STM32F4+esp8266 WiFi模块采集温湿度数据对接PC端

项目需要在stm32上开发MQTT，同时MQTT协议基于TCP/IP协议，因此先在探索者开发板上调通基于TCP的WiFi通信，同时采集温湿度数据，上传至PC端的网络调试助手服务端，为后面开发MQTT做准备。

1、准备工作

1.1.STM32F4开发板

1.2.DHT11温湿度传感器

DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。 其精度湿度±5%RH， 温度±2℃，量程湿度20-90%RH， 温度0~50℃。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。

1.3.esp8266 WiFi模块

esp8266模块采用串口与MCU进行通信，内置TCP/IP协议栈，能够实现串口与WiFi之间的转换，模块支持串口转WiFi STA、串口转AP和WiFi STA+WiFiAP的模式，从而快速构建串口-WiFi数据传输方案。

2. esp8266模块使用

2.1 esp8266模块使用介绍

esp8266模块使用方便，开发过程中可使用AT指令对模块进行操作，及可使用stm32的串口发送相关AT指令控制模块。模块作为TCP连接客户端时使用的AT指令如下所示：

AT：测试模块是否工作正常

AT+RST：复位模块状态

设置客户端模式

AT+CWMODE=1：客服端 Station

AT+CWMODE=2：用户端 AP

AT+CWMODE=3：双端Station+AP

AT+CWJAP='wifi名','密码'：连接指定WiFi

TCP连接：AT+CIPSTART='TCP','目标IP',目标端口号         如:AT+CIPSTART='TCP','192.168.1.1',8080

开启传透模式：AT+CIPMODE=1                    关闭穿透模式：AT+CIPMODE=0

开启透传后，使用AT+CIPSEND开启数据发送

TCP发送数据到服务器全流程如下：

1.  AT 检测模块是否工作正常

2.  AT+CIPMODE=0 关闭透传

3.  AT+CWMODE=1 客服端STA模式

4.  AT+CWJAP='wifi','password'

5.  AT+CIPSTART='TCP','目标ip地址',目标端口

6.  AT+CIPMODE=0 开启透传

发送数据有两种方法

一  1.   AT+CIPSEND (开启传输数据)

    2.  >  (这个符号代表等待输入,回车发送,在程序里用rn转义发送)

    3.  +++  (发送+++代表退出发送,串口助手里需要关闭发送新行才能关闭发送,程序里用+++rn关闭)

二  1.  AT+CIPSEND=num (指定发送数据长度,由于指定长度,达到长度后会自动发送,并退出发送)

    2.  >  (这个符号代表等待输入,回车发送,在程序里用rn转义发送)

2.2 STM32操作esp8266模块

在实际使用中，STM32通过串口发送相关的AT指令给模块进行相应的操作。芯片上电后，首先进行串口3的初始化，初始化中波特率设置为115200，同时配置一个100ms的定时器中断，用于判断数据接收的连续性。这里也编写了相应的串口3中断服务函数，用于接收WiFi模块收到的数据。串口3中断服务函数如下：

//通过判断接收连续2个字符之间的时间差不大于100ms来决定是不是一次连续的数据.

//如果2个字符接收间隔超过100ms,则认为不是1次连续数据.也就是超过100ms没有接收到

//任何数据,则表示此次接收完毕.

//接收到的数据状态

//[15]:0,没有接收到数据;1,接收到了一批数据.

//[14:0]:接收到的数据长度

u16 USART3_RX_STA=0;     

void USART3_IRQHandler(void)

{

    u8 res;     

    if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET)//接收到数据

    {    

    res =USART_ReceiveData(USART3);     

    if((USART3_RX_STA&(1<<15))==0)//接收完的一批数据,还没有被处理,则不再接收其他数据

    { 

        if(USART3_RX_STA        {

            TIM_SetCounter(TIM7,0);//计数器清空                       

            if(USART3_RX_STA==0)        

                TIM_Cmd(TIM7, ENABLE);  //使能定时器7 

            USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA++]=res;     //记录接收到的值    

        }else 

        {

            USART3_RX_STA|=1<<15;                   //强制标记接收完成

        } 

    }   

 }                                       

} 

串口3初始化完成后，通过发送AT指令进行WiFi模块的初始化，这里编写了esp8266_init()函数对模块进行了相关的配置，代码如下：

void esp8266_init(void)

{

    u8 *p;

    p=mymalloc(SRAMIN,100); //申请100字节的内存

  atk_8266_quit_trans();

    POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色 

    LCD_ShowString(30,50,200,16,16,'Wifi Connecting...');   

  while(atk_8266_send_cmd('AT','OK',20));   //检查WiFi模块是否在线

    {

        atk_8266_quit_trans();                       //退出透传

        atk_8266_send_cmd('AT+CIPMODE=0','OK',200);  //关闭透传模式       

    }

    while(atk_8266_send_cmd('ATE0','OK',20));//关闭回显

    atk_8266_send_cmd('AT+CWMODE=3','OK',50);  //设置为STA模式

    atk_8266_send_cmd('AT+RST','OK',40);

    delay_ms(1000);

    delay_ms(1000);

    delay_ms(1000);

    delay_ms(1000);

    atk_8266_send_cmd('AT+CWAUTOCONN=0','OK',50);

    sprintf((char*)p,'AT+CWJAP='%s','%s'',wifiap_ssid,wifiap_password);

    atk_8266_send_cmd(p,'OK',800);   //连接AP

    delay_ms(3000);

    delay_ms(2000);

    atk_8266_send_cmd('AT+CIPMUX=0','OK',20);

    sprintf((char*)p,'AT+CIPSTART='TCP','%s',%s',(u8*)ip,(u8*)portnum); 

    while(atk_8266_send_cmd(p,'OK',200)){}   //连接服务端

    Connect_Flag=1;

    atk_8266_send_cmd('AT+CIPMODE=1','OK',200);   //开启透传

    myfree(SRAMIN,p); //释放内存

}

其中，服务器用了PC端的网络调试助手进行模拟，WiFi模块与PC同时连接同一个WiFi热点，在PC上开启网络调试助手作为服务器，IP地址为局域网内分配给PC的I地址，端口号自己定义，如下图所示：

esp8266模块配置完成后，当需要通过WiFi发送数据时，调用串口3发送函数即可向服务器发送数据。串口3发送数据可以使用库函数USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data），这里使用该库函数重新封装了一个串口发送函数，可以进行固定长度的数据帧发送。

 /************串口3的发送函数************/

//串口3,printf 函数

//确保一次发送数据不超过USART3_MAX_SEND_LEN字节

void u3_printf(char* fmt,...)  

{  

    u16 i,j;

    va_list ap;

    va_start(ap,fmt);

    vsprintf((char*)USART3_TX_BUF,fmt,ap);

    va_end(ap);

    i=strlen((const char*)USART3_TX_BUF);//此次发送数据的长度

    for(j=0;j    {

      while(USART_GetFlagStatus(USART3,USART_FLAG_TC)==RESET);  //等待上次传输完成 

        USART_SendData(USART3,(uint8_t)USART3_TX_BUF[j]);    //发送数据到串口3 

    }

}

3.DHT11温湿度模块

3.1 模块介绍

DHT11与单片机之间能采用简单的单总线进行通信，仅仅需要一个I/O口。传感器内部湿度和温度数据40Bit的数据一次性传给单片机，数据采用校验和方式进行校验，有效的保证数据传输的准确性。

DHT11管脚图

从DHT11读取的温湿度数据组成如下所示：

温湿度数据结构

3.2 STM32操作DHT11

检测DHT11是否正常

//等待DHT11的回应

//返回1:未检测到DHT11的存在

//返回0:存在

u8 DHT11_Check(void)       

{   

    u8 retry=0;

    DHT11_IO_IN();//SET INPUT    

    while (DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11会拉低40~80us

    {

        retry++;

        delay_us(1);

    };   

    if(retry>=100)return 1;

    else retry=0;

    while (!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11拉低后会再次拉高40~80us

    {

        retry++;

        delay_us(1);

    };

    if(retry>=100)return 1;     

    return 0;

}

DHT11读取温湿度并校验

//从DHT11读取一次数据

//temp:温度值(范围:0~50°)

//humi:湿度值(范围:20%~90%)

//返回值：0,正常;1,读取失败

u8 DHT11_Read_Data(u8 *temp,u8 *humi)    

{        

    u8 buf[5];

    u8 i;

    DHT11_Rst();

    if(DHT11_Check()==0)

    {

        for(i=0;i<5;i++)//读取40位数据

        {

            buf[i]=DHT11_Read_Byte();

        }

        if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4])

        {

            *humi=buf[0];

            *temp=buf[2];

        }

    }else return 1;

    return 0;       

}

4.运行结果

配置好DHT11和esp8266模块后，在主函数while(1)中循环计时，定时读取温湿度数据并通过WiFi上传至PC端。

    while(1)

    {               

        if(t%10==0)//每100ms读取一次

        {                                     

            DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity);        //读取温湿度值                        

            LCD_ShowNum(30+40,150,temperature,2,16);        //显示温度             

            LCD_ShowNum(30+40,170,humidity,2,16);           //显示湿度

            atk_8266_quit_trans();

            atk_8266_send_cmd('AT+CIPSEND','OK',20);         //开始透传 

            sprintf((char*)p,'温度为:%d℃,湿度为:%d %rn',temperature,humidity);

            u3_printf('%s',p);

        }                  

        delay_ms(100);

        t++;

    }

这里同时用到了LCD显示屏在开发板上显示温湿度的数据，作为辅助功能，本文就不展开讲LCD的配置与使用了。
开发板上读取温湿度的结果图如下

image.png?imageView2/2/w/1000

在PC端网络调试助手上也定时接收到了温湿度数据。