智能天气时钟项目（一）：ESP32 AT指令集详解与STM32驱动开发

目录

前言

一、为什么选择ESP32作为WiFi模块？

二、ESP32 AT指令集基础

2.1 什么是AT指令？

2.2 常用AT指令分类

三、STM32驱动层设计

3.1 硬件连接

3.2 数据结构设计

3.3 串口初始化

3.4 核心通信函数

3.5 发送命令的统一接口

四、功能模块实现

4.1 模块初始化与Boot等待

4.2 WiFi连接

4.3 WiFi状态查询

4.4 NTP时间获取

4.5 HTTP请求

五、使用示例

六、总结

前言

今天，我们将深入讲解ESP32 AT指令集，并实现STM32与ESP32的通信驱动层。这是整个项目中最关键的部分之一——让STM32通过AT指令控制WiFi模块联网。

一、为什么选择ESP32作为WiFi模块？

在嵌入式开发中，WiFi联网方案主要有以下几种：

对于STM32开发者来说，使用ESP32作为AT指令驱动的WiFi模块是最佳选择：开发简单、稳定性好、成本可控。

二、ESP32 AT指令集基础

2.1 什么是AT指令？

AT指令（Attention Commands）是一种串行通信命令集，最早用于控制调制解调器。ESP32固件通过解析串口接收的AT指令，执行相应操作并返回结果。

发送：AT
返回：OK

2.2 常用AT指令分类

更详细更全面的内容参考以下网站：（ESP-AT用户指南）https://docs.espressif.com/projects/esp-at/zh_CN/latest/esp32/AT_Command_Set/HTTP_AT_Commands.html

三、STM32驱动层设计

3.1 硬件连接

3.2 数据结构设计

// AT指令响应类型 typedef enum { AT_ACK_NONE, // 无匹配 AT_ACK_OK, // 成功 AT_ACK_ERROR, // 失败 AT_ACK_BUSY, // 忙 AT_ACK_READY, // 就绪 } at_ack_t; // 响应匹配表 static const at_ack_match_t at_ack_matches[] = { {AT_ACK_OK, "OK\r\n"}, {AT_ACK_ERROR, "ERROR\r\n"}, {AT_ACK_BUSY, "busy p...\r\n"}, {AT_ACK_READY, "ready\r\n"}, }; // WiFi信息结构体 typedef struct { bool connected; // 连接状态 char ssid[64]; // WiFi名称 char bssid[18]; // MAC地址 int channel; // 信道 int rssi; // 信号强度 } esp_wifi_info_t; // 时间日期结构体 typedef struct { uint16_t year; // 年份 uint8_t month; // 月份 uint8_t day; // 日期 uint8_t weekday; // 星期 uint8_t hour; // 小时 uint8_t minute; // 分钟 uint8_t second; // 秒钟 } esp_date_time_t;

3.3 串口初始化

static void esp_at_usart_init(void) { // 1. 配置USART2参数 USART_InitTypeDef USART_InitStructure; USART_StructInit(&USART_InitStructure); USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200; // ESP8266/32默认波特率 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; // 2. 配置GPIO复用功能 GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_USART2); GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_USART2); // 3. 初始化GPIO GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_High_Speed; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 4. 使能USART2 USART_Init(USART2, &USART_InitStructure); USART_Cmd(USART2, ENABLE); }

3.4 核心通信函数

发送AT指令：

static void esp_at_usart_write(const char *data) { // 发送数据 while (data && *data) { while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET); USART_SendData(USART2, *data++); } // 发送换行符 \r\n while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET); USART_SendData(USART2, '\r'); while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET); USART_SendData(USART2, '\n'); }

等待并解析响应：

static at_ack_t esp_at_usart_wait_receive(uint32_t timeout) { uint32_t rxlen = 0; const char *line = rxbuf; uint64_t start = cpu_get_ms(); rxbuf[0] = '\0'; while (rxlen < sizeof(rxbuf) - 1) { // 等待数据 while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_RXNE) == RESET) { if (cpu_get_ms() - start >= timeout) return AT_ACK_NONE; } // 接收一个字节 rxbuf[rxlen++] = USART_ReceiveData(USART2); rxbuf[rxlen] = '\0'; // 收到换行符，尝试匹配响应 if (rxbuf[rxlen - 1] == '\n') { at_ack_t ack = match_internal_ack(line); if (ack != AT_ACK_NONE) return ack; line = rxbuf + rxlen; } } return AT_ACK_NONE; }

3.5 发送命令的统一接口

bool esp_at_write_command(const char *command, uint32_t timeout) { #if ESP_AT_DEBUG printf("[DEBUG] Send: %s\n", command); #endif // 发送命令 esp_at_usart_write(command); // 等待响应 at_ack_t ack = esp_at_usart_wait_receive(timeout); #if ESP_AT_DEBUG printf("[DEBUG] Response:\n%s\n", rxbuf); #endif return ack == AT_ACK_OK; }

四、功能模块实现

4.1 模块初始化与Boot等待

ESP32上电后需要一定时间启动，通过循环发送"AT"指令检测模块是否就绪：

static bool esp_at_wait_boot(uint32_t timeout) { for (int t = 0; t < timeout; t += 100) { if (esp_at_write_command("AT", 100)) return true; } return false; } bool esp_at_init(void) { esp_at_usart_init(); // 等待模块启动 if (!esp_at_wait_boot(3000)) return false; // 恢复出厂设置 if (!esp_at_write_command("AT+RESTORE", 2000)) return false; // 等待模块就绪 if (!esp_at_wait_ready(5000)) return false; return true; }

4.2 WiFi连接

bool esp_at_wifi_init(void) { // 设置为Station模式 return esp_at_write_command("AT+CWMODE=1", 2000); } bool esp_at_connect_wifi(const char *ssid, const char *pwd, const char *mac) { if (ssid == NULL || pwd == NULL) return false; char cmd[128]; int len = snprintf(cmd, sizeof(cmd), "AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"", ssid, pwd); if (mac) snprintf(cmd + len, sizeof(cmd) - len, ",\"%s\"", mac); return esp_at_write_command(cmd, 5000); }

4.3 WiFi状态查询

static bool parse_cwstate_response(const char *response, esp_wifi_info_t *info) { response = strstr(response, "+CWSTATE:"); if (response == NULL) return false; int wifi_state; if (sscanf(response, "+CWSTATE:%d,\"%63[^\"]", &wifi_state, info->ssid) != 2) return false; info->connected = (wifi_state == 2); return true; } bool esp_at_get_wifi_info(esp_wifi_info_t *info) { if (!esp_at_write_command("AT+CWSTATE?", 2000)) return false; if (!parse_cwstate_response(esp_at_get_response(), info)) return false; // 如果已连接，获取详细信息 if (info->connected) { if (!esp_at_write_command("AT+CWJAP?", 2000)) return false; sscanf(esp_at_get_response(), "+CWJAP:\"%63[^\"]\",\"%17[^\"]\",%d,%d", info->ssid, info->bssid, &info->channel, &info->rssi); } return true; }

4.4 NTP时间获取

bool esp_at_sntp_init(void) { // 配置NTP服务器，8表示自动更新 return esp_at_write_command("AT+CIPSNTPCFG=1,8", 2000); } static bool parse_cipsntptime_response(const char *response, esp_date_time_t *date) { char weekday_str[8], month_str[4]; response = strstr(response, "+CIPSNTPTIME:"); if (sscanf(response, "+CIPSNTPTIME:%3s %3s %hhu %hhu:%hhu:%hhu %hu", weekday_str, month_str, &date->day, &date->hour, &date->minute, &date->second, &date->year) != 7) return false; date->weekday = weekday_str_to_num(weekday_str); date->month = month_str_to_num(month_str); return true; } bool esp_at_sntp_get_time(esp_date_time_t *date) { if (!esp_at_write_command("AT+CIPSNTPTIME?", 2000)) return false; return parse_cipsntptime_response(esp_at_get_response(), date); }

4.5 HTTP请求

const char *esp_at_http_get(const char *url) { char *txbuf = rxbuf; snprintf(txbuf, sizeof(rxbuf), "AT+HTTPCLIENT=2,1,\"%s\",,,2", url); bool ret = esp_at_write_command(txbuf, 5000); return ret ? esp_at_get_response() : NULL; }

五、使用示例

int main(void) { esp_wifi_info_t wifi; esp_date_time_t time; // 1. 初始化ESP模块 if (!esp_at_init()) { printf("ESP module init failed!\r\n"); while(1); } // 2. 配置WiFi模式 esp_at_wifi_init(); // 3. 连接WiFi if (esp_at_connect_wifi("MyWiFi", "12345678", NULL)) printf("WiFi connected!\r\n"); // 4. 获取WiFi信息 esp_at_get_wifi_info(&wifi); printf("SSID: %s, RSSI: %d\r\n", wifi.ssid, wifi.rssi); // 5. 初始化NTP esp_at_sntp_init(); // 6. 获取网络时间 if (esp_at_sntp_get_time(&time)) printf("Time: %04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\r\n", time.year, time.month, time.day, time.hour, time.minute, time.second); // 7. HTTP请求天气数据 const char *weather = esp_at_http_get("http://api.weather.com/v1/current"); if (weather) printf("Weather: %s\r\n", weather); while(1); }

结果展示：

六、总结

本章我们系统讲解了ESP32 AT指令集的基础知识，并完整实现了STM32与ESP32的串口通信驱动层。我们从硬件连接开始，逐步完成了串口初始化、AT指令发送、响应解析等核心函数，并在此基础上封装了WiFi连接、状态查询、NTP时间获取和HTTP请求等实用功能模块。通过本章的学习，你已经掌握了使用AT指令控制ESP32进行网络通信的全部技术要点，后续章节我们将把这些功能与LCD显示结合起来，实现天气数据的实时获取和展示。