手机APP对接华为云物联网平台，实现远程与自行车锁完成数据交互，命令下发。智能锁与华为云IOT服务器之间的通信协议采用MQTT协议，手机APP与华为云IOT服务器之间采用HTTP协议。智能锁除了支持远程开锁关锁之外，还支持蓝牙解锁和输入密码开始，设计的APP支持蓝牙功能，可以连接智能锁上的蓝牙完成开锁和关锁，如果没有带手机，可以输入密码完成开锁。
车辆的状态检测通过ADXL345三轴加速度计检测，如果车辆处于锁定状态，发现车辆被移动了会触发报警，锁里的蜂鸣器会持续响，并且SIM800C会向指定的手机号码发送短信，提示车辆可能被盗，同时上传GPS经纬度到云端服务器，手机APP上可以获取智能锁上传的GPS经纬度，调用百度地图显示车辆的位置，方便寻车。
三、硬件选型
（1） 加速度计传感器
ADXL345是一款小尺寸、薄型、低功耗、完整的三轴加速度计，提供经过信号调理的电压输出。
说明：CS接高电平则选择IIC通信，反之则SPI通信。SDO（地址引脚）接高电平,根据手册器件的7位I2C地址是0x1D，后面跟上读取/写位（R/W），则写寄存器为0x3A,读寄存器为0x3B；接低电平,则7位I2C地址是0x53，同理，跟上读写标志位后写寄存器为0xA6,读寄存器为0xA7；
（2） STM32开发板
STM32F103RCT6的芯体规格是32位，速度是72MHz，程序存储器容量是256KB，程序存储器类型是FLASH，RAM容量是48K。
（3） BLE低功耗蓝牙模块
（4） SIM800C
模块特点：
1、支持极限DC5V-18V宽电压输入
2、有电源使能开关引脚EN
3、支持锂电池供电接口VBAT3.5-4.5V
4、输入支持移动和联通手机卡Micro SIM卡
5、送51/STM32/ARDUINO驱动例程
1、DC 5V-18V电源输入，推荐使用DC 9V
2、电源开始使能引脚默认使能
3、电源地
4、GSM模块的TXD引脚接其它模块的RXD
5、GSM模块的RXD引脚接其它模块的TXD
6、数据终端准备
7、内核音频输出引脚
8、内核音频输出引脚
9、锂电池输入引脚，DC 3.5 - 4.5V
10、电源地
11、启动引脚和GND短路可实现开机自启动
12、电源地
13、RTC外置电池引脚
14、内核振铃提示引脚
15、内合音频输入引脚
16、内核音频输入引脚
加粗的引脚一般都用到。
建议使用V_IN单独供电DC5-18V输入（推荐使用9V)，或者VBAT供电锂电池两种供电方式这两种供电方式最稳定。如果只是简单调试，也可使用USB-TTL或者开发板的5V直接给模块供电。不过一般电脑或者开发板的功率有限，可能会不稳定。请根据具体情况自己取舍选择合适电源。
3. 手机APP软件设计
3.1 通信说明
上位机与设备之间支持通过BLE低功耗串口蓝牙进行通信，支持通过网络连接华为云服务器进行通信，手机APP下发open_lock和close_lock实现关锁开锁。
3.2 搭建开发环境
上位机软件采用Qt框架设计，Qt是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架。Qt是一个1991年由Qt Company开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。简单来说，QT可以很轻松的帮你做带界面的软件，甚至不需要你投入很大精力。
QT官网: https://www.qt.io/
QT学习入门实战专栏文章: https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/category_11400392.html
QT5.12.6的下载地址：
https://download.qt.io/archive/qt/5.12/5.12.6/
4. 创建云端设备
4.1 创建产品
登录官网: https://www.huaweicloud.cn/product/iothub.html
直接搜索物联网，打开页面。
4.2 自定义模型
4.3 注册设备
设备创建成功:
{
"device_id": "6274b1d62d5e854503d3a67e_lock",
"secret": "12345678"
}
4.4 MQTT设备密匙
创建完产品、设备之后，接下来就需要知道如何通过MQTT协议登陆华为云服务器。
官方的详细介绍在这里:
https://support.huaweicloud.cn/devg-iothub/iot_01_2127.html#ZH-CN_TOPIC_0240834853__zh-cn_topic_0251997880_li365284516112
属性上报格式:
https://support.huaweicloud.cn/api-iothub/iot_06_v5_3010.html
MQTT设备登陆密匙生成地址:
DeviceId 6274b1d62d5e854503d3a67e_lock
DeviceSecret 12345678
ClientId 6274b1d62d5e854503d3a67e_lock_0_0_2022050605
Username 6274b1d62d5e854503d3a67e_lock
Password 334dd7c0c10e47280880e9dd004ae0d8c5abc24dbbc9daa735315722707fe13b
4.5 使用MQTT客户端软件登录
所有的参数已经得到，接下来采用MQTT客户端登录华为云进行测试。
华为云物联网平台的域名是: 161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com
华为云物联网平台的IP地址是:121.36.42.100
在软件里参数填充正确之后，就看到设备已经连接成功了。
接下来打开设备页面，可以看到设备已经在线了。
4.6 数据上报测试
//订阅主题: 平台下发消息给设备
$oc/devices/6274b1d62d5e854503d3a67e_lock/sys/messages/down
//设备上报数据
$oc/devices/6274b1d62d5e854503d3a67e_lock/sys/properties/report
//上报的属性消息 (一次可以上报多个属性,在json里增加就行了)
{"services": [{"service_id": "lock","properties":{"lock":1}}]}
//订阅主题: 平台下发消息给设备
$oc/devices/6274b1d62d5e854503d3a67e_lock/sys/messages/down
//设备上报数据
$oc/devices/6274b1d62d5e854503d3a67e_lock/sys/properties/report
//上报的属性消息 (一次可以上报多个属性,在json里增加就行了)
{"services": [{"service_id": "lock","properties":{"GPS信息":"lat:12.345,lng:45.678"}}]}
4.7 应用侧开发
为了更方便的展示设备数据，与设备完成交互，还需要开发一个配套的上位机，官方提供了应用侧开发的API接口、SDK接口，为了方便通用一点，我这里采用了API接口完成数据交互，上位机软件采用QT开发。
帮助文档地址: ttps://support.huaweicloud.cn/api-iothub/iot_06_v5_0034.html
设备属性就是设备上传的传感器状态数据信息，应用侧提供了API接口，可以主动向设备端下发请求指令；设备端收到指令之后需要按照约定的数据格式上报数据；所以，要实现应用层与设备端的数据交互，需要应用层与设备端配合才能完成。
5. STM32开发
5.1 ADXL345.c
#include "app.h"
/*
函数功能: 各种硬初始化
继电器模块--DAT--->PA4
PB12-----输入引脚，检测模块是否连接或者断开
*/
void Hardware_Init(void)
{
RCC->APB2ENR|=1<<2;
GPIOA->CRL&=0xFFF0FFFF;
GPIOA->CRL|=0x00030000;
RCC->APB2ENR|=1<<3;
GPIOB->CRH&=0xFFF0FFFF;
GPIOB->CRH|=0x00080000;
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//初始化ADXL345.
//返回值:0,初始化成功;1,初始化失败.
u8 ADXL345_Init(void)
{
IIC_Init(); //初始化IIC总线
if(ADXL345_RD_Reg(DEVICE_ID)==0XE5) //读取器件ID
{
ADXL345_WR_Reg(DATA_FORMAT,0X2B); //低电平中断输出,13位全分辨率,输出数据右对齐,16g量程
ADXL345_WR_Reg(BW_RATE,0x0A); //数据输出速度为100Hz
ADXL345_WR_Reg(POWER_CTL,0x28); //链接使能,测量模式
ADXL345_WR_Reg(INT_ENABLE,0x00); //不使用中断
ADXL345_WR_Reg(OFSX,0x00);
ADXL345_WR_Reg(OFSY,0x00);
ADXL345_WR_Reg(OFSZ,0x00);
return 0;
}
return 1;
}
//写ADXL345寄存器
//addr:寄存器地址
//val:要写入的值
//返回值:无
void ADXL345_WR_Reg(u8 addr,u8 val)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(ADXL_WRITE); //发送写器件指令
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(addr); //发送寄存器地址
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(val); //发送值
IIC_Wait_Ack();
IIC_Stop(); //产生一个停止条件
}
//读ADXL345寄存器
//addr:寄存器地址
//返回值:读到的值
u8 ADXL345_RD_Reg(u8 addr)
{
u8 temp=0;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(ADXL_WRITE); //发送写器件指令
temp=IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(addr); //发送寄存器地址
temp=IIC_Wait_Ack();
IIC_Start(); //重新启动
IIC_Send_Byte(ADXL_READ); //发送读器件指令
temp=IIC_Wait_Ack();
temp=IIC_Read_Byte(0); //读取一个字节,不继续再读,发送NAK
IIC_Stop(); //产生一个停止条件
return temp; //返回读到的值
}
//读取ADXL的平均值
//x,y,z:读取10次后取平均值
void ADXL345_RD_Avval(short *x,short *y,short *z)
{
short tx=0,ty=0,tz=0;
u8 i;
for(i=0;i<10;i++)
{
ADXL345_RD_XYZ(x,y,z);
delay_ms(10);
tx+=(short)*x;
ty+=(short)*y;
tz+=(short)*z;
}
*x=tx/10;
*y=ty/10;
*z=tz/10;
}
//自动校准
//xval,yval,zval:x,y,z轴的校准值
void ADXL345_AUTO_Adjust(char *xval,char *yval,char *zval)
{
short tx,ty,tz;
u8 i;
short offx=0,offy=0,offz=0;
ADXL345_WR_Reg(POWER_CTL,0x00); //先进入休眠模式.
delay_ms(100);
ADXL345_WR_Reg(DATA_FORMAT,0X2B); //低电平中断输出,13位全分辨率,输出数据右对齐,16g量程
ADXL345_WR_Reg(BW_RATE,0x0A); //数据输出速度为100Hz
ADXL345_WR_Reg(POWER_CTL,0x28); //链接使能,测量模式
ADXL345_WR_Reg(INT_ENABLE,0x00); //不使用中断
ADXL345_WR_Reg(OFSX,0x00);
ADXL345_WR_Reg(OFSY,0x00);
ADXL345_WR_Reg(OFSZ,0x00);
delay_ms(12);
for(i=0;i<10;i++)
{
ADXL345_RD_Avval(&tx,&ty,&tz);
offx+=tx;
offy+=ty;
offz+=tz;
}
offx/=10;
offy/=10;
offz/=10;
*xval=-offx/4;
*yval=-offy/4;
*zval=-(offz-256)/4;
ADXL345_WR_Reg(OFSX,*xval);
ADXL345_WR_Reg(OFSY,*yval);
ADXL345_WR_Reg(OFSZ,*zval);
}
//读取3个轴的数据
//x,y,z:读取到的数据
void ADXL345_RD_XYZ(short *x,short *y,short *z)
{
u8 buf[6];
u8 i;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(ADXL_WRITE); //发送写器件指令
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(0x32); //发送寄存器地址(数据缓存的起始地址为0X32)
IIC_Wait_Ack();
IIC_Start(); //重新启动
IIC_Send_Byte(ADXL_READ); //发送读器件指令
IIC_Wait_Ack();
for(i=0;i<6;i++)
{
if(i==5)buf[i]=IIC_Read_Byte(0);//读取一个字节,不继续再读,发送NACK
else buf[i]=IIC_Read_Byte(1); //读取一个字节,继续读,发送ACK
}
IIC_Stop(); //产生一个停止条件
*x=(short)(((u16)buf[1]<<8)+buf[0]);
*y=(short)(((u16)buf[3]<<8)+buf[2]);
*z=(short)(((u16)buf[5]<<8)+buf[4]);
}
//读取ADXL345的数据times次,再取平均
//x,y,z:读到的数据
//times:读取多少次
void ADXL345_Read_Average(short *x,short *y,short *z,u8 times)
{
u8 i;
short tx,ty,tz;
*x=0;
*y=0;
*z=0;
if(times)//读取次数不为0
{
for(i=0;i<times;i++)//连续读取times次
{
ADXL345_RD_XYZ(&tx,&ty,&tz);
*x+=tx;
*y+=ty;
*z+=tz;
delay_ms(5);
}
*x/=times;
*y/=times;
*z/=times;
}
}
//得到角度
//x,y,z:x,y,z方向的重力加速度分量(不需要单位,直接数值即可)
//dir:要获得的角度.0,与Z轴的角度;1,与X轴的角度;2,与Y轴的角度.
//返回值:角度值.单位0.1°.
short ADXL345_Get_Angle(float x,float y,float z,u8 dir)
{
float temp;
float res=0;
switch(dir)
{
case 0://与自然Z轴的角度
temp=sqrt((x*x+y*y))/z;
res=atan(temp);
break;
case 1://与自然X轴的角度
temp=x/sqrt((y*y+z*z));
res=atan(temp);
break;
case 2://与自然Y轴的角度
temp=y/sqrt((x*x+z*z));
res=atan(temp);
break;
}
return res*1800/3.14;
}
//初始化IIC
void IIC_Init(void)
{
RCC->APB2ENR|=1<<3; //先使能外设IO PORTB时钟
GPIOB->CRL&=0X00FFFFFF; //6/7 推挽输出
GPIOB->CRL|=0X33000000;
GPIOB->ODR|=3<<6; //6,7 输出高
}
//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{
SDA_OUT(); //sda线输出
IIC_SDA=1;
IIC_SCL=1;
delay_us(4);
IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low
delay_us(4);
IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据
}
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
SDA_OUT();//sda线输出
IIC_SCL=0;
IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
delay_us(4);
IIC_SCL=1;
IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
delay_us(4);
}
//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
// 0，接收应答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
u8 ucErrTime=0;
SDA_IN(); //SDA设置为输入
IIC_SDA=1;delay_us(1);
IIC_SCL=1;delay_us(1);
while(READ_SDA)
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime>250)
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
IIC_SCL=0;//时钟输出0
return 0;
}
//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
IIC_SCL=0;
SDA_OUT();
IIC_SDA=0;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
}
//不产生ACK应答
void IIC_NAck(void)
{
IIC_SCL=0;
SDA_OUT();
IIC_SDA=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
}
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{
u8 t;
SDA_OUT();
IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
for(t=0;t<8;t++)
{
IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
txd<<=1;
delay_us(2); //对TEA5767这三个延时都是必须的
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
delay_us(2);
}
}
//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i,receive=0;
SDA_IN();//SDA设置为输入
for(i=0;i<8;i++ )
{
IIC_SCL=0;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
receive<<=1;
if(READ_SDA)receive++;
delay_us(1);
}
if (!ack)
IIC_NAck();//发送nACK
else
IIC_Ack(); //发送ACK
return receive;
}
5.2 sim800.c
#include "sim800c.h"
/*
函数功能:向SIM800C模块发送指令
函数参数:
char *cmd 发送的命令
char *check_data 检测返回的数据
返回值: 0表示成功 1表示失败
*/
u8 SIM800C_SendCmd(char *cmd,char *check_data)
{
u16 i,j;
for(i=0;i<5;i++) //测试的总次数
{
USART2_RX_FLAG=0;
USART2_RX_CNT=0;
memset(USART2_RX_BUFFER,0,sizeof(USART2_RX_BUFFER));
USARTx_StringSend(USART2,cmd); //发送指令
for(j=0;j<500;j++) //等待的时间(ms单位)
{
if(USART2_RX_FLAG)
{
USART2_RX_BUFFER[USART2_RX_CNT]='\0';
if(strstr((char*)USART2_RX_BUFFER,check_data))
{
return 0;
}
else break;
}
delay_ms(20); //一次的时间
}
}
return 1;
}
/*
函数 功能：GSM模块初始化检测
函数返回值：1表示模块检测失败，0表示成功
*/
u8 SIM800C_InitCheck(void)
{
if(SIM800C_SendCmd("AT\r\n","OK"))return 1;
else printf("SIM800模块正常!\r\n");
if(SIM800C_SendCmd("ATE0\r\n","OK"))return 2;
else printf("设置模块不回显成功!\r\n");
if(SIM800C_SendCmd("AT+CGMI\r\n","OK"))return 3;
else printf("查询制造商名称成功!%s\r\n",USART2_RX_BUFFER);
if(SIM800C_SendCmd("AT+CGMM\r\n","OK"))return 4;
else printf("查询模块型号成功!%s\r\n",USART2_RX_BUFFER);
DelayMs(1000);
DelayMs(1000);
if(SIM800C_SendCmd("AT+CNUM\r\n","+CNUM:"))return 5;
else printf("获取本机号码成功!%s\r\n",USART2_RX_BUFFER);
/* 返回格式如下:
+CNUM: "","+8613086989413",145,7,4
OK
*/
return 0;
}
/*
函数 功能：GSM模块短信模式设置
函数返回值：0表示模块设置成功
*/
u8 SIM800C_SetNoteTextMode(void)
{
if(SIM800C_SendCmd("AT+CSCS=\"GSM\"\r\n","OK"))return 1;// "GSM"字符集
else printf("短信GSM字符集设置成功!\r\n");
if(SIM800C_SendCmd("AT+CMGF=1\r\n","OK"))return 2; //文本模式
else printf("短信文本模式设置成功!\r\n");
return 0;
}
/*
函数功能：发送短信
函数参数：
num:电话号码
text:短信内容
函数返回值：0表示发送成功
*/
u8 SIM800C_SendNote(u8 *num,u8 *text,u16 len)
{
char data[50];
char send_buf[2];
sprintf(data,"AT+CMGS=\"%s\"\r\n",num);
if(SIM800C_SendCmd(data,">"))return 1; //设置发送的手机号
USARTx_DataSend(USART2,text,len); //发送短信内容
send_buf[0] = 0x1a;
send_buf[1] = '\0';
if(SIM800C_SendCmd(send_buf,"+CMGS"))return 2; //发送结束符号
return 0;
}
5.3 MQTT信息
//华为物联网服务器的设备信息
#define MQTT_ClientID "62381267575fb713ee164ad2_xl_1_0_0_2022032106"
#define MQTT_UserName "62381267575fb713ee164ad2_xl_1"
#define MQTT_PassWord "124344feff3e3d96ff6af13cf36af36766619ff1eeee40e99cbae9b7b9739fe4"
//订阅与发布的主题
#define SET_TOPIC "$oc/devices/62381267575fb713ee164ad2_xl_1/sys/messages/down" //订阅
#define POST_TOPIC "$oc/devices/62381267575fb713ee164ad2_xl_1/sys/properties/report" //发布
//设置连接的路由器信息
#define CONNECT_WIFI "abc" //将要连接的路由器名称 --不要出现中文、空格等特殊字符
#define CONNECT_PASS "1234567890" //将要连接的路由器密码
#define CONNECT_SERVER_IP "a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com" //服务器IP地址
#define CONNECT_SERVER_PORT 1883 //服务器端口号
u8 *mqtt_rxbuf;
u8 *mqtt_txbuf;
u16 mqtt_rxlen;
u16 mqtt_txlen;
u8 _mqtt_txbuf[256];//发送数据缓存区
u8 _mqtt_rxbuf[256];//接收数据缓存区
typedef enum
{
//名字 值 报文流动方向 描述
M_RESERVED1 =0 , // 禁止 保留
M_CONNECT , // 客户端到服务端 客户端请求连接服务端
M_CONNACK , // 服务端到客户端 连接报文确认
M_PUBLISH , // 两个方向都允许 发布消息
M_PUBACK , // 两个方向都允许 QoS 1消息发布收到确认
M_PUBREC , // 两个方向都允许 发布收到（保证交付第一步）
M_PUBREL , // 两个方向都允许 发布释放（保证交付第二步）
M_PUBCOMP , // 两个方向都允许 QoS 2消息发布完成（保证交互第三步）
M_SUBSCRIBE , // 客户端到服务端 客户端订阅请求
M_SUBACK , // 服务端到客户端 订阅请求报文确认
M_UNSUBSCRIBE , // 客户端到服务端 客户端取消订阅请求
M_UNSUBACK , // 服务端到客户端 取消订阅报文确认
M_PINGREQ , // 客户端到服务端 心跳请求
M_PINGRESP , // 服务端到客户端 心跳响应
M_DISCONNECT , // 客户端到服务端 客户端断开连接
M_RESERVED2 , // 禁止 保留
}_typdef_mqtt_message;
//连接成功服务器回应 20 02 00 00
//客户端主动断开连接 e0 00
const u8 parket_connetAck[] = {0x20,0x02,0x00,0x00};
const u8 parket_disconnet[] = {0xe0,0x00};
const u8 parket_heart[] = {0xc0,0x00};
const u8 parket_heart_reply[] = {0xc0,0x00};
const u8 parket_subAck[] = {0x90,0x03};
void MQTT_Init(void)
{
//缓冲区赋值
mqtt_rxbuf = _mqtt_rxbuf;
mqtt_rxlen = sizeof(_mqtt_rxbuf);
mqtt_txbuf = _mqtt_txbuf;
mqtt_txlen = sizeof(_mqtt_txbuf);
memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);
memset(mqtt_txbuf,0,mqtt_txlen);
//无条件先主动断开
MQTT_Disconnect();
delay_ms(100);
MQTT_Disconnect();
delay_ms(100);
}
/*
函数功能: 登录服务器
函数返回值: 0表示成功 1表示失败
*/
u8 MQTT_Connect(char *ClientID,char *Username,char *Password)
{
u8 i,j;
int ClientIDLen = strlen(ClientID);
int UsernameLen = strlen(Username);
int PasswordLen = strlen(Password);
int DataLen;
mqtt_txlen=0;
//可变报头+Payload 每个字段包含两个字节的长度标识
DataLen = 10 + (ClientIDLen+2) + (UsernameLen+2) + (PasswordLen+2);
//固定报头
//控制报文类型
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x10; //MQTT Message Type CONNECT
//剩余长度(不包括固定头部)
do
{
u8 encodedByte = DataLen % 128;
DataLen = DataLen / 128;
// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
if ( DataLen > 0 )
encodedByte = encodedByte | 128;
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
}while ( DataLen > 0 );
//可变报头
//协议名
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0; // Protocol Name Length MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4; // Protocol Name Length LSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'M'; // ASCII Code for M
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'Q'; // ASCII Code for Q
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T'; // ASCII Code for T
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T'; // ASCII Code for T
//协议级别
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4; // MQTT Protocol version = 4 对于 3.1.1 版协议，协议级别字段的值是 4(0x04)
//连接标志
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xc2; // conn flags
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0; // Keep-alive Time Length MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 100; // Keep-alive Time Length LSB 100S心跳包 保活时间
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(ClientIDLen);// Client ID length MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(ClientIDLen);// Client ID length LSB
memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],ClientID,ClientIDLen);
mqtt_txlen += ClientIDLen;
if(UsernameLen > 0)
{
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(UsernameLen); //username length MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(UsernameLen); //username length LSB
memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],Username,UsernameLen);
mqtt_txlen += UsernameLen;
}
if(PasswordLen > 0)
{
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(PasswordLen); //password length MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(PasswordLen); //password length LSB
memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],Password,PasswordLen);
mqtt_txlen += PasswordLen;
}
memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);
MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf,mqtt_txlen);
for(j=0;j<10;j++)
{
delay_ms(50);
if(USART2_RX_FLAG)
{
memcpy((char *)mqtt_rxbuf,USART2_RX_BUFFER,USART2_RX_CNT);
//memcpy
for(i=0;i<USART2_RX_CNT;i++)printf("%#x ",USART2_RX_BUFFER[i]);
USART2_RX_FLAG=0;
USART2_RX_CNT=0;
}
//CONNECT
if(mqtt_rxbuf[0]==parket_connetAck[0] && mqtt_rxbuf[1]==parket_connetAck[1]) //连接成功
{
return 0;//连接成功
}
}
return 1;
}
/*
函数功能: MQTT订阅/取消订阅数据打包函数
函数参数:
topic 主题
qos 消息等级 0:最多分发一次 1: 至少分发一次 2: 仅分发一次
whether 订阅/取消订阅请求包 (1表示订阅,0表示取消订阅)
返回值: 0表示成功 1表示失败
*/
u8 MQTT_SubscribeTopic(char *topic,u8 qos,u8 whether)
{
u8 i,j;
mqtt_txlen=0;
int topiclen = strlen(topic);
int DataLen = 2 + (topiclen+2) + (whether?1:0);//可变报头的长度（2字节）加上有效载荷的长度
//固定报头
//控制报文类型
if(whether)mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x82; //消息类型和标志订阅
else mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xA2; //取消订阅
//剩余长度
do
{
u8 encodedByte = DataLen % 128;
DataLen = DataLen / 128;
// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
if ( DataLen > 0 )
encodedByte = encodedByte | 128;
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
}while ( DataLen > 0 );
//可变报头
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0; //消息标识符 MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x0A; //消息标识符 LSB
//有效载荷
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topiclen);//主题长度 MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topiclen);//主题长度 LSB
memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],topic,topiclen);
mqtt_txlen += topiclen;
if(whether)
{
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = qos;//QoS级别
}
for(i=0;i<10;i++)
{
memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);
MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf,mqtt_txlen);
for(j=0;j<10;j++)
{
delay_ms(50);
if(USART2_RX_FLAG)
{
memcpy((char *)mqtt_rxbuf,(char*)USART2_RX_BUFFER,USART2_RX_CNT);
USART2_RX_FLAG=0;
USART2_RX_CNT=0;
}
if(mqtt_rxbuf[0]==parket_subAck[0] && mqtt_rxbuf[1]==parket_subAck[1]) //订阅成功
{
return 0;//订阅成功
}
}
}
return 1; //失败
}
//MQTT发布数据打包函数
//topic 主题
//message 消息
//qos 消息等级
u8 MQTT_PublishData(char *topic, char *message, u8 qos)
{
int topicLength = strlen(topic);
int messageLength = strlen(message);
static u16 id=0;
int DataLen;
mqtt_txlen=0;
//有效载荷的长度这样计算：用固定报头中的剩余长度字段的值减去可变报头的长度
//QOS为0时没有标识符
//数据长度 主题名 报文标识符 有效载荷
if(qos) DataLen = (2+topicLength) + 2 + messageLength;
else DataLen = (2+topicLength) + messageLength;
//固定报头
//控制报文类型
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x30; // MQTT Message Type PUBLISH
//剩余长度
do
{
u8 encodedByte = DataLen % 128;
DataLen = DataLen / 128;
// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
if ( DataLen > 0 )
encodedByte = encodedByte | 128;
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
}while ( DataLen > 0 );
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topicLength);//主题长度MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topicLength);//主题长度LSB
memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],topic,topicLength);//拷贝主题
mqtt_txlen += topicLength;
//报文标识符
if(qos)
{
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(id);
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(id);
id++;
}
memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],message,messageLength);
mqtt_txlen += messageLength;
MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf,mqtt_txlen);
return mqtt_txlen;
}
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