- 收集并上传环境光传感器的测量数据到服务器
- 收集并上传开发板(开/关)上的LED状态到服务器
- 实现一个web页面/移动应用程序/微信迷你程序，要求如下:
- 可视化环境光传感器的测量
- 控制LED有两种模式: 在远程应用程序上切换这两种模式
- 手动模式:在远程应用上手动控制LED的开关
- 自动模式:根据环境测量值控制LED的开关光传感器。当测量值低于50勒克斯时打开LED，当测量值低于50勒克斯时关闭LED
- MQTT Broker使用emqx
- 前端使用mqtt.js通过Websocket连接Broker
- 设备通过MQTT协议连接Broker
前端界面使用highchart画图,并使用了mdbootsrap来制作按钮卡片
MQTT各主题:
- light：硬件往这个topic发布环境中的灯光信息，直接传int值
- ledh：硬件往这个topic发布led灯的暗灭信息，0为关灯，1为开灯
- ledmode: 硬件往这个topic发布led灯的暗灭信息，1为手动模式，2为自动模式。
- mode：服务器往这个topic发布指令，1为手动模式，2为自动模式。
- leds：服务器往这个topic发布指令，如果硬件为手动模式，0为关灯，1为开灯。
esp8266驱动来自于atakansarioglu/esp8266-iot-driver,但无法直接应用于HAL开发,需要做如下移植适配.
借助cubeMX的HAL库的便利性, 这里直接在cubeMX上将uart2串口DMA控制器打开. 并同时在代码中手动配置UART2的空闲中断.
- 当串口有消息进来时,DMA控制器会直接将消息往指定内存地址中写入.
- 当一次串口消息接收完成时,会触发空闲中断,通知CPU处理Buffer.
- CPU从BUFFER中取数据,放入ESP8266驱动层的FIFO中,等待下一次空闲中断
main.c中开启空闲中断, 开启DMA控制器, 并初始化FIFO:
...
fifo_alloc(&rxFifo, FIFO_BUFFER_SIZE);
HAL_UART_Receive_DMA(&huart2, rxBuffer, RX_BUFFER_SIZE);
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2, UART_IT_IDLE);
...stm32f1xx_it.c中对于USART2的空闲中断的处理:
...
void USART2_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 0 */
uint32_t tmp_flag = 0;
uint32_t temp;
tmp_flag = __HAL_UART_GET_FLAG(&huart2,UART_FLAG_IDLE);
if((tmp_flag != RESET))
{
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart2);
temp = huart2.Instance->SR; // read as clear
temp = huart2.Instance->DR;
HAL_UART_DMAStop(&huart2);
temp = hdma_usart2_rx.Instance->CNDTR;
rx_len = RX_BUFFER_SIZE - temp;
recv_end_flag = 1;
HAL_UART_IdleCpltCallback(&huart2);
}
/* USER CODE END USART2_IRQn 0 */
HAL_UART_IRQHandler(&huart2);
/* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 1 */
/* USER CODE END USART2_IRQn 1 */
}
...上面的对Idle Interrupt的处理中,仿照了HAL库原有的中断处理方式,在重新设置各寄存器和标志位后调用
HAL_UART_IdleCpltCallback(&huart2)这个回调函数,该函数在ESP8266Client\src\ESP8266Client.c中实现:
...
void HAL_UART_IdleCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){
if(huart == &huart2 && recv_end_flag == 1){
fifo_in(&rxFifo, rxBuffer, rx_len);
memset(rxBuffer+rx_len,0,RX_BUFFER_SIZE-rx_len);
HAL_UART_Receive_DMA(&huart2, rxBuffer, RX_BUFFER_SIZE);
}
}
...然后每次
- 向ESP8266发送命令后后的检查response
- 非阻塞接收检查是否受到数据
时,都需要从FIFO中取出数据.
Src\ESP8266Client\src\ESP8266Client.c:
...
ESP82_Result_t ESP82_Receive(char * const data, const uint8_t dataLengthMax) {
...
int popLength = fifo_out(&rxFifo, &ESP82_resBuffer[ESP82_resBufferBack], ESP82_BUFFERSIZE_RESPONSE - 1 - ESP82_resBufferBack);
ESP82_resBufferBack += popLength;
uint8_t availableLength = (ESP82_resBufferBack - ESP82_resBufferFront);
recv_end_flag == 0;
...
}
...
static ESP82_Result_t ESP82_checkResponse(const uint32_t expectedFlags, const uint16_t timeout_ms, char * const responseOut, const uint8_t responseLengthMax){
...
// Get response data and terminate as a string.
ESP82_resBufferBack += fifo_out(&rxFifo, &ESP82_resBuffer[ESP82_resBufferBack], ESP82_BUFFERSIZE_RESPONSE - 1 - ESP82_resBufferBack);
ESP82_resBuffer[ESP82_resBufferBack] = 0;
recv_end_flag == 0;
...
}
...原本的代码中使用IN_PROGRESS(0)来表示ESP8266驱动层正在解析命令.
且原代码使用有限状态机,必须上层任务必须多次循环才能驱动一次底层解析完成.
但是,如果没有收到数据,底层驱动也会返回0表示其没有收到.
也就是说,上层函数无法区分底层到底是正在解析还是没收到数据.
于是修改原有代码, 定义ESP82_RECEIVE_NOTHING(-2)状态码来特别区分没有收到数据的情况.
首先还是在ESP8266Client.c中修改ESP82_Receive()函数,使其增加一个状态:
...
ESP82_Result_t ESP82_Receive(char * const data, const uint8_t dataLengthMax) {
...
case ESP82_State1:
// Get the incoming data header.
if(availableLength >= 7){
...
}
else if(availableLength == 0){
ESP82_inProgress = false;
return ESP82_RECEIVE_NOTHING;
// recv nothing;
}
...
}
...然后在高一层的networkwrapper.c的network_recv()函数中, 检测ESP82_RECEIVE_NOTHING状态:
...
int network_recv(unsigned char *address, unsigned int maxbytes){
...
// Recv nothing.
if(espResult == ESP82_RECEIVE_NOTHING){
// Reset the state machine.
network_recv_state = 0;
return -2;
}
// In progress.
return 0;
}
...在更高一层的transport.c中,也要修改其非阻塞接收函数transport_getdatanb(),原本只调用底层函数一次,将推动状态机的任务交给了上层函数.
这里直接改为循环调用底层函数, 在该层完成状态机的推动. 修改后再返回0是没有歧义的,就是表示没有收到数据:
...
int transport_getdatanb(void *sck, unsigned char* buf, int count)
{
//int sock = *((int *)sck); /* sck: pointer to whatever the system may use to identify the transport */
transport_iofunctions_t *myio = io; // io[sock] or mystruct[sock].io
int len;
/* you should have called open() with a valid pointer to a valid struct before calling this */
assert((myio != NULL) && (myio->recv != NULL));
/* this call will return immediately if no bytes, or return whatever outstanding bytes we have,
upto count */
while((len = myio->recv(buf, count)) == 0);
if (len >0 )
return len;
if (len==-2)
return 0;
if(len == -1)
return TRANSPORT_ERROR;
}
...
这里用了TIM2作为时钟源. 在定时器周期到达回调函数中,更新硬件信息, 并且用闪灯表示连接上了MQTT Broker:
main.c:
...
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if (htim->Instance == TIM2)
{
updateDeviceInfo();
if(MQTT_connected){
HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin);
}
else{
HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin, SET);
}
}
}
...
void updateDeviceInfo()
{
ledStatus = HAL_GPIO_ReadPin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin);
ledStatus = !ledStatus;
lightSensorValue = lightSensorLux();
if (ledMode == 2)// Auto mode
{
HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, lightSensorValue >= 50);
}
else if(ledMode == 1){// Manual mode
HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, !ledSwitch);
}
}
...- 目前运行的版本是直接基于HAL库, 不带os, 日后可以将其移植到freeRTOS上, 不同的任务用不同的os task进行, 可以提高程序可读性.
- 参考的项目地址:atakansarioglu/mqtt_temperature_logger_esp8266,主要使用了它的,ESP8266驱动
- FIFO的实现来自于: linux内核的队列实现移植
- MQTT驱动来自Paho MQTT, 用于解析MQTT数据包和将数据序列化到MQTT包中.