STM32F103+ESP-01S+MQTT协议连接华为云端（附踩坑记录）

小镇青年达师傅2025-08-08 19:56

STM32F103+ESP-01S+MQTT协议连接华为云端（附踩坑记录）

一、物料准备

硬件：

  1. STM32F103C8T6最小核心板
  2. ESP01S WIFI模块

软件：

  1. Keil
  2. esp32固件烧写软件
  3. 华为云服务器（个人免费使用，每天消息上限）

二、调试过程

调试总体思路：

  1. 烧写官方的MQTT固件（这样可以省去协议的手动组装，直接调用AT指令+传参就行了）;

  2. 单片机的硬线连接，做好usart配置；

  3. wifi连接热点；

  4. MQTT连接云服务器

  5. ESP01S固件烧写

    ESP01S的芯片其实也是8266

    参考博文：https://www.cnblogs.com/xilimiss510/p/17592856.html

    官网固件库：https://docs.ai-thinker.com/固件汇总

  6. 硬线+usart配置

首先是硬件接线+USART配置，我用的是STM32F103的USART2，USART的配置基本都是通用的，注意单片机的串口引脚和所在时钟就行了。如果要接入FreeRTOS的话，注意NVIC的配置的优先级分组和整体保持一致就行了（一般是第4组）NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4); // 4位抢占优先级，0位子优先级，代码如下：

c 复制代码 
// USART2_TX：PA2，USART2_RX：PA3，
void USART2_Config(int baud)
{
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	/********* RCC配置 ******************/
	// 打开USART2时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);
	/********* NVIC配置 **********************************/
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 12;  // 抢占优先级12（>11）
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;          // 子优先级无效（分组4）
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

	/********* 引脚配置 **********************************/
	
	// 映射引脚和复用功能
	//RX端口
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	//TX端口
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

	/********* 串口配置 ************************************/
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = baud;
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
	USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);

	// 配置中断
	USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);
	
	// 打开usart
	USART_Cmd(USART2, ENABLE);
}

/***************************************** usart中断服务 ********************************/

uint8_t esp8266_buf[ESP8266_BUF_SIZE];
uint16_t esp8266_cnt = 0;

//前台程序就是中断服务程序，该程序是不需要手动调用的，当中断触发之后CPU会自动跳转过来执行该函数
void USART2_IRQHandler(void)
{
	//uint8_t data;
	//判断中断是否发生
	if (USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) == SET)
	{   
		//从USART2中接收一个字节 
		esp8266_buf[esp8266_cnt++] = USART_ReceiveData(USART2);  //一次只能接收一个字节   
		//data = USART_ReceiveData(USART2);
		//把接收到的数据转发出去
		//USART_SendData(USART1,data);
	}
}
  1. wifi入网

esp-01s的波特率设置为115200，所以为了调试方便，USART1的波特率也调整为115200，同时xcom的波特率也调整为115200，然后按照以下示例即可发送成功测试

官方指令集参考：

https://docs.espressif.com/projects/esp-at/zh_CN/latest/esp32/AT_Command_Set/index.html

c 复制代码 
#define ESP8266_WIFI_INFO 		"AT+CWJAP=\"wifiusername\",\"wifipassword\"\r\n"

/**
  * @brief  向ESP8266发送AT指令并检查响应
  * @param  cmd: 要发送的AT指令字符串
  * @param  resp: 期望的响应字符串
  * @retval 0: 成功(接收到期望响应); 1: 失败
  */
uint8_t ESP8266_SendCmd(char *cmd, char *resp)
{
    uint16_t timeout = 0;
    
    // 清空接收缓冲区
    ESP8266_Clear();
    
    // 发送AT指令到ESP8266（通过USART2）
    USART2_Send_Str(cmd);
    
    // 等待响应，超时时间为5秒（500*10ms）
    while(timeout++ < 500)
    {
        delay_ms(10);  // 等待10ms
        
        // 检查是否接收到期望的响应
        if(strstr((char *)esp8266_buf, resp) != NULL)
        {
			USART1_Send_Str((char *)esp8266_buf);
            return 0;  // 成功
        }
    }
    return 1;
}

//连接wifi
void ESP_Config(void)
{
	ESP8266_Clear();
	
//	while(ESP8266_SendCmd("AT\r\n", "OK"))
//		delay_ms(50);

	//1、复位
	while(ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n", "OK"))
		delay_ms(50);
		
	//2、设置工作站STA模式
	while(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=1\r\n", "OK"))
		delay_ms(50);
	
	//3、连接wifi
	while(ESP8266_SendCmd(ESP8266_WIFI_INFO, "GOT IP"))
		delay_ms(50);
}

注意末尾都要加"\r\n"，字符串该转义的转义

这里连接上了可以试着测试个天气应用的api

  1. MQTT连接

官方MQTT指令集（中文）非常详细：MQTT AT 命令集 - ESP32 - --- ESP-AT 用户指南 latest 文档

完整的连接发布订阅代码：

c 复制代码 
void ESP8266_Clear(void)
{
    memset(esp8266_buf, 0, sizeof(esp8266_buf));
    esp8266_cnt = 0;
}

bool ESP8266_recv(char *substr)
{
	// 检查是否接收到期望的响应
	if(strstr((char *)esp8266_buf, substr) != NULL)
	{
		USART1_Send_Str("收到风扇控制命令");
		USART1_Send_Str((char *)esp8266_buf);
		ESP8266_Clear();
		return true;
	}
	return false;
}

/**
  * @brief  向ESP8266发送AT指令并检查响应
  * @param  cmd: 要发送的AT指令字符串
  * @param  resp: 期望的响应字符串
  * @retval 0: 成功(接收到期望响应); 1: 失败
  */
uint8_t ESP8266_SendCmd(char *cmd, char *resp)
{
    uint16_t timeout = 0;
    
    // 清空接收缓冲区
    ESP8266_Clear();
    
    // 发送AT指令到ESP8266（通过USART2）
    USART2_Send_Str(cmd);
    
    // 等待响应，超时时间为5秒（500*10ms）
    while(timeout++ < 500)
    {
        delay_ms(10);  // 等待10ms
        
        // 检查是否接收到期望的响应
        if(strstr((char *)esp8266_buf, resp) != NULL)
        {
			USART1_Send_Str((char *)esp8266_buf);
            return 0;  // 成功
        }
    }
    return 1;
}

void ESP_PUB(char *cmd)
{	
	ESP8266_SendCmd(cmd, "OK");	//判断OK是否是cmd的子串
}

//连接wifi、连接云端服务器
void ESP_Config(void)
{
	ESP8266_Clear();
	
//	while(ESP8266_SendCmd("AT\r\n", "OK"))
//		delay_ms(50);

	//1、复位
	while(ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n", "OK"))
		delay_ms(50);
		
	//2、设置工作站STA模式
	while(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=1\r\n", "OK"))
		delay_ms(50);
	
	//3、连接wifi
	while(ESP8266_SendCmd(ESP8266_WIFI_INFO, "GOT IP"))
		delay_ms(50);
	
	//4、配置用户参数
	while(ESP8266_SendCmd("AT+MQTTUSERCFG=0,1,\"monitor_123\",\"monitor\",\"XXXXXXXXXXXXXXXXXX\",0,0,\"\"\r\n", "OK"))
		delay_ms(50);
	
	//5、连接云服务器
	while(ESP8266_SendCmd("AT+MQTTCONN=0,\"XXXXXXXXXXXXXX",1883,0\r\n", "OK"))
		delay_ms(50);

	//6、订阅app控制风扇的主题
	while(ESP8266_SendCmd("AT+MQTTSUB=0,\"control_fan\",1\r\n", "OK"))
		delay_ms(50);
}

// 修改云端属性（暂未启用，只通过/mesasge/up进行分发）
void ESP_PUB_Properties(float temper, float humidity, bool isAlarming)
{
	sprintf(
	ts,
	"AT+MQTTPUB=0,\"$oc/devices/monitor/sys/properties/report\",\"{\\\"services\\\":[{\\\"service_id\\\":\\\"Monitor\\\"\\,\\\"properties\\\":{\\\"temper\\\":10\\,\\\"humidity\\\":30\\,\\\"isAlarming\\\":true}}]}\",1,0\r\n"
	);
	ESP_PUB(ts);
}

// 发布消息
void ESP_PUB_Message(float temper, float humidity, bool isAlarming,bool isFanNormallyOpen)
{
	memset(ts,0,300);
	sprintf(
	ts,
	"AT+MQTTPUB=0,\"$oc/devices/monitor1/sys/messages/up\",\"{\\\"temper\\\":%.1f\\,\\\"humidity\\\":%.1f\\,\\\"isAlarming\\\":%s\\,\\\"isFanNormallyOpen\\\":%s}\",1,0\r\n",
	temper,
	humidity,
	isAlarming?"true":"false",
	isFanNormallyOpen?"true":"false"
	);
	ESP_PUB(ts);
}

注意这里组装消息的时候有个大坑，卡了我非常之久：

c 复制代码 
// 修改云端属性（暂未启用，只通过/mesasge/up进行分发）
void ESP_PUB_Properties(float temper, float humidity, bool isAlarming)
{
	sprintf(
	ts,
	"AT+MQTTPUB=0,\"$oc/devices/monitor/sys/properties/report\",\"{\\\"services\\\":[{\\\"service_id\\\":\\\"Monitor\\\"\\,\\\"properties\\\":{\\\"temper\\\":10\\,\\\"humidity\\\":30\\,\\\"isAlarming\\\":true}}]}\",1,0\r\n"
	);
	ESP_PUB(ts);
}

假设要发布的JSON对象：

json 复制代码 
// 华为云属性更新的固定格式
{
    "services":[
        {
            "service_id":"Monitor",
            "properties":{
                "temper":10,
                "humidity":30
            }
        }
    ]
}

// 去除format
{"services":[{"service_id":"Monitor","properties":{"temper":10,"humidity":30}}]}

那跟据MQTT文档需要发送的指令则是

c 复制代码 
// 官方示例
AT+CWMODE=1
AT+CWJAP="ssid","password"
AT+MQTTUSERCFG=0,1,"ESP32","espressif","1234567890",0,0,""
AT+MQTTCONN=0,"192.168.10.234",1883,0
AT+MQTTPUB=0,"topic","\"{\"timestamp\":\"20201121085253\"}\"",0,0  // 发送此命令时，请注意特殊字符是否需要转义。

// 我们的指令进行第一次转义,仔细看，这里我们将","也进行了转义！！！
AT+MQTTPUB=0,"$oc/devices/monitor/sys/properties/report"，"{\"services\":[{\"service_id\":\"Monitor\"\,\"properties\":{\"temper\":10\,\"humidity\":30}}]}"

注意，这里我们不仅将数据中引号进行了转义，同时对","也进行了转义，这里转义","的原因是因为需要告诉ESP的固件程序，这个逗号是我数据中的逗号，而不是指令中的逗号！！！

指令有了，我们现在要通过sprintf进行数据的组装，所以要进行第二次转义，而这次的转义，是要将所有的"\"和引号进行转义，不用转义逗号，所以最终就变成了

c 复制代码 
"AT+MQTTPUB=0,\"$oc/devices/monitor/sys/properties/report\"，\"{\\\"services\\\":[{\\\"service_id\\\":\\\"Monitor\\\"\\,\\\"properties\\\":{\\\"temper\\\":10\\,\\\"humidity\\\":30}}]}\""

这就是为什么要发布的数据中的逗号前有两个反斜杠

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