基于STM32和FreeRTOS的智能家居设计之路

基于stm32和freertos的智能家居设计，用HAL库写的，这个项目代码是自己敲出来的，项目花了两个月左右吧，一个模块一个模块的调试，比较耗时，但是秋招完发现只要你对项目比较了解，也能应付秋招，我花一个多星期将自己对项目每个步骤的理解以及面试的时候这个项目被问的问题都整理出来了，我是用大白话写的，新手读起来应该比较好懂，希望对大家有所帮助。知识点:freertos,mqtt,stm32,hal,esp8266

最近完成了一个基于STM32和FreeRTOS的智能家居设计项目，前前后后花了差不多两个月的时间，期间一个模块一个模块地调试，过程那叫一个酸爽。不过好在秋招的时候，凭借对这个项目的深入理解，应对面试倒也还算轻松。我花了一个多星期，用大白话把项目每个步骤的理解以及面试常被问到的问题都整理了一下，希望能给新手朋友们一些帮助。

技术栈简介

STM32

STM32 是意法半导体推出的一系列 32 位 ARM 架构微控制器，性能强大、资源丰富，广泛应用于各种嵌入式项目，咱们这个智能家居设计就靠它来挑大梁。

FreeRTOS

FreeRTOS 是一个轻量级的开源实时操作系统内核，能帮我们轻松实现多任务管理。在智能家居系统里，不同功能模块可以作为独立任务运行，比如传感器数据采集任务、设备控制任务等，它们之间互不干扰，有条不紊地工作。

HAL库

HAL（Hardware Abstraction Layer）库是 STM32 官方提供的硬件抽象层库，大大降低了开发难度。它把底层硬件操作封装成一个个简单易用的函数，我们调用这些函数就能轻松控制硬件，不用再去纠结寄存器那些复杂的东西。

MQTT

MQTT 是一种轻量级的发布/订阅模式的消息传输协议，非常适合物联网场景。智能家居设备通过 MQTT 协议可以方便地与服务器进行通信，实现远程控制和数据传输。

ESP8266

ESP8266 是一款低成本的 Wi-Fi 模块，能让 STM32 轻松接入无线网络，进而与 MQTT 服务器通信，实现远程功能。

项目实现过程

初始化 STM32

使用 HAL 库初始化 STM32 是第一步。以初始化 GPIO 为例，代码如下：

c 复制代码

// 定义 GPIO 初始化结构体
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

// 使能 GPIO 时钟
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

// 配置 GPIO 引脚为输出模式
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

这段代码首先使能了 GPIOA 的时钟，因为要用 GPIOA 的引脚就得先给它供电嘛。然后配置 PA5 引脚为推挽输出模式，速度设为低速。这样，PA5 引脚就可以用来控制一些外部设备，比如 LED 灯。

FreeRTOS 任务创建

接下来创建 FreeRTOS 任务。比如创建一个 LED 闪烁任务：

c 复制代码

// 任务函数
void LedTask(void *pvParameters) {
    while (1) {
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5);
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
    }
}

// 创建任务
xTaskCreate(LedTask, "LedTask", 128, NULL, 1, NULL);

在 LedTask 函数里，通过 HALGPIOTogglePin 函数让 PA5 引脚的电平翻转，实现 LED 闪烁，然后 vTaskDelay 函数让任务暂停 500 毫秒，这样 LED 就会以 1 秒的周期闪烁。xTaskCreate 函数则是用来创建这个任务，给任务起个名字叫"LedTask"，栈大小设为 128 字节，没有传递参数，任务优先级设为 1 。

ESP8266 与 MQTT 连接

要实现远程控制，就得让 STM32 通过 ESP8266 连接到 MQTT 服务器。下面是一段简单的 ESP8266 初始化代码：

c 复制代码

void ESP8266_Init(void) {
    // 发送 AT 指令测试模块是否正常
    ESP8266_SendCmd("AT\r\n", "OK", 2000);
    // 设置为 STA 模式
    ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=1\r\n", "OK", 2000);
    // 连接 Wi-Fi
    char cmd[50];
    sprintf(cmd, "AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"\r\n", WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
    ESP8266_SendCmd(cmd, "OK", 5000);
}

ESP8266Init**函数里，首先发送"AT"指令测试 ESP8266 是否正常响应，然后设置为 STA 模式（也就是客户端模式），最后根据定义好的 WIFI SSID 和 WIFI_PASSWORD 连接到指定的 Wi-Fi 网络。

连接上 Wi-Fi 后，就可以连接 MQTT 服务器了，这部分代码涉及到 MQTT 协议相关的操作，相对复杂一些：

c 复制代码

// 连接 MQTT 服务器
MQTTClient client;
MQTTClient_Init(&client, &esp8266Network, 1000, mqtt_client_id, mqtt_username, mqtt_password);
MQTTClient_ConnectOptions conn_opts = MQTTClient_connectOptions_initializer;
conn_opts.keepAliveInterval = 20;
conn_opts.cleansession = 1;
MQTTClient_connect(&client, &conn_opts);

这里先初始化一个 MQTTClient 对象，然后设置连接选项，比如心跳间隔设为 20 秒，设置为 clean session 模式，最后调用 MQTTClient_connect 函数连接到 MQTT 服务器。

秋招面试相关

在秋招面试中，关于这个项目常被问到的问题有：FreeRTOS 的任务调度机制是什么？MQTT 协议有什么特点？ESP8266 连接 Wi-Fi 失败怎么排查？对于这些问题，只要在做项目的过程中真正理解了每个部分的原理和实现，回答起来就不会太困难。

总之，这个基于 STM32 和 FreeRTOS 的智能家居设计项目虽然花了不少时间，但收获满满。希望我的分享能对正在学习相关知识或者准备秋招的小伙伴有所帮助。大家一起加油！