一种基于ESP8266与USART HMI的通用WIFI物联网接入方式

卢光钰

摘要：本文在USART HMI串口触摸屏、正点原子MINI STM32F103RCT6单片机开发板、正点原子WIFI模块ATK-ESP8266的硬件基础上，通过C语言malloc函数动态分配内存存储WIFI账号密码的基本方法，解决了8266灵活动态输入WIFI账号密码问题，从而提高了以8266模块为核心的物联网客户端设备的实用性。

关键词：ESP8266  WIFI  malloc  USART HMI

物聯网作为进行信息交换和通信的新型平台，其基础技术在于客体（信息、物体、数据等）与互联网的连接。ESP8266 系列模组是安信可（Ai-thinker）公司采用乐鑫ESP8266芯片开发的一系列WIFI模组模块，专为移动设备、可穿戴电子产品和物联应用设计。ESP8266（以下简称8266）在TCP client透传模式，即客户端模式下，可以通过单片机串口输入一系列AT指令进行操作，连接WIFI网络与远端服务器相互通讯，从而完成数据上传的功能。基本步骤为：

1，单片机向8266输入AT+CWMODE=1;（设置8266为STA模式）

2，输入AT+RST;（8266重启）

3，输入AT+CWJAP=“SSID”，“11111111”;（输入WIFI账号密码）

4，输入AT+CIPSTART=“TCP”，“183. 230. 40. 33”，80;（输入远端服务器IP与端口号，此处为中移动ONEnet物联网平台IP与端口号）

5，输入AT+CIPMODE=1;（开启透传模式）

6，输入AT+CIPSEND;（开始透传）

7，输入网络报文信息。

在步骤3中，WIFI的账号密码要事先在单片机程序中确定，当8266连接到其他WIFI网络时，需要在源程序中更改账号密码，再烧入单片机中，在很大程度上影响了8266设备的通用性与便利性。

本文在USART HMI串口触摸屏、正点原子MINI STM32F103RCT6单片机开发板、正点原子WIFI模块ATK-ESP8266的硬件基础上，通过C语言malloc函数动态分配内存存储WIFI账号密码的基本方法，解决了8266灵活动态输入WIFI账号密码问题，从而提高了以8266模块为核心的物联网客户端设备的实用性，具体方法如下文所示。

1 USART HMI触摸屏功能设计

USART HMI触摸屏是一款以STM32F030CRT6为核心的可编程LCD电容式触摸屏，用户可以通过USART HMI上位软件对其进行编程，运用按钮、进度条、切图、文本等组件，实现对下位单片机的控制、采样、显示等功能，触摸屏与单片机之间通过RXTX串口进行通信。本文中的USART HMI有两大基本功能：1，将外置传感器的参数显示在主界面上;2，点击主界面右下角“WIFI”按钮时，进入WIFI登录界面，输入账号密码，点击”OK”，USART HMI将账号密码信息通过串口3上传给单片机并切回到主界面。如图1、2所示：

USART HMI在上电时，因为电压不稳定，可能会发送几帧乱码，影响单片机识别，所以设置触摸屏初始化事件为“printh 0d 0a”，即发送两帧结束符使单片机能够接收完乱码，不让乱码掺杂在正常数据代码之中，后期在正常数据码前端设置标志帧使单片机能够正确分辨。

主界面的传感器数据通过文本控件显示，设置为n0，设置传感器数据变量名称为k，则单片机输入的命令为printf（"n0.val=%d＼xff＼xff＼xff"，k），三个0xff为结束符，否则USART HMI不能识别。设置右下方图片控件p0为WIFI图标，弹起事件为“page 1”，即转换到WIFI登陆界面。

如图3所示，WIFI登录界面由SSID账号输入栏、PAS密码输入栏、0-9全数字键盘、A-Z全字母键盘、下划线、中折线、CAP大小写切换按键、BS删除键、OK发送键组成，能够满足一般WIFI账号密码输入要求。SSID账号与PAS密码使用文本控件，用ASCII码发送。设置一个切换变量va0，SSID按钮与PAS按钮改变va0的值，当全键盘上的字母与数字键按下时，判断va0的值，决定按下的文本出现在SSID栏或者PAS栏中。另外设置一个变量va1，通过按钮CAP键改变变量va1的值，设置一个黄色CAP键与一个红色CAP键上下叠加，分别对应一个不同的变量va1的值，一个CAP键按下时，自身就通过vis命令隐藏，显露出另一个CAP键，以实现CAP键切换以及字母大小写切换，字母按钮按下时，根据va1的值，来决定输出字符的大小写。

OK键按下时，完成对账号密码信息的发送，按下事件中的代码为：

printh 4c 47 59/prints t0.txt，0/printh 22 2c 22/prints t1.txt，0/printh 22/printh 0d 0a page main

例如当SSID为123，PAS为111时，发送的ASCII码为：

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

即为LGY123”，”111”，LGY为标志位，代表此帧数据为正常数据而非乱码。

2 单片机C程序设计

在stm32单片机中，AT指令是通过数组的形式发送的。在纯C语言编程中，在定义数组的时候，必须同时定义数组的大小，因为C语言本身没有提供动态数组这种数据结构。但是不同用户的SSID账号与密码长度并不一致，如果定义一个比较长的数组AT3[]，将USART HMI传来的信息强行赋值，会在数组尾部产生空位，使AT指令无效。

因此，使用malloc函数解决此问题，malloc函数是一种分配长度为num_bytes字节的内存块的函数，可以向系统申请分配指定size个字节的内存空间。malloc的全称是memory allocation，中文叫动态内存分配，当无法知道内存具体位置的时候，想要绑定真正的内存空间，就需要用到动态的分配内存。

具体方法为：1，首先添加头文件#include "stdlib.h"，malloc函数在此头文件中定义;2，定义指向数组AT3的指针char *AT3;定义整型变量WW，作为数组AT3的动态长度数值，在正点原子的串口例程中，定义串口3接收标志变量USART3_RX_STA为u8型，前5位为串口3接收到的数组长度，长度可以通过length = USART3_RX_STA&0x3f;语句得到，而如前文所示，输入账号密码的AT指令的前10位字段AT+CWJAP=”是固定不变的，然后再扣除3位标志位”LGY”，可知AT3的长度值WW=length+7。

3，通過语句AT3=（char*）malloc（sizeof（int）*WW）;即可完成定义动态数组，相当于定义char AT3[WW]。

4，将AT+CWJAP=”依次赋值到AT3[0]到AT3[9]，如AT3[0]=0x41;AT3[1]=0x54...直至AT3[9]=0x22;最后通过双循环赋值语句：

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

{

AT3[i]=USART3_RX_BUF[j]; /*对数组进行赋值操作*/

}

完成对AT3[WW]的定义赋值操作。

最后说明整个main函数的基本流程与单片机-ESP8266通讯的基本方法。当单片机向ESP8266发送AT指令时，ESP8266都会产生相应的响应，如发送AT1：AT+CWMODE=1;（设置8266为STA模式）时，8266会返回字符数组“OK”，如果单片机检测到“OK”，说明8266成功完成了AT1操作，单片机可以继续发送AT2指令，以此类推。当最后开始透传指令AT7[]={"AT+CIPSEND＼r＼n"};响应成功之后，发送网络报文：

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”

即可将传感器数据发送至设备ID为39163308，

api-key为E6uOnPTftKQX=KwIfO8BHnL63mg=的ONENET物联网平台应用的数据流001、002、003中，此处数据固定为50.5、50.6和506.传感器数据需要重新赋值到网络报文数组相应位中。id与api-key可在onenet平台自由申请，具体方法不赘述，最后需要注意设备供电应该稳定充足，否则8266不能正常工作。

通过串口助手连接8266的TX端，监控8266返回给单片机的响应信息，如图4、5所示，可见8266成功识别所有AT指令，并且成功与上位服务器连接，发送网络报文。

如图6所示，ONENET物联网平台成功接收到了8266传来的数据信息，实现了远程监控功能。

使用本文提出的方法，可以方便实现8266的WIFI连接，用户不需要改写各户端设备的源程序，自行在触摸屏输入SSID账号与密码即可，提高了8266设备的实用性。设备可以方便接入各种传感器接口，采集温湿度、甲醛含量、用电量等等，有很强通用性，工程技术人员可以参考使用。