#夏日挑战赛# 基于STM32+华为云IOT设计的智能防盗单车锁 原创 精华

本文正在参加星光计划3.0–夏日挑战赛

一、前言

近年来随着国民经济的发展，交通拥堵和环境污染问题越来越突出，而自行车对改善交通与环境起到了重要作用。中国本身是一个自行车使用大国，随着自行车的发展，自行车的科技含量越来越高，然而自行车安防问题突出。目前市场上自行车锁大多是传统机械结构车锁，没有实现智能化，急需解决。本文提出一种基于STM32单片机的智能自行车锁（马蹄锁）的设计方法，来提高自行车锁的智能化及安防等级。

硬件选项说明：单片机采用STM32F103RCT6，GSM模块采用SIM800C，完成网络连接、数据上传，GPS经纬度解析，短信发送，物联网平台采用华为云IOT，作为数据存储端，蓝牙模块采用正点原子低功耗BLE蓝牙，支持蓝牙开锁解锁，车辆的状态使用ADXL345三轴加速度传感器检测，密码键盘采用电容矩阵键盘。

二、设计思路总结

需要设计一款Android手机APP，可以远程开锁解锁，手机APP对接华为云物联网平台，实现远程与自行车锁完成数据交互，命令下发。智能锁与华为云IOT服务器之间的通信协议采用MQTT协议，手机APP与华为云IOT服务器之间采用HTTP协议。智能锁除了支持远程开锁关锁之外，还支持蓝牙解锁和输入密码开始，设计的APP支持蓝牙功能，可以连接智能锁上的蓝牙完成开锁和关锁，如果没有带手机，可以输入密码完成开锁。

车辆的状态检测通过ADXL345三轴加速度计检测，如果车辆处于锁定状态，发现车辆被移动了会触发报警，锁里的蜂鸣器会持续响，并且SIM800C会向指定的手机号码发送短信，提示车辆可能被盗，同时上传GPS经纬度到云端服务器，手机APP上可以获取智能锁上传的GPS经纬度，调用百度地图显示车辆的位置，方便寻车。

三、硬件选型

（1） 加速度计传感器

ADXL345是一款小尺寸、薄型、低功耗、完整的三轴加速度计，提供经过信号调理的电压输出。

说明：CS接高电平则选择IIC通信，反之则SPI通信。SDO（地址引脚）接高电平,根据手册器件的7位I2C地址是0x1D，后面跟上读取/写位（R/W），则写寄存器为0x3A,读寄存器为0x3B；接低电平,则7位I2C地址是0x53，同理，跟上读写标志位后写寄存器为0xA6,读寄存器为0xA7；

（2） STM32开发板

STM32F103RCT6的芯体规格是32位，速度是72MHz，程序存储器容量是256KB，程序存储器类型是FLASH，RAM容量是48K。

（3） BLE低功耗蓝牙模块

（4） SIM800C

模块特点：

1、支持极限DC5V-18V宽电压输入

2、有电源使能开关引脚EN

3、支持锂电池供电接口VBAT3.5-4.5V

4、输入支持移动和联通手机卡Micro SIM卡

5、送51/STM32/ARDUINO驱动例程

1、DC 5V-18V电源输入，推荐使用DC 9V

2、电源开始使能引脚默认使能

3、电源地

4、GSM模块的TXD引脚接其它模块的RXD

5、GSM模块的RXD引脚接其它模块的TXD

6、数据终端准备

7、内核音频输出引脚

8、内核音频输出引脚

9、锂电池输入引脚，DC 3.5 - 4.5V

10、电源地

11、启动引脚和GND短路可实现开机自启动

12、电源地

13、RTC外置电池引脚

14、内核振铃提示引脚

15、内合音频输入引脚

16、内核音频输入引脚

加粗的引脚一般都用到。

建议使用V_IN单独供电DC5-18V输入（推荐使用9V)，或者VBAT供电锂电池两种供电方式这两种供电方式最稳定。如果只是简单调试，也可使用USB-TTL或者开发板的5V直接给模块供电。不过一般电脑或者开发板的功率有限，可能会不稳定。请根据具体情况自己取舍选择合适电源。

3. 手机APP软件设计

3.1 通信说明

上位机与设备之间支持通过BLE低功耗串口蓝牙进行通信，支持通过网络连接华为云服务器进行通信，手机APP下发open_lock和close_lock实现关锁开锁。

3.2 搭建开发环境

上位机软件采用Qt框架设计，Qt是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架。Qt是一个1991年由Qt Company开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。简单来说，QT可以很轻松的帮你做带界面的软件，甚至不需要你投入很大精力。

QT官网: https://www.qt.io/

QT5.12.6的下载地址：
https://download.qt.io/archive/qt/5.12/5.12.6/

4. 创建云端设备

4.1 创建产品

登录官网: https://www.huaweicloud.com/product/iothub.html

直接搜索物联网，打开页面。

4.2 自定义模型

4.3 注册设备

设备创建成功:

{
    "device_id": "6274b1d62d5e854503d3a67e_lock",
    "secret": "12345678"
}

4.4 MQTT设备密匙

创建完产品、设备之后，接下来就需要知道如何通过MQTT协议登陆华为云服务器。
官方的详细介绍在这里:
https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_01_2127.html#ZH-CN_TOPIC_0240834853__zh-cn_topic_0251997880_li365284516112

属性上报格式:
https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_3010.html

MQTT设备登陆密匙生成地址:

DeviceId  6274b1d62d5e854503d3a67e_lock
DeviceSecret 12345678
ClientId  6274b1d62d5e854503d3a67e_lock_0_0_2022050605
Username  6274b1d62d5e854503d3a67e_lock
Password  334dd7c0c10e47280880e9dd004ae0d8c5abc24dbbc9daa735315722707fe13b

4.5 使用MQTT客户端软件登录

所有的参数已经得到，接下来采用MQTT客户端登录华为云进行测试。
华为云物联网平台的域名是: 161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com
华为云物联网平台的IP地址是:121.36.42.100
在软件里参数填充正确之后，就看到设备已经连接成功了。
接下来打开设备页面，可以看到设备已经在线了。

4.6 数据上报测试

//订阅主题: 平台下发消息给设备
$oc/devices/6274b1d62d5e854503d3a67e_lock/sys/messages/down
//设备上报数据
$oc/devices/6274b1d62d5e854503d3a67e_lock/sys/properties/report
//上报的属性消息 (一次可以上报多个属性,在json里增加就行了)
{"services": [{"service_id": "lock","properties":{"lock":1}}]}

//订阅主题: 平台下发消息给设备
$oc/devices/6274b1d62d5e854503d3a67e_lock/sys/messages/down
//设备上报数据
$oc/devices/6274b1d62d5e854503d3a67e_lock/sys/properties/report
//上报的属性消息 (一次可以上报多个属性,在json里增加就行了)
{"services": [{"service_id": "lock","properties":{"GPS信息":"lat:12.345,lng:45.678"}}]}

4.7 应用侧开发

为了更方便的展示设备数据，与设备完成交互，还需要开发一个配套的上位机，官方提供了应用侧开发的API接口、SDK接口，为了方便通用一点，我这里采用了API接口完成数据交互，上位机软件采用QT开发。

帮助文档地址: ttps://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0034.html

设备属性就是设备上传的传感器状态数据信息，应用侧提供了API接口，可以主动向设备端下发请求指令；设备端收到指令之后需要按照约定的数据格式上报数据；所以，要实现应用层与设备端的数据交互，需要应用层与设备端配合才能完成。

5. STM32开发

5.1 ADXL345.c

#include "app.h"

/*
函数功能: 各种硬初始化
继电器模块--DAT--->PA4
PB12-----输入引脚，检测模块是否连接或者断开

*/
void Hardware_Init(void)
{
    RCC->APB2ENR|=1<<2;
    GPIOA->CRL&=0xFFF0FFFF;
    GPIOA->CRL|=0x00030000;
    
    RCC->APB2ENR|=1<<3;
    GPIOB->CRH&=0xFFF0FFFF;
    GPIOB->CRH|=0x00080000;
}



//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//初始化ADXL345.
//返回值:0,初始化成功;1,初始化失败.
u8 ADXL345_Init(void)
{				  
	IIC_Init();							//初始化IIC总线	
	if(ADXL345_RD_Reg(DEVICE_ID)==0XE5)	//读取器件ID
	{  
		ADXL345_WR_Reg(DATA_FORMAT,0X2B);	//低电平中断输出,13位全分辨率,输出数据右对齐,16g量程 
		ADXL345_WR_Reg(BW_RATE,0x0A);		//数据输出速度为100Hz
		ADXL345_WR_Reg(POWER_CTL,0x28);	   	//链接使能,测量模式
		ADXL345_WR_Reg(INT_ENABLE,0x00);	//不使用中断		 
	 	ADXL345_WR_Reg(OFSX,0x00);
		ADXL345_WR_Reg(OFSY,0x00);
		ADXL345_WR_Reg(OFSZ,0x00);	
		return 0;
	}			
	return 1;	   								  
}   
//写ADXL345寄存器
//addr:寄存器地址
//val:要写入的值
//返回值:无
void ADXL345_WR_Reg(u8 addr,u8 val) 
{
	IIC_Start();  				 
	IIC_Send_Byte(ADXL_WRITE);     	//发送写器件指令	 
	IIC_Wait_Ack();	   
    IIC_Send_Byte(addr);   			//发送寄存器地址
	IIC_Wait_Ack(); 	 										  		   
	IIC_Send_Byte(val);     		//发送值					   
	IIC_Wait_Ack();  		    	   
    IIC_Stop();						//产生一个停止条件 	   
}
//读ADXL345寄存器
//addr:寄存器地址
//返回值:读到的值
u8 ADXL345_RD_Reg(u8 addr) 		
{
	u8 temp=0;		 
	IIC_Start();  				 
	IIC_Send_Byte(ADXL_WRITE);	//发送写器件指令	 
	temp=IIC_Wait_Ack();	   
    IIC_Send_Byte(addr);   		//发送寄存器地址
	temp=IIC_Wait_Ack(); 	 										  		   
	IIC_Start();  	 	   		//重新启动
	IIC_Send_Byte(ADXL_READ);	//发送读器件指令	 
	temp=IIC_Wait_Ack();	   
    temp=IIC_Read_Byte(0);		//读取一个字节,不继续再读,发送NAK 	    	   
    IIC_Stop();					//产生一个停止条件 	    
	return temp;				//返回读到的值
}  
//读取ADXL的平均值
//x,y,z:读取10次后取平均值
void ADXL345_RD_Avval(short *x,short *y,short *z)
{
	short tx=0,ty=0,tz=0;	   
	u8 i;  
	for(i=0;i<10;i++)
	{
		ADXL345_RD_XYZ(x,y,z);
		delay_ms(10);
		tx+=(short)*x;
		ty+=(short)*y;
		tz+=(short)*z;	   
	}
	*x=tx/10;
	*y=ty/10;
	*z=tz/10;
} 
//自动校准
//xval,yval,zval:x,y,z轴的校准值
void ADXL345_AUTO_Adjust(char *xval,char *yval,char *zval)
{
	short tx,ty,tz;
	u8 i;
	short offx=0,offy=0,offz=0;
	ADXL345_WR_Reg(POWER_CTL,0x00);	   	//先进入休眠模式.
	delay_ms(100);
	ADXL345_WR_Reg(DATA_FORMAT,0X2B);	//低电平中断输出,13位全分辨率,输出数据右对齐,16g量程 
	ADXL345_WR_Reg(BW_RATE,0x0A);		//数据输出速度为100Hz
	ADXL345_WR_Reg(POWER_CTL,0x28);	   	//链接使能,测量模式
	ADXL345_WR_Reg(INT_ENABLE,0x00);	//不使用中断		 

	ADXL345_WR_Reg(OFSX,0x00);
	ADXL345_WR_Reg(OFSY,0x00);
	ADXL345_WR_Reg(OFSZ,0x00);
	delay_ms(12);
	for(i=0;i<10;i++)
	{
		ADXL345_RD_Avval(&tx,&ty,&tz);
		offx+=tx;
		offy+=ty;
		offz+=tz;
	}	 		
	offx/=10;
	offy/=10;
	offz/=10;
	*xval=-offx/4;
	*yval=-offy/4;
	*zval=-(offz-256)/4;	  
 	ADXL345_WR_Reg(OFSX,*xval);
	ADXL345_WR_Reg(OFSY,*yval);
	ADXL345_WR_Reg(OFSZ,*zval);	
} 
//读取3个轴的数据
//x,y,z:读取到的数据
void ADXL345_RD_XYZ(short *x,short *y,short *z)
{
	u8 buf[6];
	u8 i;
	IIC_Start();  				 
	IIC_Send_Byte(ADXL_WRITE);	//发送写器件指令	 
	IIC_Wait_Ack();	   
    IIC_Send_Byte(0x32);   		//发送寄存器地址(数据缓存的起始地址为0X32)
	IIC_Wait_Ack(); 	 										  		   
 
 	IIC_Start();  	 	   		//重新启动
	IIC_Send_Byte(ADXL_READ);	//发送读器件指令
	IIC_Wait_Ack();
	for(i=0;i<6;i++)
	{
		if(i==5)buf[i]=IIC_Read_Byte(0);//读取一个字节,不继续再读,发送NACK  
		else buf[i]=IIC_Read_Byte(1);	//读取一个字节,继续读,发送ACK 
 	}	        	   
    IIC_Stop();					//产生一个停止条件
	*x=(short)(((u16)buf[1]<<8)+buf[0]); 	    
	*y=(short)(((u16)buf[3]<<8)+buf[2]); 	    
	*z=(short)(((u16)buf[5]<<8)+buf[4]); 	   
}
//读取ADXL345的数据times次,再取平均
//x,y,z:读到的数据
//times:读取多少次
void ADXL345_Read_Average(short *x,short *y,short *z,u8 times)
{
	u8 i;
	short tx,ty,tz;
	*x=0;
	*y=0;
	*z=0;
	if(times)//读取次数不为0
	{
		for(i=0;i<times;i++)//连续读取times次
		{
			ADXL345_RD_XYZ(&tx,&ty,&tz);
			*x+=tx;
			*y+=ty;
			*z+=tz;
			delay_ms(5);
		}
		*x/=times;
		*y/=times;
		*z/=times;
	}
}
//得到角度
//x,y,z:x,y,z方向的重力加速度分量(不需要单位,直接数值即可)
//dir:要获得的角度.0,与Z轴的角度;1,与X轴的角度;2,与Y轴的角度.
//返回值:角度值.单位0.1°.
short ADXL345_Get_Angle(float x,float y,float z,u8 dir)
{
	float temp;
 	float res=0;
	switch(dir)
	{
		case 0://与自然Z轴的角度
 			temp=sqrt((x*x+y*y))/z;
 			res=atan(temp);
 			break;
		case 1://与自然X轴的角度
 			temp=x/sqrt((y*y+z*z));
 			res=atan(temp);
 			break;
 		case 2://与自然Y轴的角度
 			temp=y/sqrt((x*x+z*z));
 			res=atan(temp);
 			break;
 	}
	return res*1800/3.14;
}

//初始化IIC
void IIC_Init(void)
{					     
    RCC->APB2ENR|=1<<3;		  //先使能外设IO PORTB时钟 							 
	GPIOB->CRL&=0X00FFFFFF;	//6/7 推挽输出
	GPIOB->CRL|=0X33000000;	   
	GPIOB->ODR|=3<<6;     	//6,7 输出高
}

//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();     //sda线输出
	IIC_SDA=1;	  	  
	IIC_SCL=1;
	delay_us(4);
 	IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	delay_us(4);
	IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
}	  
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();//sda线输出
	IIC_SCL=0;
	IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
 	delay_us(4);
	IIC_SCL=1; 
	IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
	delay_us(4);							   	
}
//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
//        0，接收应答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0;
	SDA_IN();      //SDA设置为输入  
	IIC_SDA=1;delay_us(1);	   
	IIC_SCL=1;delay_us(1);	 
	while(READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	IIC_SCL=0;//时钟输出0 	   
	return 0;  
} 
//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=0;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}
//不产生ACK应答		    
void IIC_NAck(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}					 				     
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答			  
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
	SDA_OUT(); 	    
    IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
        IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
        txd<<=1; 	  
		delay_us(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的
		IIC_SCL=1;
		delay_us(2); 
		IIC_SCL=0;	
		delay_us(2);
    }	 
} 	    
//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
	{
        IIC_SCL=0; 
        delay_us(2);
		IIC_SCL=1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
		delay_us(1); 
    }					 
    if (!ack)
        IIC_NAck();//发送nACK
    else
        IIC_Ack(); //发送ACK   
    return receive;
}

5.2 sim800.c

#include "sim800c.h"

/*
函数功能:向SIM800C模块发送指令
函数参数:
				char *cmd  发送的命令
			  char *check_data 检测返回的数据
返回值: 0表示成功 1表示失败
*/
u8 SIM800C_SendCmd(char *cmd,char *check_data)
{
   u16 i,j;
   for(i=0;i<5;i++) //测试的总次数
   {
      USART2_RX_FLAG=0;
      USART2_RX_CNT=0;
			memset(USART2_RX_BUFFER,0,sizeof(USART2_RX_BUFFER));
			USARTx_StringSend(USART2,cmd); //发送指令
      for(j=0;j<500;j++) //等待的时间(ms单位)
      {
          if(USART2_RX_FLAG)
          {
              USART2_RX_BUFFER[USART2_RX_CNT]='\0';
              if(strstr((char*)USART2_RX_BUFFER,check_data))
              {
                  return 0;
              }
              else break;
          }
          delay_ms(20); //一次的时间
      }
   }
   return 1;
}


/*
函数  功能：GSM模块初始化检测
函数返回值：1表示模块检测失败，0表示成功
*/
u8 SIM800C_InitCheck(void)
{
	  if(SIM800C_SendCmd("AT\r\n","OK"))return 1;
	  else printf("SIM800模块正常!\r\n");
	  
		if(SIM800C_SendCmd("ATE0\r\n","OK"))return 2;
	  else printf("设置模块不回显成功!\r\n");
	
		if(SIM800C_SendCmd("AT+CGMI\r\n","OK"))return 3;
		else printf("查询制造商名称成功!%s\r\n",USART2_RX_BUFFER);
	
		if(SIM800C_SendCmd("AT+CGMM\r\n","OK"))return 4;
		else printf("查询模块型号成功!%s\r\n",USART2_RX_BUFFER);
		
	    DelayMs(1000);
		DelayMs(1000);
		if(SIM800C_SendCmd("AT+CNUM\r\n","+CNUM:"))return 5;
		else printf("获取本机号码成功!%s\r\n",USART2_RX_BUFFER);
	  /* 返回格式如下:
		+CNUM: "","+8613086989413",145,7,4
		OK
		*/
		return 0;
}

/*
函数  功能：GSM模块短信模式设置
函数返回值：0表示模块设置成功
*/
u8 SIM800C_SetNoteTextMode(void)
{
		if(SIM800C_SendCmd("AT+CSCS=\"GSM\"\r\n","OK"))return 1;// "GSM"字符集
		else printf("短信GSM字符集设置成功!\r\n");
	
	  if(SIM800C_SendCmd("AT+CMGF=1\r\n","OK"))return 2; //文本模式
		else printf("短信文本模式设置成功!\r\n");
		return 0;
}

/*
函数功能：发送短信
函数参数：
					num:电话号码
					text:短信内容
函数返回值：0表示发送成功
*/
u8 SIM800C_SendNote(u8 *num,u8 *text,u16 len)
{
    char data[50];
    char send_buf[2];
    sprintf(data,"AT+CMGS=\"%s\"\r\n",num);
    if(SIM800C_SendCmd(data,">"))return 1; //设置发送的手机号
    USARTx_DataSend(USART2,text,len);     //发送短信内容

    send_buf[0] = 0x1a;
    send_buf[1] = '\0';
    if(SIM800C_SendCmd(send_buf,"+CMGS"))return 2; //发送结束符号
    return 0;
}

5.3 MQTT信息

//华为物联网服务器的设备信息
#define MQTT_ClientID "62381267575fb713ee164ad2_xl_1_0_0_2022032106"
#define MQTT_UserName "62381267575fb713ee164ad2_xl_1"
#define MQTT_PassWord "124344feff3e3d96ff6af13cf36af36766619ff1eeee40e99cbae9b7b9739fe4"

//订阅与发布的主题
#define SET_TOPIC  "$oc/devices/62381267575fb713ee164ad2_xl_1/sys/messages/down"  //订阅
#define POST_TOPIC "$oc/devices/62381267575fb713ee164ad2_xl_1/sys/properties/report"  //发布

//设置连接的路由器信息
#define CONNECT_WIFI  "abc"   //将要连接的路由器名称 --不要出现中文、空格等特殊字符
#define CONNECT_PASS "1234567890"       //将要连接的路由器密码

#define CONNECT_SERVER_IP "a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com"   //服务器IP地址
#define CONNECT_SERVER_PORT 1883            //服务器端口号


u8 *mqtt_rxbuf;
u8 *mqtt_txbuf;
u16 mqtt_rxlen;
u16 mqtt_txlen;
u8 _mqtt_txbuf[256];//发送数据缓存区
u8 _mqtt_rxbuf[256];//接收数据缓存区

typedef enum
{
	//名字 	    值 			报文流动方向 	描述
	M_RESERVED1	=0	,	//	禁止	保留
	M_CONNECT		,	//	客户端到服务端	客户端请求连接服务端
	M_CONNACK		,	//	服务端到客户端	连接报文确认
	M_PUBLISH		,	//	两个方向都允许	发布消息
	M_PUBACK		,	//	两个方向都允许	QoS 1消息发布收到确认
	M_PUBREC		,	//	两个方向都允许	发布收到（保证交付第一步）
	M_PUBREL		,	//	两个方向都允许	发布释放（保证交付第二步）
	M_PUBCOMP		,	//	两个方向都允许	QoS 2消息发布完成（保证交互第三步）
	M_SUBSCRIBE		,	//	客户端到服务端	客户端订阅请求
	M_SUBACK		,	//	服务端到客户端	订阅请求报文确认
	M_UNSUBSCRIBE	,	//	客户端到服务端	客户端取消订阅请求
	M_UNSUBACK		,	//	服务端到客户端	取消订阅报文确认
	M_PINGREQ		,	//	客户端到服务端	心跳请求
	M_PINGRESP		,	//	服务端到客户端	心跳响应
	M_DISCONNECT	,	//	客户端到服务端	客户端断开连接
	M_RESERVED2		,	//	禁止	保留
}_typdef_mqtt_message;

//连接成功服务器回应 20 02 00 00
//客户端主动断开连接 e0 00
const u8 parket_connetAck[] = {0x20,0x02,0x00,0x00};
const u8 parket_disconnet[] = {0xe0,0x00};
const u8 parket_heart[] = {0xc0,0x00};
const u8 parket_heart_reply[] = {0xc0,0x00};
const u8 parket_subAck[] = {0x90,0x03};

void MQTT_Init(void)
{
    //缓冲区赋值
	mqtt_rxbuf = _mqtt_rxbuf;
    mqtt_rxlen = sizeof(_mqtt_rxbuf);
	mqtt_txbuf = _mqtt_txbuf;
    mqtt_txlen = sizeof(_mqtt_txbuf);
	memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);
	memset(mqtt_txbuf,0,mqtt_txlen);
	
	//无条件先主动断开
	MQTT_Disconnect();
    delay_ms(100);
	MQTT_Disconnect();
    delay_ms(100);
}

/*
函数功能: 登录服务器
函数返回值: 0表示成功 1表示失败
*/
u8 MQTT_Connect(char *ClientID,char *Username,char *Password)
{
    u8 i,j;
    int ClientIDLen = strlen(ClientID);
    int UsernameLen = strlen(Username);
    int PasswordLen = strlen(Password);
    int DataLen;
	mqtt_txlen=0;
	//可变报头+Payload  每个字段包含两个字节的长度标识
    DataLen = 10 + (ClientIDLen+2) + (UsernameLen+2) + (PasswordLen+2);
	
	//固定报头
	//控制报文类型
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x10;		//MQTT Message Type CONNECT
	//剩余长度(不包括固定头部)
	do
	{
		u8 encodedByte = DataLen % 128;
		DataLen = DataLen / 128;
		// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
		if ( DataLen > 0 )
			encodedByte = encodedByte | 128;
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
	}while ( DataLen > 0 );
    	
	//可变报头
	//协议名
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;        	// Protocol Name Length MSB    
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4;           // Protocol Name Length LSB    
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'M';        	// ASCII Code for M    
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'Q';        	// ASCII Code for Q    
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T';        	// ASCII Code for T    
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T';        	// ASCII Code for T    
	//协议级别
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4;        		// MQTT Protocol version = 4   对于 3.1.1 版协议，协议级别字段的值是 4(0x04)   
	//连接标志
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xc2;        	// conn flags 
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;        		// Keep-alive Time Length MSB    
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 100;        	// Keep-alive Time Length LSB  100S心跳包    保活时间
	
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(ClientIDLen);// Client ID length MSB    
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(ClientIDLen);// Client ID length LSB  	
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],ClientID,ClientIDLen);
    mqtt_txlen += ClientIDLen;
    
    if(UsernameLen > 0)
    {   
        mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(UsernameLen);		//username length MSB    
        mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(UsernameLen);    	//username length LSB    
		memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],Username,UsernameLen);
        mqtt_txlen += UsernameLen;
    }
    
    if(PasswordLen > 0)
    {    
        mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(PasswordLen);		//password length MSB    
        mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(PasswordLen);    	//password length LSB  
		memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],Password,PasswordLen);
        mqtt_txlen += PasswordLen; 
    }    
	
  
    memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);
    MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf,mqtt_txlen);
    for(j=0;j<10;j++)
    {
        delay_ms(50);
        if(USART2_RX_FLAG)
        {
            memcpy((char *)mqtt_rxbuf,USART2_RX_BUFFER,USART2_RX_CNT);
            
            //memcpy
           
             for(i=0;i<USART2_RX_CNT;i++)printf("%#x ",USART2_RX_BUFFER[i]);
            
            USART2_RX_FLAG=0;
            USART2_RX_CNT=0;
        }
        //CONNECT
        if(mqtt_rxbuf[0]==parket_connetAck[0] && mqtt_rxbuf[1]==parket_connetAck[1]) //连接成功			   
        {
            return 0;//连接成功
        }
    }
    
	return 1;
}

/*
函数功能: MQTT订阅/取消订阅数据打包函数
函数参数:
    topic       主题   
    qos         消息等级 0:最多分发一次  1: 至少分发一次  2: 仅分发一次
    whether     订阅/取消订阅请求包 (1表示订阅,0表示取消订阅)
返回值: 0表示成功 1表示失败
*/
u8 MQTT_SubscribeTopic(char *topic,u8 qos,u8 whether)
{    
    u8 i,j;
	mqtt_txlen=0;
    int topiclen = strlen(topic);
	
	int DataLen = 2 + (topiclen+2) + (whether?1:0);//可变报头的长度（2字节）加上有效载荷的长度
	//固定报头
	//控制报文类型
    if(whether)mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x82; //消息类型和标志订阅
    else	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xA2;    //取消订阅

	//剩余长度
	do
	{
		u8 encodedByte = DataLen % 128;
		DataLen = DataLen / 128;
		// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
		if ( DataLen > 0 )
			encodedByte = encodedByte | 128;
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
	}while ( DataLen > 0 );	
	
	//可变报头
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;			//消息标识符 MSB
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x0A;        //消息标识符 LSB
	//有效载荷
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topiclen);//主题长度 MSB
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topiclen);//主题长度 LSB   
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],topic,topiclen);
    mqtt_txlen += topiclen;
    
    if(whether)
    {
       mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = qos;//QoS级别
    }
    
    for(i=0;i<10;i++)
    {
        memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);
		MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf,mqtt_txlen);
        for(j=0;j<10;j++)
        {
            delay_ms(50);
            if(USART2_RX_FLAG)
			{
                memcpy((char *)mqtt_rxbuf,(char*)USART2_RX_BUFFER,USART2_RX_CNT);
				USART2_RX_FLAG=0;
				USART2_RX_CNT=0;
			}
			
			if(mqtt_rxbuf[0]==parket_subAck[0] && mqtt_rxbuf[1]==parket_subAck[1]) //订阅成功			   
			{
				return 0;//订阅成功
			}
        }
    }
	return 1; //失败
}

//MQTT发布数据打包函数
//topic   主题 
//message 消息
//qos     消息等级 
u8 MQTT_PublishData(char *topic, char *message, u8 qos)
{  
    int topicLength = strlen(topic);    
    int messageLength = strlen(message);     
    static u16 id=0;
	int DataLen;
	mqtt_txlen=0;
	//有效载荷的长度这样计算：用固定报头中的剩余长度字段的值减去可变报头的长度
	//QOS为0时没有标识符
	//数据长度             主题名   报文标识符   有效载荷
    if(qos)	DataLen = (2+topicLength) + 2 + messageLength;       
    else	DataLen = (2+topicLength) + messageLength;   

    //固定报头
	//控制报文类型
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x30;    // MQTT Message Type PUBLISH  

	//剩余长度
	do
	{
		u8 encodedByte = DataLen % 128;
		DataLen = DataLen / 128;
		// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
		if ( DataLen > 0 )
			encodedByte = encodedByte | 128;
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
	}while ( DataLen > 0 );	
	
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topicLength);//主题长度MSB
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topicLength);//主题长度LSB 
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],topic,topicLength);//拷贝主题
    mqtt_txlen += topicLength;
        
	//报文标识符
    if(qos)
    {
        mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(id);
        mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(id);
        id++;
    }
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],message,messageLength);
    mqtt_txlen += messageLength;
        
	MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf,mqtt_txlen);
    return mqtt_txlen;
}