SmartPetFeeder_STM32/wex_small

智能宠物喂食器 - MQTT 通信协议

概述

本文档描述智能宠物喂食器微信小程序与 STM32 单片机之间的 MQTT 通信协议。

MQTT 连接配置

• Broker 地址: 根据实际情况配置
• Broker 端口: 根据实际情况配置（通常为 1883 或 8883）
• 连接方式: TLS 加密连接（推荐）
• 客户端 ID: 自动生成

主题列表

主题	方向	说明
petfeeder/sensor	STM32 → 小程序	传感器数据上报
petfeeder/status	STM32 → 小程序	设备状态上报
petfeeder/control	小程序 → STM32	控制指令下发
petfeeder/config	小程序 → STM32	配置参数下发

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一、传感器数据上报

Topic: petfeeder/sensor 方向: STM32 → 小程序 频率: 建议每 30 秒上报一次，或数据变化时立即上报

数据格式

{
  "temperature": 25.5,
  "humidity": 60,
  "foodWeight": 500,
  "waterLevel": 1
}

字段说明

字段	类型	范围/值	说明
temperature	Float	-20~100	温度，单位：°C
humidity	Integer	0~100	湿度，单位：%
foodWeight	Integer	0~5000	食物重量，单位：克
waterLevel	Integer	0 或 1	水位状态：0=缺水，1=满水

示例代码（STM32 C）

// 构造传感器数据 JSON
void send_sensor_data(float temp, int hum, int weight, int water) {
    char payload[128];
    snprintf(payload, sizeof(payload),
        "{\"temperature\":%.1f,\"humidity\":%d,\"foodWeight\":%d,\"waterLevel\":%d}",
        temp, hum, weight, water);
    
    // 发布到 MQTT broker
    mqtt_publish("petfeeder/sensor", payload);
}

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二、设备状态上报

Topic: petfeeder/status 方向: STM32 → 小程序 触发: 设备状态变化时上报，或小程序主动查询时上报

数据格式

{
  "mode": "auto"
}

字段说明

字段	类型	可选值	说明
mode	String	auto | manual	运行模式：auto=自动模式，manual=手动模式

示例代码（STM32 C）

// 发送状态数据
void send_device_status(const char* mode) {
    char payload[64];
    snprintf(payload, sizeof(payload), "{\"mode\":\"%s\"}", mode);
    
    mqtt_publish("petfeeder/status", payload);
}

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三、控制指令下发

Topic: petfeeder/control 方向: 小程序 → STM32

3.1 手动喂食指令

{
  "action": "feed",
  "amount": 50,
  "timestamp": "2024-01-01T12:00:00.000Z"
}

字段	类型	说明
action	String	固定值 "feed"
amount	Integer	喂食重量，单位：克
timestamp	String	ISO 8601 时间戳（可选）

STM32 处理逻辑: 控制舵机或电机转动，投放指定重量的食物

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3.2 手动补水指令

{
  "action": "addWater",
  "timestamp": "2024-01-01T12:00:00.000Z"
}

字段	类型	说明
action	String	固定值 "addWater"
timestamp	String	ISO 8601 时间戳（可选）

STM32 处理逻辑: 控制水泵工作，向水箱注水

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3.3 设置运行模式

{
  "action": "setMode",
  "mode": "auto",
  "timestamp": "2024-01-01T12:00:00.000Z"
}

字段	类型	可选值	说明
action	String	固定值 "setMode"
mode	String	auto | manual	要设置的模式
timestamp	String	ISO 8601 时间戳（可选）

STM32 处理逻辑: 更新设备的运行模式状态

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3.4 查询设备状态

{
  "action": "getStatus",
  "timestamp": "2024-01-01T12:00:00.000Z"
}

字段	类型	说明
action	String	固定值 "getStatus"
timestamp	String	ISO 8601 时间戳（可选）

STM32 处理逻辑: 立即发送当前状态到 petfeeder/status 主题

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四、配置参数下发

Topic: petfeeder/config 方向: 小程序 → STM32

数据格式

{
  "feedTimes": ["08:00", "18:00"],
  "singleFeedWeight": 50
}

字段说明

字段	类型	说明
feedTimes	Array<String>	喂食时间点数组，格式 HH:MM，最多2个时间点
singleFeedWeight	Integer	单次喂食重量，单位：克

STM32 处理逻辑

1. 解析 feedTimes 数组，提取时间点
2. 存储到 RTC 或内部 Flash
3. 设置 RTC 闹钟，在指定时间触发自动喂食
4. 根据 singleFeedWeight 控制喂食量

示例代码（STM32 C）

// 解析配置数据
void handle_config(const char* payload) {
    // 使用 JSON 解析库（如 cJSON）解析 payload
    // 提取 feedTimes 和 singleFeedWeight
    
    // 示例：存储喂食时间
    char time1[8] = {0};
    char time2[8] = {0};
    int weight = 50;
    
    // 解析 JSON（使用 cJSON）
    cJSON* root = cJSON_Parse(payload);
    cJSON* feedTimes = cJSON_GetObjectItem(root, "feedTimes");
    if (feedTimes && cJSON_IsArray(feedTimes)) {
        if (cJSON_GetArraySize(feedTimes) >= 1) {
            strcpy(time1, cJSON_GetArrayItem(feedTimes, 0)->valuestring);
        }
        if (cJSON_GetArraySize(feedTimes) >= 2) {
            strcpy(time2, cJSON_GetArrayItem(feedTimes, 1)->valuestring);
        }
    }
    
    cJSON* weightItem = cJSON_GetObjectItem(root, "singleFeedWeight");
    if (weightItem) {
        weight = weightItem->valueint;
    }
    
    // 设置 RTC 闹钟
    set_alarm(time1, weight);
    if (strlen(time2) > 0) {
        set_alarm(time2, weight);
    }
    
    cJSON_Delete(root);
}

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五、STM32 MQTT 订阅列表

STM32 需要订阅以下主题以接收小程序指令：

主题	说明
petfeeder/control	接收控制指令
petfeeder/config	接收配置参数

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六、通信流程示例

6.1 自动喂食流程

1. STM32 启动后连接 MQTT Broker
2. STM32 订阅 petfeeder/control 和 petfeeder/config
3. STM32 定时上报传感器数据到 petfeeder/sensor
4. RTC 闹钟触发时间到
5. STM32 自动喂食（投放 singleFeedWeight 克食物）
6. STM32 上报新的 foodWeight 到 petfeeder/sensor

6.2 手动喂食流程

1. 用户在小程序点击"喂食"按钮
2. 小程序发送控制指令到 petfeeder/control
3. STM32 收到 feed 指令
4. STM32 控制舵机投放指定重量的食物
5. STM32 更新 foodWeight 并上报到 petfeeder/sensor

6.3 模式切换流程

1. 用户在小程序切换模式开关
2. 小程序发送 setMode 指令到 petfeeder/control
3. STM32 收到指令，更新运行模式
4. STM32 发送新的 mode 状态到 petfeeder/status
5. 小程序更新界面显示

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七、STM32 建议实现

7.1 定时任务

• 传感器上报: 每 30 秒上报一次传感器数据
• 心跳保持: 每 60 秒发送一次 MQTT PING
• 状态检查: RTC 中断检查是否到达喂食时间

7.2 硬件接口

功能	硬件接口	说明
温度传感器	ADC/DHT22	温度采集
湿度传感器	ADC/DHT22	湿度采集
食物重量	ADC/称重模块	称重传感器
水位检测	GPIO/ADC	水位开关或浮子传感器
喂食执行	PWM/GPIO	舵机或步进电机
补水执行	GPIO	水泵控制
RTC	内部RTC/DS3231	实时时钟，用于定时喂食

7.3 JSON 解析库推荐

STM32 可使用以下 JSON 库：

• cJSON: 轻量级，资源占用小
• Jansson: 功能完整，稍大
• ArduinoJson: 如果使用 Arduino 框架

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八、调试建议

8.1 MQTT 测试工具

使用以下工具测试通信协议：

• MQTTX: 跨平台 MQTT 客户端
• mosquitto_pub/sub: 命令行工具

8.2 测试步骤

1. STM32 上电后，用 MQTTX 订阅 petfeeder/sensor
2. 检查传感器数据是否正确上报
3. 用 MQTTX 发布测试消息到 petfeeder/control
4. 验证 STM32 是否正确响应指令
5. 打开小程序，测试完整功能

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九、注意事项

1. JSON 格式: 所有 MQTT 消息必须是有效的 JSON 格式
2. 时间格式: timestamp 使用 ISO 8601 标准格式
3. 错误处理: STM32 应校验接收到的 JSON 格式，避免解析错误
4. 断线重连: MQTT 断线后自动重连，重连后重新上报状态
5. 数据范围: 传感器数据应在合理范围内，避免异常值
6. 喂食保护: 避免短时间内重复喂食，设置最小间隔（如 10 分钟）

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十、版本历史

版本	日期	说明
v1.0	2024-02-10	初始版本

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联系与反馈

如有问题或建议，请通过以下方式联系：

• 项目地址: [项目 GitHub 链接]
• Issue: [GitHub Issues]