腾讯云服务器的搭建

在物联网（IoT）项目中，MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）协议被广泛用于轻量级、低带宽、低功耗的设备通信。STM32 系列微控制器以其高性能和低功耗的特性，常被用于边缘设备控制器。而为了接入互联网，通常需要配合ESP8266 WiFi 模块或4G 通信模块来实现与 MQTT Broker 的数据通讯。

本文将从 MQTT 协议简介出发，分别介绍如何在 STM32 中通过 AT 指令方式驱动 ESP8266 或 4G 模块进行 MQTT 通信，包括连接 Broker、发布/订阅消息的基本流程和实现技巧。

一、MQTT 协议简介

MQTT 是基于 TCP/IP 的发布/订阅模型的消息协议，具有以下特点：

消息体小（可小于 10 字节）发布/订阅模式（异步通信）支持 QoS（服务质量）等级：0（至多一次），1（至少一次），2（仅一次）保持连接机制（KeepAlive）支持遗嘱消息（Last Will）

常见的 MQTT Broker 有：

公有云服务：HiveMQ、EMQX、公网 Mosquitto私有部署服务：EMQX、Mosquitto 本地服务器

二、系统架构与硬件选择

1. 硬件组成

2. 通信方式

STM32 与 ESP8266 / SIM7600 模块通过串口通信（USART）。通过AT 指令控制模块建立 TCP 连接或使用内置 MQTT 功能。

三、ESP8266 实现 MQTT 通信（AT 模式）

ESP8266 支持 AT 固件（如 NodeMCU AT 版），STM32 可通过串口控制。

1. 初始化 WiFi 并连接

AT+RST// 重启模块AT+CWMODE=1// 设置为 STA 模式AT+CWJAP="SSID","PASS"// 连接 WiFi 热点

2. 建立 TCP 连接至 MQTT Broker

AT+CIPSTART="TCP","broker.hivemq.com",1883

3. 构造 MQTT 连接数据包

由于 ESP8266 默认不支持 MQTT 协议，STM32 需手动构造 MQTT 报文（Connect / Publish / Subscribe），并通过串口发送。

可以使用开源 MQTT 库（如 paho embedded C）适配 STM32，或参考 MQTT 报文协议格式手动编码。

例：发送连接包

// Connect 报文头uint8_tmqtt_connect[] = {0x10,0x12,// 固定头部（连接类型+长度）0x00,0x04,M,Q,T,T,// 协议名0x04,// 协议版本0x02,// CleanSession0x00,0x3C,// KeepAlive 60秒0x00,0x06,s,t,m,3,2,x// 客户端ID};

4. 发送报文

AT+CIPSEND=18// 然后立即发送 mqtt_connect 数组

同理，发送 Publish、Subscribe 报文也是通过构造 MQTT 协议内容，再 AT+CIPSEND 发送。

四、SIM7600 实现 MQTT 通信（原生支持）

SIM7600 模块支持内建 MQTT 命令集，更简洁高效，适合工业级项目。

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1. 初始化 4G 网络

AT+CGATT=1// 注册 GPRSAT+CSTT="apn","user","pass"// 设置 APNAT+CIICR// 激活 PDPAT+CIFSR// 获取本地 IP

2. 配置 MQTT 连接参数

AT+CMQTTSTART// 启动 MQTT 功能AT+CMQTTACCQ=0,"stm32client"// 设置 Client IDAT+CMQTTCONNECT=0,"tcp://broker.hivemq.com:1883",60,1// 连接 Broker

3. 发布消息

AT+CMQTTTOPIC=0,14> /stm32/topic AT+CMQTTPAYLOAD=0,11> HelloWorld AT+CMQTTPUB=0,1,60

4. 订阅主题并接收

AT+CMQTTSUB=0,"/stm32/cmd",1

模块会自动回传服务器下发的数据，STM32 通过串口读取解析即可。

五、STM32 串口驱动与调度策略

使用环形缓冲区 + 中断接收实现串口数据稳定接收；对 AT 指令发送添加超时与 ACK 检查，防止卡死；可使用 FreeRTOS 管理 MQTT 状态机；为避免通信堵塞，建议采用非阻塞方式调度；voidUSART1_IRQHandler(void){if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_RXNE)) { uint8_tbyte= USART1->DR; ring_buffer_put(&uart1_rx_buf,byte); } }

六、MQTT 通信实践应用

1. 数据上报示例

温湿度采集 →STM32→MQTTPublish("/sensor/data")

服务器端使用 Node-RED 或 Python MQTT 客户端接收处理。

2. 控制下发示例

云端控制灯光 → MQTT Broker → STM32 订阅"/cmd/led"

STM32 接收到控制命令解析执行。

七、调试建议与常见问题

推荐配合 MQTT.fx 或 MQTTool APP 实时验证消息是否成功传输。

八、结语

STM32 通过 ESP8266 或 4G 模块实现 MQTT 通信，是构建物联网边缘设备的主流方式之一。通过串口控制外部通信模块，配合标准 MQTT 协议结构，可实现灵活的传感器上报、远程控制、状态监测等功能。

ESP8266 更适用于 WiFi 场景，成本低，适合室内部署；而 SIM7600 等 4G 模块适合户外、车载或无 WiFi 场景，具备更强通信稳定性。

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