STM32物联网项目-GPRS模块通信编程

GPRS模块通信-编程

实验目的

32单片机通过串口2发送AT指令控制SIM800C检测GPRS网络，连接TCP服务器，连接服务器成功后，通过Doit.am远程信息转发服务将上传至公网服务器的温湿度值传到局域网的TCP客户端上，可在本地客户端查看温湿度情况，并且TCP客户端可以发送指令控制实战板的继电器以及蜂鸣器

Doit.am远程信息转发服务说明

SIM800C通过手机卡联网，连接的是公网，自己在电脑上做实验的话，用的是局域网的网络调试助手，当在局域网内开启TCP服务器时，公网是找不到这个服务器地址的，所以需要借助一些手段，让这个内网里的服务器能被公网找到，目前知道的有两种方法

一、Doit.am远程信息转发服务

网址：http://tcp.doit.am/

转发原理：多个客户端连接服务器，一个客户端向服务器发送数据，服务器向其他客户端群发接受到的消息。

打开网址就有使用步骤介绍，其实方法很简单，这家公司提供了一个公网的服务器，TCP客户端1连接上这个服务器（IP：115.29.109.104，端口：6531），然后另一个客户端2也连接上这个服务器，注意端口要一致，这样客户端1发送信息到服务器，服务器就会往同样端口的客户端2转发信息；

这样，单片机通过SIM800C连接到了网络，相当于一个TCP客户端，发送AT指令控制SIM800C连接上这个公网的服务器（115.29.109.104），然后电脑上的网络调试助手设置为TCP客户端，也连接上这个服务器（115.29.109.104），就能使SIM800C与网络调试助手通信

注意：SIM800C连接的服务器端口号是6531，网络调试助手同样也是连接6531这个端口，两者端口号一样才能接收到另一方的信息；端口号不一定是6531，也可是6511，6512，6510

如果网络调试助手接收到其他信息，可能其他人也在使用此端口，建议更换。

这种方法不好的地方就是，大家都使用同一个服务器，如果网络调试助手连接了一个不确定的端口，就有可能接收到别人的信息，造成信息泄漏

二、内网穿透（花生壳）

网址：https://hsk.oray.com/

无需依赖公网IP、无需配置路由器，花生壳支持在客户端上添加端口映射，快速将内网服务发布到外网

这种方法简单粗暴，直接将内网的IP地址映射到公网上，也叫内网穿透，不过需要下载客户端；

这样就不经过公网服务器转发，可以将网络调试助手设置为TCP服务器，然后将IP地址映射到公网，让SIM800C连接

CubeMX配置

SIM800C硬件电路

GPIO配置

根据硬件电路，开关机信号的PF13配置为推挽输出，输出高电平三极管导通，输出低电平三极管截止；模块状态引脚PF15设置为下拉输入，因为模块刚开机时STATUS引脚状态不确定，如果PF15设置为浮空输入的话则无法判断，所以要下拉；TCP_Status为TCP服务器连接状态引脚，连接服务器时为低电平，断开连接时为高电平，所以PF14设置为外部中断上升沿，检测服务器是否断开连接

串口2配置

串口2配置与ESP-12S模块一样，实验板上通过插针切换WiFi和GPRS

使能串口2接收DAM和发送DMA

程序

SIM800C模块开机

SIM800C模块关机

因为SIM800C模块工作电压为4V，与单片机不是同一个电压，所以单片机按复位键重启时，可能模块还是启动状态，所以复位模块就要先关机，延时一会后再开机，如果模块一开始就是关机状态，则进行开机操作；开关机状态是通过STATUS引脚来判断，读取该引脚电平状态，如果是高电平，则是开机状态，如果是低电平，则是关机状态

关机后立马开机要按照手册说明至少延时800ms，这里延时1s

开机或者关机超过10s，则进行错误处理

该启动函数放到Peripheral_Set自定义初始化函数中，一上电就启动，不放在主循环里；放主循环里的作用是如果模块连接TCP服务器失败，就重启再连，直到成功为止

SIM800C.c

/*
* @name   StartUp
* @brief  模块启动
* @param  None
* @retval None   
*/
static void StartUp()
{
    //如果模块处于开机状态，则先关机
    if(READ_GPRS_STATUS == GPIO_PIN_SET) //如果STATUS引脚处于高电平，则是开机状态   
    {
        printf("The module of SIM800C shutdown!\r\n");
        //通过硬件电路，拉低PWRKEY引脚至少1.5秒关机
        SET_GPRS_PWRKEY;
        HAL_Delay(1000);
        HAL_Delay(1000);
        HAL_Delay(1000);
        CLR_GPRS_PWRKEY;
        
        //等待模块关机完成
        Timer6.usDelay_Timer = 0;
        while(READ_GPRS_STATUS == GPIO_PIN_SET) //如果STATUS引脚仍然是高电平，还是开机状态
        {
            //如果定时器计时到10s，说明模块10s内没关机成功，进行错误处理
            if(Timer6.usDelay_Timer >= TIMER_10s)
            {
                SIM800C.Error();
                break;
            }
        }
        //按手册提示，关机后迅速重启模块，至少延时800ms
		HAL_Delay(1000);
    }
    //如果模块处于关机状态，则开机
    if(READ_GPRS_STATUS == GPIO_PIN_RESET) //如果STATUS引脚处于低电平，则是关机状态   
    {
        printf("The module of SIM800C startup!\r\n");
        //通过硬件电路，拉低PWRKEY引脚至少1秒开机
        SET_GPRS_PWRKEY;
        HAL_Delay(1000);
        HAL_Delay(1000);
        CLR_GPRS_PWRKEY;
        
        //等待模块开机完成
        Timer6.usDelay_Timer = 0;
        while(READ_GPRS_STATUS == GPIO_PIN_RESET) //如果STATUS引脚仍然是低电平，还是关机状态
        {
            //如果定时器计时到10s，说明模块10s内没开机成功，进行错误处理
            if(Timer6.usDelay_Timer >= TIMER_10s)
            {
                SIM800C.Error();
                break;
            }
        }
    }
}
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SIM800C.c

通过TCP连接服务器函数会被主函数调用，执行一系列发送AT指令操作，控制SIM800C模块连接TCP服务器

这里需要注意的点是：在连接TCP服务器成功之前的发送AT后接收模块的应答，用的都是HAL_UART_Receive_DMA这个函数，在连接TCP服务器成功后想要使用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA函数接收服务器数据，就要先把串口2的DMA接收停止，再开启DMA接收至空闲中断函数；如果不停止，则网络调试助手发送的信息无法控制实验板外设

/*
* @name   TCP_Connect_Server
* @brief  通过TCP连接服务器
* @param  None
* @retval None   
*/
static void TCP_Connect_Server()
{   
    Moudle_Sync_Baud();                             //同步波特率
    SendAT((uint8_t*)ATE0,(uint8_t *)"OK");         //关闭回显
    Moudle_Check_SIM_Status();                      //检查SIM卡状态
    SendAT((uint8_t*)AT_CCID,(uint8_t*)"OK");       //显示ICCID
    Moudle_Check_Network_Register();                //检查网络状态
    Moudle_Check_Attach_GPRS_Service();             //检查GPRS服务
    SendAT((uint8_t*)AT_CIPMODE,(uint8_t*)"OK");    //设置链接模式为透传模式
    SendAT((uint8_t*)AT_CSTT,(uint8_t*)"OK");       //设置APN连接
    SendAT((uint8_t*)AT_CSQ,(uint8_t*)"OK");         //查看信号强度
    Moudle_Establish_Wireless_Connection();         //建立无线链路
    SendAT((uint8_t*)AT_CIFSR,(uint8_t*)".");       //获取本地IP地址
    Moudle_Connect_TCP_Server();                    //连接TCP服务器
    
    if(SIM800C.TCP_Connect_Status == TRUE)
    {
        //需要先关闭串口2的DMA，不然会收到上面DMA的影响，开启DMA接收至空闲中断后收不到服务器信息
        HAL_UART_DMAStop(&huart2);
        //__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2,UART_IT_IDLE);
        //开启DMA接收至空闲中断
        HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2,UART2.pucRec_Buffer,PUCREC_BUFFER_LEN);
    }
}
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System.c

主函数中，一开始TCP连接标志位TCP_Connect_Status为FALSE，服务器重连定时器TCP_Reconnect_Timer为10s，所以一上电就会进行一次连接TCP服务器操作，如果连接成功，则TCP_Connect_Status标志位被置位，下次循环则不会再次进入判断中，直接执行传送SHT30温湿度数据到服务器的函数

/*
* @name   Run
* @brief  系统运行
* @param  None
* @retval None   
*/
static void Run()
{  
  /*
  省略调用SHT30获取温湿度函数和数码管显示函数
  */
//连接TCP服务器
  if(SIM800C.TCP_Connect_Status == FALSE)
  {
    if(SIM800C.TCP_Reconnect_Timer >= TIMER_10s)
    {
      //连接服务器
      SIM800C.TCP_Connect_Server();
    }
  }

  //传送SHT30温湿度数据
  SIM800C.Transfer_SHT30();

  //检测按键关闭SIM800C
  if(SIM800C.Press_Shutdown_Flag == TRUE)
  {
    //模块关机
    SIM800C.Moudle_Shutdown();
  }
  //延时
  HAL_Delay(1000);
}
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SIM800C.c

在接收服务器返回数据函数中，接收完一组数据，先停止DMA接收，清除接收缓存，再调用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA函数开启DMA接收，而不是HAL_UART_Receive_DMA函数

/*
* @name   Receive_Information
* @brief  接收服务器返回数据
* @param  None
* @retval None   
*/
static void Receive_Information()
{
    if(SIM800C.TCP_Connect_Status == TRUE)
    {       
        printf("%s\r\n",UART2.pucRec_Buffer);
        
        //切换继电器状态
        if(strstr((const char*)UART2.pucRec_Buffer,"Relay Flip") != NULL)
        {
            Relay.Relay_Flip();
        }

        //切换蜂鸣器状态
        if(strstr((const char*)UART2.pucRec_Buffer,"Buzzer Flip") != NULL)
        {
            Buzzer.Buzzer_Flip();
        }
        //串口2停止DMA接收
        HAL_UART_DMAStop(&huart2);
        //清除缓存
        Public.Memory_Clr(UART2.pucRec_Buffer,strlen((const char*)UART2.pucRec_Buffer));
        //重新开始串口2 DMA接收
        HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2,UART2.pucRec_Buffer,PUCREC_BUFFER_LEN);
    }
}
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优化

优化原因：

原本第一版的代码每个发送AT指令的函数内容都差不多，比如检查网络状态，检查GPRS服务等，这些函数里不同的只是AT指令，应答，等待时间，除了个别函数如连接TCP服务器会有标志位的置位和定时器的清零等操作，这样相同的代码造成篇幅过长，所以进行修改优化

优化方法：

将各函数相同的代码抽取出来，写成一个独立的函数SendAT_DelayTimer，参数有待发送的AT指令，应答，以及等待时间，要发送什么样的AT指令直接调用这一个函数即可

/*
* @name   SendAT_DelayTimer
* @brief  发送AT指令并等待回答，超时处理
* @param  AT_command：AT指令，Respond_Str：模块回应，TIMER_Value：超时时间
* @retval None   
*/
static void SendAT_DelayTimer(uint8_t* AT_Command,uint8_t* Respond_Str,TIMER_Value_t TIMER_Value)
{
    if(SIM800C_Connect_Error_Flag == FALSE)
    {
        Timer6.usDelay_Timer = 0;
        do
        {
            //DMA接收设置
            SIM800C.DMA_Receive_Set();
            //发送AT指令
            UART2.SendString((uint8_t *)AT_Command);
            //打印信息
            printf(AT_Command);
            //延时，等待接收完毕
            HAL_Delay(1000);
            //打印信息
            printf("%s",UART2.pucRec_Buffer);
            
            //超时处理
            if(Timer6.usDelay_Timer >= TIMER_Value)
            {
                SIM800C.Error();
                break;
            }
        } while (strstr((const char*)UART2.pucRec_Buffer,(const char*)Respond_Str) == NULL);
    }
}
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调用

/*
* @name   TCP_Connect_Server
* @brief  通过TCP连接服务器
* @param  None
* @retval None   
*/
static void TCP_Connect_Server()
{   
    Moudle_Sync_Baud();                                                 //同步波特率
    SendAT_DelayTimer((uint8_t*)ATE0,(uint8_t *)"OK",TIMER_10s);        //关闭回显

    SendAT_DelayTimer((uint8_t*)AT_CPIN,(uint8_t*)"OK",TIMER_10s);      //检查SIM卡状态
    SendAT_DelayTimer((uint8_t*)AT_CCID,(uint8_t*)"OK",TIMER_10s);      //显示ICCID      
    SendAT_DelayTimer((uint8_t*)AT_CREG,(uint8_t*)"0,1",TIMER_2min);    //检查网络状态       
    SendAT_DelayTimer((uint8_t*)AT_CGATT,(uint8_t*)"1",TIMER_2min);     //检查GPRS服务

    SendAT_DelayTimer((uint8_t*)AT_CIPMODE,(uint8_t*)"OK",TIMER_10s);   //设置链接模式为透传模式
    SendAT_DelayTimer((uint8_t*)AT_CSTT,(uint8_t*)"OK",TIMER_10s);      //设置APN连接
    SendAT_DelayTimer((uint8_t*)AT_CSQ,(uint8_t*)"OK",TIMER_10s);       //查看信号强度

    Moudle_Establish_Wireless_Connection();                             //建立无线链路
    SendAT_DelayTimer((uint8_t*)AT_CIFSR,(uint8_t*)".",TIMER_10s);      //获取本地IP地址
    Moudle_Connect_TCP_Server();                                        //连接TCP服务器
    
    if(SIM800C.TCP_Connect_Status == TRUE)
    {
        //需要先关闭串口2的DMA，不然会收到上面DMA的影响，开启DMA接收至空闲中断后收不到服务器信息
        HAL_UART_DMAStop(&huart2);
        //__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2,UART_IT_IDLE);
        //开启DMA接收至空闲中断
        HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2,UART2.pucRec_Buffer,PUCREC_BUFFER_LEN);
    }
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优化结果：

能成功连接上服务器，实验效果与第一版相同

实验效果

系统上电打印初始化信息，然后单片机开始发送AT指令控制SIM8000C模块，同时也会将AT指令发送内容以及模块应答打印到串口1，方便查看调式

发送AT指令：AT+CIPSTART=TCP,115.29.109.104,6510到SIM800C模块，连接公网服务器，返回CONNECT则表示连接服务器成功，Relay Flip是网络调试助手发送的翻转实验板继电器的指令，说明服务器转发信息成功，两个不同IP地址的客户端已经成功通信

网络调试助手可以接收到实验板的SHT30温湿度数据，同时发送Relay Flip可以控制实验板继电器，还有蜂鸣器的指令没演示发送

用手机开启TCP客户端，连接公网服务器，同样的端口号，也会收到实验板的温湿度值，手机发送信息也能控制板子继电器，进一步验证了公网服务器的转发作用，任何客户端连接上这个IP地址和端口号，都会收到其他客户端发送的信息