ESP8266 WiFi物联网智能插座—上位机和下位机通信协议
ESP8266 WiFi物联网智能插座—上位机和下位机通信协议
不脱发的程序猿
发布于 2023-09-24 00:19:37
发布于 2023-09-24 00:19:37
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本项目自定义了一套上位机和下位机通信协议，协议并不复杂，包含：配置节点、控制节点继电器开关、节点周期上报数据、升级节点和重启节点功能。
在讲解通信协议前，需要先了解下位机的4种运行模式，在不同的运行模式下，上位机可以对下位机有不同的功能权限，如下图所示：
- 只有在运行模式下，上位机才可以切换到其他几种模式，其他模式无法执行切换模式操作。
- 只有在运行模式下，上位机才可以控制继电器开关，其他模式无法控制继电器。
1、配置节点协议
配置节点是配置节点的ID、硬件版本、软件版本、出厂时间等信息，只有节点处于运行模式下发配置节点指令才有效。
配置节点前需要先下发指令将节点从运行模式到配置模式，默认上电后，节点处于运行模式，协议如下所示：
软件定义数据结构如下所示：
// WiFi接收数据帧，控制切换模式
#pragma pack(1)
typedef struct receive_data_mode_t
{
uint8_t device_head; // 数据帧头：0XA0+功能码（FUNCTION_ID3），A款产品智能插座
uint16_t device_len; // 数据包总长度
uint16_t device_id; // 节点ID 0X0001~0XFFFE
char software_version[15]; // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
char hardware_version[15]; // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
uint8_t switch_mode; // 切换模式 0：运行模式，1：配置模式，2：节点升级，3：节点重启
uint16_t crc; // 校验位
}ReceiveData_Mode_t;
#pragma pack()节点接收到切换模式指令，处理完成后，回复ACK响应，协议如下所示：
软件定义数据结构如下所示：
// WiFi发送数据帧，节点响应状态
#pragma pack(1)
typedef struct send_state_t
{
uint8_t device_head; // 数据帧头：0XA0+功能码（FUNCTION_ID2），A款产品智能插座
uint16_t device_len; // 数据包总长度
uint16_t device_id; // 节点ID 0X0001~0XFFFE
char software_version[15]; // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
char hardware_version[15]; // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
uint8_t state_id; // 功能码+响应码（0：响应成功，1：响应失败）
uint16_t crc; // 校验位
}SendState_t;
#pragma pack()此时，节点处于配置模式下，可以接收上位机下发的配置指令，协议如下所示：
软件定义数据结构如下所示：
// WiFi接收数据帧，更新节点配置参数
#pragma pack(1)
typedef struct receive_config_t
{
uint8_t device_old_head; // 数据帧头：0XA0+功能码（FUNCTION_ID4），A款产品智能插座
uint16_t device_len; // 数据包总长度
uint16_t device_old_id; // 节点ID 0X0001~0XFFFE
uint8_t device_config_type; // 0：默认配置，配置信息为后面的参数，1：恢复出厂设置，后面的参数均无效，可以为空
uint8_t device_new_head; // 需要更新的数据帧头
uint16_t device_new_id; // 需要更新的节点ID 0X0001~0XFFFE
char software_version[15]; // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
char hardware_version[15]; // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
char release_time[10]; // 出厂时间 2023-01-01
uint16_t upload_cycle; // 节点数据上传服务器周期时间，单位秒
uint16_t sample_cycle; // 节点采样周期时间（电参采样），单位毫秒
char wifi_ssid[64]; // WiFi SSID
char wifi_password[64]; // WiFi密码
char server_ip[64]; // 服务器IP/网址
uint16_t server_port; // 服务器端口
uint16_t crc; // 校验位
}ReceiveConfig_t;
#pragma pack()节点接收到配置指令，处理完成后，回复ACK响应，协议如下所示：
软件定义数据结构如下所示：
// WiFi发送数据帧，节点响应状态
#pragma pack(1)
typedef struct send_state_t
{
uint8_t device_head; // 数据帧头：0XA0+功能码（FUNCTION_ID2），A款产品智能插座
uint16_t device_len; // 数据包总长度
uint16_t device_id; // 节点ID 0X0001~0XFFFE
char software_version[15]; // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
char hardware_version[15]; // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
uint8_t state_id; // 功能码+响应码（0：响应成功，1：响应失败）
uint16_t crc; // 校验位
}SendState_t;
#pragma pack()2、控制节点继电器开关协议
上位机下发指令控制节点继电器开关，只有节点处于运行模式下发控制节点继电器开关指令才有效，协议如下所示：
软件定义数据结构如下所示：
// WiFi接收数据帧，控制继电器
#pragma pack(1)
typedef struct receive_data_control_t
{
uint8_t device_head; // 数据帧头：0XA0+功能码（FUNCTION_ID5），A款产品智能插座
uint16_t device_len; // 数据包总长度
uint16_t device_id; // 节点ID 0X0001~0XFFFE
char software_version[15]; // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
char hardware_version[15]; // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
uint8_t relay_state; // 继电器开/关状态 0：继电器关闭，1：继电器开启
uint16_t crc; // 校验位
}ReceiveData_Control_t;
#pragma pack()节点接收到控制继电器指令，处理完成后，回复ACK响应，协议如下所示：
软件定义数据结构如下所示：
// WiFi发送数据帧，节点响应状态
#pragma pack(1)
typedef struct send_state_t
{
uint8_t device_head; // 数据帧头：0XA0+功能码（FUNCTION_ID2），A款产品智能插座
uint16_t device_len; // 数据包总长度
uint16_t device_id; // 节点ID 0X0001~0XFFFE
char software_version[15]; // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
char hardware_version[15]; // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
uint8_t state_id; // 功能码+响应码（0：响应成功，1：响应失败）
uint16_t crc; // 校验位
}SendState_t;
#pragma pack()3、节点周期上报数据协议
节点处于运行模式会周期上报数据，协议如下所示：
软件定义数据结构如下所示：
// WiFi发送数据帧，节点数据
#pragma pack(1)
typedef struct send_data_t
{
uint8_t device_head; // 数据帧头：0XA0+功能码（FUNCTION_ID1），A款产品智能插座
uint16_t device_len; // 数据包总长度
uint16_t device_id; // 节点ID 0X0001~0XFFFE
char software_version[15]; // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
char hardware_version[15]; // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
char release_time[10]; // 出厂时间 2023-01-01
char run_time[12]; // 负载有效运行时间 时-分-秒：123456-01-01
uint16_t upload_cycle; // 节点数据上传服务器周期时间，单位秒
uint16_t sample_cycle; // 节点采样周期时间（电参采样），单位毫秒
uint8_t relay_state; // 继电器开/关状态 0：继电器关闭，1：继电器开启
float voltage; // 电压
float current; // 电流
float power; // 功率
float electricity; // 电量
uint16_t crc; // 校验位
}SendData_t;
#pragma pack()上位机接收到周期上报数据协议不做响应。
4、升级节点协议
配置节点前需要先下发指令将节点从运行模式到升级模式，默认上电后，节点处于运行模式，协议如下所示：
软件定义数据结构如下所示：
// WiFi接收数据帧，控制切换模式
#pragma pack(1)
typedef struct receive_data_mode_t
{
uint8_t device_head; // 数据帧头：0XA0+功能码（FUNCTION_ID3），A款产品智能插座
uint16_t device_len; // 数据包总长度
uint16_t device_id; // 节点ID 0X0001~0XFFFE
char software_version[15]; // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
char hardware_version[15]; // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
uint8_t switch_mode; // 切换模式 0：运行模式，1：配置模式，2：节点升级，3：节点重启
uint16_t crc; // 校验位
}ReceiveData_Mode_t;
#pragma pack()节点接收到切换模式指令，回复ACK响应，协议如下所示：
软件定义数据结构如下所示：
// WiFi发送数据帧，节点响应状态
#pragma pack(1)
typedef struct send_state_t
{
uint8_t device_head; // 数据帧头：0XA0+功能码（FUNCTION_ID2），A款产品智能插座
uint16_t device_len; // 数据包总长度
uint16_t device_id; // 节点ID 0X0001~0XFFFE
char software_version[15]; // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
char hardware_version[15]; // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
uint8_t state_id; // 功能码+响应码（0：响应成功，1：响应失败）
uint16_t crc; // 校验位
}SendState_t;
#pragma pack()此时，节点处于升级模式下，可以接收上位机下发的升级指令，协议如下所示：
软件定义数据结构如下所示：
// WiFi发送升级IP和端口
#pragma pack(1)
typedef struct send_updata_state_t
{
uint8_t device_head; // 数据帧头：0XA0+功能码（FUNCTION_ID6），A款产品智能插座
uint16_t device_len; // 数据包总长度
uint16_t device_id; // 节点ID 0X0001~0XFFFE
char software_version[15]; // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
char hardware_version[15]; // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
char updata_ip[64]; // 升级IP/网址
uint16_t updata_port; // 升级端口
uint16_t crc; // 校验位
}SendUpdata_t;
#pragma pack()节点接收到升级指令，先回复ACK响应，然后跳转升级功能，协议如下所示：
软件定义数据结构如下所示：
// WiFi发送数据帧，节点响应状态
#pragma pack(1)
typedef struct send_state_t
{
uint8_t device_head; // 数据帧头：0XA0+功能码（FUNCTION_ID2），A款产品智能插座
uint16_t device_len; // 数据包总长度
uint16_t device_id; // 节点ID 0X0001~0XFFFE
char software_version[15]; // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
char hardware_version[15]; // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
uint8_t state_id; // 功能码+响应码（0：响应成功，1：响应失败）
uint16_t crc; // 校验位
}SendState_t;
#pragma pack()5、重启节点
重启节点前需要先下发指令将节点从运行模式到重启模式，默认上电后，节点处于运行模式，协议如下所示：
软件定义数据结构如下所示：
// WiFi接收数据帧，控制切换模式
#pragma pack(1)
typedef struct receive_data_mode_t
{
uint8_t device_head; // 数据帧头：0XA0+功能码（FUNCTION_ID3），A款产品智能插座
uint16_t device_len; // 数据包总长度
uint16_t device_id; // 节点ID 0X0001~0XFFFE
char software_version[15]; // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
char hardware_version[15]; // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
uint8_t switch_mode; // 切换模式 0：运行模式，1：配置模式，2：节点升级，3：节点重启
uint16_t crc; // 校验位
}ReceiveData_Mode_t;
#pragma pack()节点接收到切换模式指令，先回复ACK响应，然后就会重启，协议如下所示：
软件定义数据结构如下所示：
// WiFi发送数据帧，节点响应状态
#pragma pack(1)
typedef struct send_state_t
{
uint8_t device_head; // 数据帧头：0XA0+功能码（FUNCTION_ID2），A款产品智能插座
uint16_t device_len; // 数据包总长度
uint16_t device_id; // 节点ID 0X0001~0XFFFE
char software_version[15]; // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
char hardware_version[15]; // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
uint8_t state_id; // 功能码+响应码（0：响应成功，1：响应失败）
uint16_t crc; // 校验位
}SendState_t;
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