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 08:19:37

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发布于 2023-09-24 08:19:37

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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;
#pragma pack()

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