5 - MQTT 与华为云 IoT 平台
课程定位： 5天IoT实训 · 第五天
主题： MQTT 协议 · 华为云 IoTDA 平台接入 · STM32 + ESP8266 串口透传
目标： 完成设备注册 → MQTTX 模拟上报 → 上位机 API 下发指令全链路调通
使用的调试工具
叩丁狼IoT调试工具老师发
下载地址：Your All-in-One MQTT Client Toolbox
平台-产品-设备
与设备之间的关系图-9ae45a102d63d9185edc1ff25f5f1195.png)
一、整体架构
本课围绕三层通信架构展开：传感器/执行器 → STM32 → ESP8266（Wi-Fi）→ 华为云 IoT 平台 → 上位机/APP。
二、华为云 IoT 平台连接
1 创建产品(产品名称\设备类型)
在华为云 IoT 控制台创建产品，需填写：
- 产品名称：自定义，如
STM32-Sensor - 设备类型：直连设备
- 协议类型：MQTT
2 定义模型(服务\属性\设备标识)
自定义模型定义设备的服务、属性、标识，平台依此解析上报数据。
3 注册设备
在产品下注册具体设备，平台会生成 设备 ID 和 设备密钥。
4 密钥生成
华为云 IoT 的 MQTT 连接需要经过密钥派生，不能直接用注册时的原始密钥。使用官方工具生成 clientId、username、password：
密钥生成工具：iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com
将设备 ID 和密钥填入工具，即可生成 MQTT 三元组，用于 MQTTX 或 STM32 代码中。
5 模拟设备连接 MQTTX
在实际硬件调试前，先用 MQTTX 软件模拟设备上云，验证平台配置是否正确。
05.1 上报数据：设备 → 华为
上报数据 MQTTX【模拟设备】==>华为物联网 上报数据-链接 连接参数配置：
上报数据操作：
上报成功结果：
华为云平台收到数据：
上报数据格式参考文档：华为云最佳实践
上报 JSON 格式示例：
{
"services": [
{
"service_id": "Sensor",
"properties": {
"temperature": 25,
"humidity": 60
}
}
]
}
05.2 下发消息：华为 → 设备
05.2 下发消息 华为物联网 ==> MQTTX【模拟设备】 消息下发 平台与设备的三方关系：
| 角色 | 说明 |
|---|---|
| 物联网平台 | 消息路由中枢，负责转发指令 |
| 设备 | 订阅命令 Topic，执行动作 |
| 订阅者/应用 | 通过 API 向平台发指令，平台再下发给设备 |
MQTTX 订阅并接收消息：
华为云平台下发配置：
下发结果：
下发消息文档：消息下发 usermanual
6 上位机 / APP 调用 API 控制设备
数据链路：上位机 / APP → 华为物联网平台 API → MQTT 下发 → 设备
06.1 获取 Token
调用华为云 IoT API 前，需先通过 IAM 获取访问令牌（Token）。
IAM 管理入口：
在线调试页面（获取 Token 接口）： KeystoneCreateUserTokenByPassword
拿到 Token 后即可调用所有 IoTDA API。
常见错误处理：
| 错误码 | 含义 | 解决方案 |
|---|---|---|
IOTDA.000021 | IAM Token 所在用户未订阅设备接入服务 | 确认子用户已开通 IoTDA 权限 |
- 官方错误码表：ErrorCode.html
- 社区解答：CSDN 博文
06.2 设备影子
设备影子存储设备的最新期望状态和上报状态，即使设备离线也可查询。
API 文档：设备影子 v5
06.3 上位机给设备发送
消息 / 指令
通过 API 向平台发送指令，平台再路由到目标设备。
API 文档：IoT API v5
06.4 下发设备消息
API 文档：下发设备消息 v5
三、STM32 + ESP8266 串口透传
实现 MQTT 通信
在嵌入式端，ESP8266 仅作为透明传输通道，复杂的 MQTT 协议逻辑全部由 STM32 实现。
硬件连接与协议栈层次
[ 传感器 ]
|
[ STM32 ] ← 构造 MQTT 报文、处理业务逻辑
| UART（AT 指令 / 透传数据）
[ ESP8266 ] ← 仅负责 Wi-Fi 接入和 TCP 数据搬运
| TCP/IP
[ 华为云 IoT 平台 ]
|
[ 上位机 / 小程序 ]
整体交互时序图
sequenceDiagram
participant S as STM32 (主控)
participant E as ESP8266 (Wi-Fi模块)
participant C as 华为云 IoT 平台
Note over S,E: 1. 初始化与联网
S->>E: AT+UART_DEF=9600... (设置波特率)
E-->>S: OK
S->>E: AT+CWJAP="WiFi","Pass" (连路由器)
E-->>C: 连接 Wi-Fi
E-->>S: OK
Note over S,E: 2. 建立 TCP 透传
S->>E: AT+CIPSTART="TCP","华为云IP",端口
E->>C: 建立 TCP 三次握手
C-->>E: 允许连接
E-->>S: CONNECT OK
Note over S,C: 3. MQTT 握手 (二进制流)
S->>E: 发送 MQTT CONNECT 报文
E->>C: 透传报文
C-->>E: CONNACK (连接确认)
E-->>S: 透传返回
Note over S,C: 4. 数据上报 (周期性)
S->>E: 发送 MQTT PUBLISH (JSON格式数据)
E->>C: 透传至云端
Note right of C: 云端显示温度/湿度
Note over C,S: 5. 命令接收
C->>E: 下发控制指令
E->>S: 通过 +IPD 串口输出数据
S->>S: 解析指令 (如：开灯)
核心步骤解析
| 阶段 | 关键操作 | 理解重点 |
|---|---|---|
| 基础连接 | AT 指令配置 | 让 ESP8266 能够上网，并找到华为云的 IP 和端口 |
| 身份认证 | MQTT CONNECT | clientId、username、password 由密钥工具生成，是设备的"身份证" |
| 透传模式 | 数据搬运 | STM32 发出的任何字节，ESP8266 原封不动转发给服务器；MQTT 协议头必须由 STM32 手动构造 |
| 上行 Pub | JSON 封装 | 传感器数据包装成 {"temp": 25} 格式，云端才能识别 |
| 下行 Sub | +IPD 解析 | 云端下发消息时，ESP8266 在串口数据前加 +IPD,长度:，STM32 据此判断有云端指令到来 |
开发调试技巧
- 透传模式：开启
AT+CIPMODE=1，再发AT+CIPSEND进入透传。发送+++退出透传，恢复 AT 指令模式。 - 串口调试：通信不通时，先用 USB 转 TTL 连接 ESP8266，在串口助手手动逐条发送 AT 指令，确认每一步返回
OK再继续。 - 抓包验证：可在 Wireshark 上过滤 MQTT 协议，验证 STM32 发出的 MQTT 报文格式是否正确。
