ESP8266纯串口透传，助力设备上云端

项目有些久远，前年的机器人上需要的功能，当时是需要将STM32上的数据上传到服务器，比如机器人的速度，行驶距离，是否在拍照等等。便于管理者在PC或者手机上了解机器人的工作状态，同时可以远程下发指令给机器人，控制其完成相应动作。 因为所有的逻辑判断和控制都在服务器或者STM32上面，作为中间的无线模块仅仅需要上传STM32的数据并接收服务器下发的指令即可，所以这里对WiFi模块的要求不高，仅仅需要它作为透传功能即可。当时在选型的时候试过好几款WiFi模块，最终敲定了安信可的ESP8266，价格便宜，开发简单，但是搭建环境是真的不容易，深受其害。 选择好模块就该考虑使用AT指令还是使用SDK开发，AT指令固然简单，但是局限性非常大。如果使用AT指令，我那开发控制端的同事估计就要跳脚了，代码里需要写一大堆的AT指令，如果功能改变，指令代码就需要重写，烦不胜烦。 如果使用SDK开发，控制端只需发送简单的数据就行，完全不用考虑其他任何东西，ESP8266完全当做一个中转站，相对应的我的工作就会繁重，但是，我屈服了，选择使用SDK。 于是就有了下面基于NONOS 2.0的ESP8266串口透传。主要有以下几个功能：

纯串口透传，接收MCU串口数据，直接通过MQTT上传到服务器，接收服务器数据下发给MCU。

smartconfig+airkiss配网，随意使用，场景丰富。

最多储存5个WIFI账号和密码，自动寻找网络连接。

按键配网，长按重新配网，前一次WiFi自动储存，添加配网指示灯。

OTA空中升级（待验证）

从程序的入口开始：

//程序入口

void ICACHE_FLASH_ATTR user_init(void)

{

        uart_init(115200, 115200);

        os_delay_us(60000);

        keyInit();

        set_uart_cb(uart_cb);

        PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_MTDI_U, FUNC_GPIO12); //GPIO12初始化

        GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(12), 0);//低电平

    get_mac();//获取MAC地址

        wifi_set_opmode(STATION_MODE);

        //设置wifi信息存储数量，最大为5个

        wifi_station_ap_number_set(2);

    mqtt_init();

        set_wifistate_cb(wifi_connect_cb, wifi_disconnect_cb);

}

程序的入口先进行串口初始化和按键的初始化，以及LED的初始化。串口要初始化波特率，按键初始化配网按键，用于短按配网，长按重新配网，LED只要用于判断模块是否进入配网模式以及是否配网完成。

初始化完成后会首先读取MAC地址，该地址是唯一的，每个模块都不一样，用于填充进主题中，便于服务器区分不同设备，用于多台量产设备的使用，在连接MQTT服务器时会自动填充。

每连接一次WiFi都会将WiFi信息保存在模块内部，每次上电都会自动扫描暴露的WiFi，直接连接，就像手机的WIFI连接，目前最大支持五个WiFi信息的保存，超过5个会剔除最早的WiFi信息，通过短按D5(GPIO14)可进入配网模式。

/**

*         按键短按回调

*/

LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR key1ShortPress(void) {

        start_smartconfig(smartconfig_cd);

        INFO('start_smartconfig

');

}

/**

*         按键长按回调

*/

LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR key1LongPress(void) {

        start_smartconfig(smartconfig_cd);

        INFO('start_smartconfig

');

}

/**

*         按键初始化

*/

LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR keyInit(void) {

        //设置按键数量

        set_key_num(1);

        //长按、短按的按键回调

        key_add(D5, NULL, key1ShortPress);

        key_add(D5, NULL, key1LongPress);

}

由于找不到最新的代码。这里的长按我没做处理，应该是断开WiFi重新进入配网模式， 或者软复位模块，再进入start_smartconfig（）函数：

/**

* 开始Smartconfig配置  

* @param  cd: Smartconfig状态回调

* @retval None

*/

void ICACHE_FLASH_ATTR start_smartconfig(smartconfig_cd_t cd) {

        smartconfig_flag = 1;

        smartconfig_set_type(SC_TYPE_ESPTOUCH_AIRKISS); //SC_TYPE_ESPTOUCH,SC_TYPE_AIRKISS,SC_TYPE_ESPTOUCH_AIRKISS

        wifi_station_disconnect();

        wifi_set_opmode(STATION_MODE);

        finish_cd = cd;

        smartconfig_start(smartconfig_done);

        os_timer_disarm(&OS_Timer_Wifichange);        // 关闭定时器

        if(connect_flag == 1){

                w_disconnect();

                connect_flag = 0;

        }

        os_timer_disarm(&OS_Timer_SM);        // 关闭定时器

        os_timer_setfn(&OS_Timer_SM, (os_timer_func_t *) sm_wait_time, NULL);// 设置定时器

        os_timer_arm(&OS_Timer_SM, 1000, 1);  // 使能定时器

}

smartconfig_set_type();函数可选3个参数：分别是：SC_TYPE_ESPTOUCH、SC_TYPE_AIRKISS和SC_TYPE_ESPTOUCH_AIRKISS

第一个是smartconfig配网（手机APP），第二个是airkiss配网（微信公众号），最后一个两者都可以。进入该函数会调用smartconfig_start();，该函数会调用smartconfig_done（）函数进行配网，配网成功后会点亮LED灯。

/**

* Smartconfig 状态处理

* @param  status: 状态

* @param  *pdata: AP数据

* @retval None

*/

void ICACHE_FLASH_ATTR

smartconfig_done(sc_status status, void *pdata) {

        switch (status) {

        case SC_STATUS_WAIT:

                INFO('SC_STATUS_WAIT

');

                break;

        case SC_STATUS_FIND_CHANNEL:

                INFO('SC_STATUS_FIND_CHANNEL

');

                break;

        case SC_STATUS_GETTING_SSID_PSWD:

                INFO('SC_STATUS_GETTING_SSID_PSWD

');

                sc_type *type = pdata;

                if (*type == SC_TYPE_ESPTOUCH) {

                        INFO('SC_TYPE:SC_TYPE_ESPTOUCH

');

                } else {

                        INFO('SC_TYPE:SC_TYPE_AIRKISS

');

                }

                break;

        case SC_STATUS_LINK:

                INFO('SC_STATUS_LINK

');

                sm_comfig_status = SM_STATUS_GETINFO;

                struct station_config *sta_conf = pdata;

                wifi_station_set_config(sta_conf);

                wifi_station_disconnect();

                wifi_station_connect();

                break;

        case SC_STATUS_LINK_OVER:

                sm_comfig_status = SM_STATUS_FINISH;

                INFO('SC_STATUS_LINK_OVER

');

                if (pdata != NULL) {

                        //SC_TYPE_ESPTOUCH

                        uint8 phone_ip[4] = { 0 };

                        os_memcpy(phone_ip, (uint8*) pdata, 4);

                        INFO('Phone ip: %d.%d.%d.%d

', phone_ip[0], phone_ip[1],

                                        phone_ip[2], phone_ip[3]);

                } else {

                        //SC_TYPE_AIRKISS - support airkiss v2.0

                        airkiss_start_discover();

                }

                smartconfig_stop();

                smartconfig_flag = 0;

                connect_flag = 0;

                os_timer_disarm(&OS_Timer_SM);        // 关闭定时器

                finish_cd(sm_comfig_status);

                os_timer_arm(&OS_Timer_Wifichange, 3000, 1);  // 使能定时器

                break;

        }

}

/**

*         WIFI连接回调

*/

void wifi_connect_cb(void){

        INFO('wifi connect!

');

        os_printf('----- WiFi连接成功，打开绿灯---

');

        GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(12), 1);

        MQTT_Connect(&mqttClient);

}

/**

*         WIFI断开回调

*/

void wifi_disconnect_cb(void){

        INFO('wifi disconnect!

');

        os_printf('----- WiFi断开，关闭绿灯---

');

        GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(12), 0);

        MQTT_Disconnect(&mqttClient);

}

连接MQTT服务器：

网络连接成功以后可以开始MQTT的初始化，初始化包涵一系列的连接初始化回调，连接成功或不成功回调，主题订阅发布回调等等。

/**

*         MQTT初始化

*/

void ICACHE_FLASH_ATTR mqtt_init(void) {

        MQTT_InitConnection(&mqttClient, MQTT_HOST, MQTT_PORT, DEFAULT_SECURITY);

        MQTT_InitClient(&mqttClient, mac_str, MQTT_USER,MQTT_PASS, MQTT_KEEPALIVE, 1);

        MQTT_InitLWT(&mqttClient, lwt_topic, LWT_MESSAGE, 0, 0);

        MQTT_OnConnected(&mqttClient, mqttConnectedCb);

        MQTT_OnDisconnected(&mqttClient, mqttDisconnectedCb);

        MQTT_OnPublished(&mqttClient, mqttPublishedCb);

        MQTT_OnData(&mqttClient, mqttDataCb);

}

void ICACHE_FLASH_ATTR

MQTT_InitConnection(MQTT_Client *mqttClient, uint8_t* host, uint32_t port, uint8_t security)

{

        uint32_t temp;

        INFO('MQTT_InitConnection

');

        os_memset(mqttClient, 0, sizeof(MQTT_Client));

        temp = os_strlen(host);

        mqttClient->host = (uint8_t*)os_zalloc(temp + 1);

        os_strcpy(mqttClient->host, host);

        mqttClient->host[temp] = 0;

        mqttClient->port = port;

        mqttClient->security = security;

}

void ICACHE_FLASH_ATTR

MQTT_InitClient(MQTT_Client *mqttClient, uint8_t* client_id, uint8_t* client_user, uint8_t* client_pass, uint32_t keepAliveTime, uint8_t cleanSession)

{

        uint32_t temp;

        INFO('MQTT_InitClient

');

        os_printf('CD MQTT_InitClient++++++++++++++++++++++

');

        os_memset(&mqttClient->connect_info, 0, sizeof(mqtt_connect_info_t));

        temp = os_strlen(client_id);

        mqttClient->connect_info.client_id = (uint8_t*)os_zalloc(temp + 1);

        os_strcpy(mqttClient->connect_info.client_id, client_id);

        mqttClient->connect_info.client_id[temp] = 0;

        if (client_user)

        {

                temp = os_strlen(client_user);

                mqttClient->connect_info.username = (uint8_t*)os_zalloc(temp + 1);

                os_strcpy(mqttClient->connect_info.username, client_user);

                mqttClient->connect_info.username[temp] = 0;

        }

        if (client_pass)

        {

                temp = os_strlen(client_pass);

                mqttClient->connect_info.password = (uint8_t*)os_zalloc(temp + 1);

                os_strcpy(mqttClient->connect_info.password, client_pass);

                mqttClient->connect_info.password[temp] = 0;

        }

        mqttClient->connect_info.keepalive = keepAliveTime;

        mqttClient->connect_info.clean_session = cleanSession;

        mqttClient->mqtt_state.in_buffer = (uint8_t *)os_zalloc(MQTT_BUF_SIZE);

        mqttClient->mqtt_state.in_buffer_length = MQTT_BUF_SIZE;

        mqttClient->mqtt_state.out_buffer =  (uint8_t *)os_zalloc(MQTT_BUF_SIZE);

        mqttClient->mqtt_state.out_buffer_length = MQTT_BUF_SIZE;

        mqttClient->mqtt_state.connect_info = &mqttClient->connect_info;

        mqtt_msg_init(&mqttClient->mqtt_state.mqtt_connection, mqttClient->mqtt_state.out_buffer, mqttClient->mqtt_state.out_buffer_length);

        QUEUE_Init(&mqttClient->msgQueue, QUEUE_BUFFER_SIZE);

        system_os_task(MQTT_Task, MQTT_TASK_PRIO, mqtt_procTaskQueue, MQTT_TASK_QUEUE_SIZE);

        system_os_post(MQTT_TASK_PRIO, 0, (os_param_t)mqttClient);

}

WiFi连接成功和失败会触发不同的回调函数：

/**

*         MQTT连接回调

*/

void mqttConnectedCb(uint32_t *args) {

        MQTT_Client* client = (MQTT_Client*) args;

        INFO('MQTT: Connected

');

        MQTT_Publish(client, birth_topic, BIRTH_MESSAGE, os_strlen(BIRTH_MESSAGE), 0,0);

        MQTT_Subscribe(client,ota_topic, 0);

        if(updata_status_check()){

                MQTT_Publish(client, ota_topic, 'updata_finish', os_strlen('updata_finish'), 0,0);

        }

}

/**

*         MQTT断开连接回调

*/

void mqttDisconnectedCb(uint32_t *args) {

        MQTT_Client* client = (MQTT_Client*) args;

        INFO('MQTT: Disconnected

');

}

/**

*         MQTT发布消息回调

*/

void mqttPublishedCb(uint32_t *args) {

        MQTT_Client* client = (MQTT_Client*) args;

        INFO('MQTT: Published

');

}

串口透传：

当模块的WiFi和MQTT服务器都连接上之后，模块就开始监听串口和服务器的数据，如果串口有数据过来便转发到服务器或者进行OTA升级，如果服务器有指令下发就转发给串口。

/**

*         MQTT接收数据回调（用于OTA升级和串口透传）

*/

void mqttDataCb(uint32_t *args, const char* topic, uint32_t topic_len,

                const char *data, uint32_t data_len) {

        char *topicBuf = (char*) os_zalloc(topic_len + 1), *dataBuf =

                        (char*) os_zalloc(data_len + 1);

        uint8 *pdata = (uint8*)data;

        uint16 len = data_len;

        uart0_tx_buffer(pdata, len);//串口输出

        MQTT_Client* client = (MQTT_Client*) args;

        os_memcpy(topicBuf, topic, topic_len);

        topicBuf[topic_len] = 0;

        os_memcpy(dataBuf, data, data_len);

        dataBuf[data_len] = 0;

//        INFO('Receive topic: %s, data: %s 

', topicBuf, dataBuf);

        //data = {'url'='http://yourdomain.com:9001/ota/'}

        if (os_strcmp(topicBuf, ota_topic) == 0) {

                char url_data[200];

                if(get_josn_str(dataBuf,'url',url_data)){

//            INFO('ota_start

');

            ota_upgrade(url_data,ota_finished_callback);

                }

        }

        os_free(topicBuf);

        os_free(dataBuf);

}

/**

*         ota升级回调

*/

void ICACHE_FLASH_ATTR ota_finished_callback(void * arg) {

        struct upgrade_server_info *update = arg;

        if (update->upgrade_flag == true) {

                INFO('OTA  Success ! rebooting!

');

                system_upgrade_reboot();

        } else {

                INFO('OTA Failed!

');

        }

}

其他问题：连接的服务器地址，端口号等信息需要写在代码里烧录进模块，这些信息在在mqtt_config.h文件中定义。

上电后可以在串口助手看到打印的MAC地址：

按下配网按键（GPIO14接地），进入配网模式，使用APP或者微信公众号将信息发给模块便可联网，联网后自动连接MQTT服务器。

至此连接完成，后续只需要串口发数据给模块，便可在服务器收到信息，服务器下发指令，单片机串口也可以接收到数据。但是要记得订阅主题哦。该透传代码烧录完成可搭配任意MCU的串口使用。非常便捷。由于项目期较远，可能介绍的不是很详细，需要的大大们可以点击阅读原文回帖获取源码。自行查看。