一種基于ESP8266與USART HMI的通用WIFI物聯網接入方式

盧光鈺

摘要：本文在USART HMI串口觸摸屏、正點原子MINI STM32F103RCT6單片機開發板、正點原子WIFI模塊ATK-ESP8266的硬件基礎上，通過C語言malloc函數動態分配內存存儲WIFI賬號密碼的基本方法，解決了8266靈活動態輸入WIFI賬號密碼問題，從而提高了以8266模塊為核心的物聯網客戶端設備的實用性。

關鍵詞：ESP8266? WIFI? malloc? USART HMI

物聯網作為進行信息交換和通信的新型平臺，其基礎技術在于客體（信息、物體、數據等）與互聯網的連接。ESP8266 系列模組是安信可（Ai-thinker）公司采用樂鑫ESP8266芯片開發的一系列WIFI模組模塊，專為移動設備、可穿戴電子產品和物聯應用設計。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網絡與遠端服務器相互通訊，從而完成數據上傳的功能。基本步驟為：

1，單片機向8266輸入AT+CWMODE=1;（設置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;（輸入遠端服務器IP與端口號，此處為中移動ONEnet物聯網平臺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，輸入網絡報文信息。

在步驟3中，WIFI的賬號密碼要事先在單片機程序中確定，當8266連接到其他WIFI網絡時，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單片機開發板、正點原子WIFI模塊ATK-ESP8266的硬件基礎上，通過C語言malloc函數動態分配內存存儲WIFI賬號密碼的基本方法，解決了8266靈活動態輸入WIFI賬號密碼問題，從而提高了以8266模塊為核心的物聯網客戶端設備的實用性，具體方法如下文所示。

1 USART HMI觸摸屏功能設計

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”OK”，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，因為電壓不穩定，可能會發送幾幀亂碼，影響單片機識別，所以設置觸摸屏初始化事件為“printh 0d 0a”，即發送兩幀結束符使單片機能夠接收完亂碼，不讓亂碼摻雜在正常數據代碼之中，后期在正常數據碼前端設置標志幀使單片機能夠正確分辨。

主界面的傳感器數據通過文本控件顯示，設置為n0，設置傳感器數據變量名稱為k，則單片機輸入的命令為printf（"n0.val=%d＼xff＼xff＼xff"，k），三個0xff為結束符，否則USART HMI不能識別。設置右下方圖片控件p0為WIFI圖標，彈起事件為“page 1”，即轉換到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碼發送。設置一個切換變量va0，SSID按鈕與PAS按鈕改變va0的值，當全鍵盤上的字母與數字鍵按下時，判斷va0的值，決定按下的文本出現在SSID欄或者PAS欄中。另外設置一個變量va1，通過按鈕CAP鍵改變變量va1的值，設置一個黃色CAP鍵與一個紅色CAP鍵上下疊加，分別對應一個不同的變量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CAP鍵切換以及字母大小寫切換，字母按鈕按下時，根據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 page main

例如當SSID為123，PAS為111時，發送的ASCII碼為：

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

即為LGY123”，”111”，LGY為標志位，代表此幀數據為正常數據而非亂碼。

2 單片機C程序設計

在stm32單片機中，AT指令是通過數組的形式發送的。在純C語言編程中，在定義數組的時候，必須同時定義數組的大小，因為C語言本身沒有提供動態數組這種數據結構。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組AT3[]，將USART HMI傳來的信息強行賦值，會在數組尾部產生空位，使AT指令無效。

因此，使用malloc函數解決此問題，malloc函數是一種分配長度為num_bytes字節的內存塊的函數，可以向系統申請分配指定size個字節的內存空間。malloc的全稱是memory allocation，中文叫動態內存分配，當無法知道內存具體位置的時候，想要綁定真正的內存空間，就需要用到動態的分配內存。

具體方法為：1，首先添加頭文件#include "stdlib.h"，malloc函數在此頭文件中定義;2，定義指向數組AT3的指針char *AT3;定義整型變量WW，作為數組AT3的動態長度數值，在正點原子的串口例程中，定義串口3接收標志變量USART3_RX_STA為u8型，前5位為串口3接收到的數組長度，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）;即可完成定義動態數組，相當于定義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;最后通過雙循環賦值語句：

for（i=10，j=3;i<7+length，j<length;i++，j++）

{

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

}

完成對AT3[WW]的定義賦值操作。

最后說明整個main函數的基本流程與單片機-ESP8266通訊的基本方法。當單片機向ESP8266發送AT指令時，ESP8266都會產生相應的響應，如發送AT1：AT+CWMODE=1;（設置8266為STA模式）時，8266會返回字符數組“OK”，如果單片機檢測到“OK”，說明8266成功完成了AT1操作，單片機可以繼續發送AT2指令，以此類推。當最后開始透傳指令AT7[]={"AT+CIPSEND＼r＼n"};響應成功之后，發送網絡報文：

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”

即可將傳感器數據發送至設備ID為39163308，

api-key為E6uOnPTftKQX=KwIfO8BHnL63mg=的ONENET物聯網平臺應用的數據流001、002、003中，此處數據固定為50.5、50.6和506.傳感器數據需要重新賦值到網絡報文數組相應位中。id與api-key可在onenet平臺自由申請，具體方法不贅述，最后需要注意設備供電應該穩定充足，否則8266不能正常工作。

通過串口助手連接8266的TX端，監控8266返回給單片機的響應信息，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器連接，發送網絡報文。

如圖6所示，ONENET物聯網平臺成功接收到了8266傳來的數據信息，實現了遠程監控功能。

使用本文提出的方法，可以方便實現8266的WIFI連接，用戶不需要改寫各戶端設備的源程序，自行在觸摸屏輸入SSID賬號與密碼即可，提高了8266設備的實用性。設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，工程技術人員可以參考使用。