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基于小熊派WIFI-ESP8266实践(中)-多功能处理显示等大杂烩

Engineer-Bruce_Yang 发表于 2020-05-02 09:16:55 05-02 09:16
Engineer-Bruce_Yang 发表于 2020-05-02 09:16:55 2020-05-02
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【摘要】 上节,我们了解了小熊派上的ESP8266模块,这节,我们实现一个程序,让手机发指令来控制开发板上LED灯的亮灭吧,上节的文章链接如下:基于小熊派WIFI-ESP8266实践(上)1、了解硬件编写程序之前先来看看ESP8266硬件模块的接口电路原理图:以下是ESP8266模块对应底板的硬件连接:LPUART是什么鬼?我们具体来看看STM32L431RCTx这款芯片关于LPUART的描述吧,该介...

上节,我们了解了小熊派上的ESP8266模块,这节,我们实现一个程序,让手机发指令来控制开发板上LED灯的亮灭吧,上节的文章链接如下:

基于小熊派WIFI-ESP8266实践(上)

1、了解硬件

编写程序之前先来看看ESP8266硬件模块的接口电路原理图:

blob.png

以下是ESP8266模块对应底板的硬件连接:

blob.png

LPUART是什么鬼?我们具体来看看STM32L431RCTx这款芯片关于LPUART的描述吧,该介绍位于STM32L431 Datasheet的第48页:

blob.png

文档的意思大概是,这是一个低功耗的UART,可以以更低的时钟频率实现高波特率的通信,同时支持从停止模式唤醒且唤醒事件是可编程的,还有就是具有极低的功耗,如果是更高速度的时钟还可以更高的波特率进行数据传输。


既然是这样,我们就把它当普通串口使用就行啦!其余的功能后面用到了再去详细了解!


在软件编程之前,我们先来了解下与ESP8266通信相关的注意事项,打开开发板ESP8266相关的规格书,简要浏览一下,我们可以看到以下的描述:

blob.png

2、STM32CubeMX配置

这里我们直接之前利用上次编写光强那个工程就可以了,链接如下:

基于小熊派光强传感器BH1750状态机驱动项目再度升级(带上位机曲线显示)

在此基础上添加ESP8266的串口,所以在STM32CubeMx对应的LPUART1的配置如下,其余参数默认即可,其余的关于ESP8266的上电,硬件复位这些管脚都不需要配置,因为硬件给我们做好了,我们专注于与ESP8266通信就可以了。

blob.png

由于软件接收的AT指令回复有可能是不定长数据,且可能存在多个\r\n的情况,所以这里我们使用DMA来做接收会更简单一些,一般用环形缓冲实现也可以,但是STM32有这么优秀的DMA功能,我当然用!

blob.png

由于AT指令是一个处理收发的过程,所以我们还需要将接收中断配置上:

blob.png

3、软件编程

有了ESP8266,能做的事情很多,比如,让我们来设计几个简单的控制指令:

指令 功能
LEDON 打开底板上的LED灯
LEDOFF 关闭底板上的LED灯
LEDBLINK 让底板上的LED灯闪烁
PLOTDISPLAY 显示上位机曲线(打印数据)
PLOTCLOSEDISPLAY 关闭上位机曲线显示(取消打印数据)

指令下发代码实现框架如下:

/*wifi接收指令处理*/
static void Wifi_Recv_Cmd_Process(void)
{
   static int cmd_index = 0 ;
   char display_buf[20] = {0};
   char *cmd[] = {"LEDON", "LEDOFF", "LEDBLINK", "PLOTDISPLAY", "PLOTCLOSEDISPLAY"};

   if(strstr((char *)esp8266_info.rx_buffer, cmd[cmd_index]) != NULL)
   {
       HAL_UART_DMAStop(&hlpuart1);

       switch(cmd_index)
       {
           case 0:
               printf("接收到开灯指令\n");
               printf("接收到客户端发来的指令:%s\n", esp8266_info.rx_buffer);
               HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, BOARD_LED_Pin, GPIO_PIN_SET);
               break ;

           case 1:
               printf("接收到关灯指令\n");
               printf("接收到客户端发来的指令:%s\n", esp8266_info.rx_buffer);
               LED_BLINK_controld(0);
               HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, BOARD_LED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
               break ;

           case 2:
               printf("接收到闪灯指令\n");
               printf("接收到客户端发来的指令:%s\n", esp8266_info.rx_buffer);
               LED_BLINK_controld(1);
               break ;

           case 3:
               printf("接收到显示曲线指令\n");
               printf("接收到客户端发来的指令:%s\n", esp8266_info.rx_buffer);
               plot_display_controld(1);
               break ;

           case 4:
               printf("接收到关闭显示曲线指令\n");
               printf("接收到客户端发来的指令:%s\n", esp8266_info.rx_buffer);
               plot_display_controld(0);
               break ;
       }

       LCD_Fill(0, 146, 240, 146 + 24, BLACK);
       sprintf(display_buf, "CMD:%s", cmd[cmd_index]);
       LCD_ShowString(0, 146, 240, 24, 24, (char *)display_buf); //显示字符串,字体大小16*16
       memset(esp8266_info.rx_buffer, 0, RX_BUFF_SIZE);
       HAL_UART_Receive_DMA(&hlpuart1, esp8266_info.rx_buffer, RX_BUFF_SIZE);
   }

   ++cmd_index ;

   if(5 == cmd_index)
       cmd_index = 0 ;
}

最终看到的效果:这里把数据显示做了相应的调整,我使用了手机的一个TCP/UDP测试工具,连接了ESP8266,然后下发指令,就像下面这样:

blob.png

blob.png

当匹配到数据中含有对应指令的时候,则执行具体的操作,并将指令显示到LCD上。

那么要实现这样,就必须把ESP8266作为服务器,手机作为客户端,客户端连接服务器后,向服务器发送指令,我们来看看esp8266.h的实现:

#ifndef __ESP8266_H
#define __ESP8266_H
#include "main.h"


/*发送数据最大长度*/
#define TX_BUFF_SIZE 50
/*接收数据最大长度*/
#define RX_BUFF_SIZE 150

/*ESP8266作为热点时的名称*/
#define WIFI_HOT_SPOT_SSID "BearPi_ESP8266"
/*ESP8266作为热点时的密码*/
#define WIFI_HOT_SPOT_PASSWORD "12345678"
/*AP PORT*/
#define AP_PORT 8080

typedef struct
{
   /*wifi ap运行状态机*/
   uint8_t wifi_apr_status ;
/*AT指令发送缓存*/
   uint8_t tx_buffer[TX_BUFF_SIZE];
/*接收缓存*/
   uint8_t   rx_buffer[RX_BUFF_SIZE];
/*发送标志*/
   uint8_t   tx_flag ;
   /*multi_timer定时器句柄*/
   Timer wifi_timer ;
   /*定时器计数值*/
   uint16_t wifi_timer_count ;
   /*wifi完成标志*/
   uint8_t wifi_completed_flag ;
   /*定时回调*/
   void (*wifi_timeout_cb)(void);
} wifi_ap_info ;



/*测试WIFI*/
#define WIFI_AT_TEST     "AT\r\n"
/*设置或关闭回显*/
#define WIFI_ATE_SET    "ATE%d\r\n"
/*设置WIFI模式*/
#define WIFI_AT_SET_MODE "AT+CWMODE=%d\r\n"
/*创建WIFI热点*/
#define WIFI_AT_SAP "AT+CWSAP=\"%s\",\"%s\",%d,%d\r\n"
/*配置多连接模式*/
#define WIFI_AT_MULTPLE "AT+CIPMUX=%d\r\n"
/*开启服务器模式*/
#define WIFI_OPEN_SMODE "AT+CIPSERVER=%d,%d\r\n"
/*设置与服务器的主动断开时间*/
#define WIFI_SET_STO "AT+CIPSTO=%d\r\n"
/*查看WIFI作为服务器时的地址*/
#define WIFI_VIEW_ADDR "AT+CIFSR\r\n"


/*每个状态机执行的超时查询时间*/
#define WIFI_TEST_TIMEOUT       1000
#define WIFI_SET_ATE_TIMEOUT       200
#define WIFI_SET_MODE_TIMEOUT   200
#define WIFI_BUILD_AP_INFO_TIMEOUT 4000
#define WIFI_CONFIG_MULTPLE_CONNECT_TIMEOUT 200
#define WIFI_OPEN_SERVER_MODE_TIMEOUT 1000
#define WIFI_VIEW_IPADDR_TIMEOUT 1000

/*每个状态机对应的序号*/
enum
{
   ITEM_WIFI_TEST = 0,
   ITEM_WIFI_SATE,
   ITEM_WIFI_SMODE,
   ITEM_WIFI_BUIAP,
   ITEM_WIFI_CMULT,
   ITEM_WIFI_OSERV,
   ITEM_WIFI_STIMO,
   ITEM_WIFI_VADDR,
   ITEM_WIFI_GDATA,
   ITEM_WIFI_ERROR = 99
};

/*ESP8266作为AP模式进行初始化*/
void Init_ESP8266_AP_Mode(void);
/*Wifi作为服务器时的服务*/
void ESP8266_AP_Mode_Setting(void);
/*wifi发送命令*/
void wifi_send_cmd(const char *format, ...);

#endif //__ESP8266_h

这里我们再次运用了multi_timer,可见我多么喜欢它!

由于代码较多,我们只挑核心部分出来讲解就可以了,其它留给读者自行实践。

1、Init_ESP8266_AP_Mode函数实现

/*ESP8266作为AP模式进行初始化*/
void Init_ESP8266_AP_Mode(void)
{
   esp8266_info.tx_flag = 1 ;
   esp8266_info.wifi_apr_status = ITEM_WIFI_TEST ;
   esp8266_info.wifi_timer_count = 0 ;
   esp8266_info.wifi_completed_flag = 1 ;
   esp8266_info.wifi_timeout_cb =  wifi_timeout_callback ;
   /*开启1ms软件定时器*/
   timer_init(&esp8266_info.wifi_timer, esp8266_info.wifi_timeout_cb, 1, 1);
   timer_start(&esp8266_info.wifi_timer);
}

这里对结构体参数进行了初始化,在这里用multi_timer开启一个1ms的软件定时器,定时时基由系统时钟产生,一次中断为1ms,主要是用来产生延时的,发送完AT指令给ESP8266后,一般要延时一段时间,再去查串口缓存区是否有ESP8266的回复数据,定时器回调函数如下:

static void wifi_timeout_callback(void)
{
   if(0 == esp8266_info.wifi_completed_flag)
       ++esp8266_info.wifi_timer_count ;
}

当esp8266_info.wifi_completed_flag标志为0时,esp8266_info.wifi_timer_count变量自加产生对应的延时,当esp8266_info.wifi_completed_flag为1时,回调函数不会做任何操作,根据这样的想法,我们简单实现发送WIFI测试指令AT\r\n

/*测试*/
void WIFI_Test(void)
{
   uint8_t ret = 0 ;
   static uint8_t err_count = 0 ;

   /*当前为发送状态*/
   if(1 == esp8266_info.tx_flag)
   {
       /*复位参数*/
       Reset_Wifi_Para();
       /*发送测试指令*/
       wifi_send_cmd(WIFI_AT_TEST);
       /*将发送状态设置为0,即为接收状态*/
       esp8266_info.tx_flag = 0 ;
       /*清空定时计数器*/
       esp8266_info.wifi_timer_count = 0 ;
       /*开启定时计数标志*/
       esp8266_info.wifi_completed_flag = 0 ;
   }
   /*当前为接收状态*/
   else
   {
       /*判断定时计数到WIFI_TEST_TIMEOUT==>1000ms了没有?*/
       if(WIFI_TEST_TIMEOUT == esp8266_info.wifi_timer_count)
       {
           /*关闭定时计数标志*/
           esp8266_info.wifi_completed_flag = 1 ;
           /*清空定时计数器*/
           esp8266_info.wifi_timer_count = 0 ;
           /*检查DMA接收缓存中是否包含OK子串*/
           ret = AT_Check_Answer("OK");

           /*失败,错误超过3次,返回出错状态*/
           if(ret != 0)
           {
               esp8266_info.tx_flag = 1 ;
               ++err_count;

               if(err_count > 3)
               {
                   err_count = 0 ;
                   esp8266_info.wifi_apr_status = ITEM_WIFI_ERROR ;
                   printf("WIFI初始化失败\n");
               }
           }
           else
           {
               esp8266_info.tx_flag = 1 ;
               /*将状态标记为下一个指令的处理流程*/
               esp8266_info.wifi_apr_status = ITEM_WIFI_SATE ;
               printf("wifi测试成功!  回复%s\n", esp8266_info.rx_buffer);
           }
       }
   }
}

复位参数的实现逻辑:

/*复位wifi收发参数*/
void Reset_Wifi_Para(void)
{
   /*停止DMA接收*/
   HAL_UART_DMAStop(&hlpuart1);
   /*清除发送接收缓存*/
   memset(esp8266_info.tx_buffer, 0, TX_BUFF_SIZE);
   memset(esp8266_info.rx_buffer, 0, RX_BUFF_SIZE);
   /*开启DMA接收*/
   HAL_UART_Receive_DMA(&hlpuart1, esp8266_info.rx_buffer, RX_BUFF_SIZE);
}

虽然这段测试AT的代码相比很多例程看起来都长,但是它没有硬延时!没有硬延时!没有硬延时!重要的事情说三遍,这里就体现状态机结合定时器超时处理的好处了,那么其他状态也是类似的实现方法,大家可以下载工程源码去自己看,最后用这么一个函数来综合体现状态机的切换:

2、ESP8266_AP_Mode_Setting函数实现

/*ESP8266作为AP模式进行设置*/
void ESP8266_AP_Mode_Setting(void)
{
   static uint8_t error_flag = 0 ;

   switch(esp8266_info.wifi_apr_status)
   {
       case ITEM_WIFI_TEST:
           WIFI_Test();
           break ;

       case ITEM_WIFI_SATE:
           WIFI_SET_ATE(1);
           break ;

       case ITEM_WIFI_SMODE:
           WIFI_SET_MODE(2);
           break ;

       case ITEM_WIFI_BUIAP:
           WIFI_BUILD_AP_INFO(WIFI_HOT_SPOT_SSID, WIFI_HOT_SPOT_PASSWORD, 1, 4);
           break ;

       case ITEM_WIFI_CMULT:
           WIFI_CONFIG_MULTPLE_CONNECT(1);
           break ;

       case ITEM_WIFI_OSERV:
           WIFI_OPEN_SERVER_MODE(1, AP_PORT);
           break ;

       case ITEM_WIFI_STIMO:
           WIFI_CONFIG_SERVER_TIMEOUT(0);
           break ;

       case ITEM_WIFI_VADDR:
           WIFI_VIEW_IPADDR();
           break ;

       case ITEM_WIFI_GDATA:
           Wifi_Recv_Cmd_Process();
           break ;

       default:
           if(0 == error_flag)
           {
               error_flag = 1 ;

               if(ITEM_WIFI_ERROR == esp8266_info.wifi_apr_status)
               {
                   printf("WIFI出错\n");
               }
           }

           break ;
   }
}

最后,我们只要在主函数中循环调用这段代码就行了:

while (1)
{
  /* USER CODE END WHILE */
  /* USER CODE BEGIN 3 */
  Light_Sensor_Service();    /*光强传感器处理和现实*/
  ESP8266_AP_Mode_Setting(); /*ESP8266 AP模式下的状态机*/
  LED_Blink_Service();       /*LED闪烁灯服务*/
  timer_loop();              /*multi_timer循环代用*/
}

3、wifi_send_cmd函数实现

wifi发送指令的实现:

/*wifi发送命令*/
void wifi_send_cmd(const char *format, ...)
{
   va_list args;
   uint32_t length;
   va_start(args, format);
   length = vsnprintf((char *)esp8266_info.tx_buffer, sizeof(esp8266_info.tx_buffer), (char *)format, args);
   va_end(args);
   HAL_UART_Transmit(&hlpuart1, (uint8_t *)esp8266_info.tx_buffer, length, HAL_MAX_DELAY);
}

发送很简单,就把这个函数当做printf函数来用就可以了,这是一个可变参函数,参数个数可以根据format做动态调整。

大致框架讲解完毕了,接下来看下效果:

发送LED灯闪烁指令:

blob.png

发送曲线显示指令(代码默认将曲线显示用标志位做了屏蔽,这里只要看到串口有一连串数据即可):

blob.png


blob.png

例程下载

链接:https://pan.baidu.com/s/1P8yjbuljvcqZute1ToGjVQ
提取码:ni46
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