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【STM32F407的DSP教程】第10章Matlab的WIFI通信实现

原作者: [db:作者] 来自: [db:来源] 收藏 邀请

完整版教程下载地址：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=94547

本章节主要为大家讲解Matlab的WIFI方式波形数据传输和后期数据分析功能，非常实用。

10.1 初学者重要提示

10.2 程序设计框架

10.3 实验操作步骤

10.4 下位机STM32F4程序设计

10.5 上位机Matlab程序设计

10.6 实验例程说明（MDK）

10.7 实验例程说明（IAR）

10.8 总结

 

 

10.1 初学者重要提示

1、  测试本章节例程注意事项。

  •  请优先运行开发板，然后运行matlab。

2、 测试使用前，务必优先看本章第3小节。

10.2 程序设计框架

WIFI模块用的ESP8266，串口通信方式。Matlab端是作为TCP客户端，而WIFI模块是作为TCP服务器。上位机和下位机的程序设计框架如下：

 

10.3 实验操作步骤

由于要用到WIFI模块，非常有必要把实验操作步骤说一下，主要是考虑到一些用户没有用过WIFI。

注意：务必要保证WIFI模块和电脑在同一个局域网内。

10.3.1        第1步，WIFI模块的插入位置

 

10.3.2        第2步，串口打印的操作说明

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。

注：注意截图里面的注释说明。

10.3.3        第3步，K1按键按下后，会打印附近的WIF热点

特别注意自己用的WIFI热点是否在识别出来的WIFI列表里面。

 

10.3.4        第4步，K2按键按下后，加入其中一个WIFI热点

本章配套程序的main.c文件有如下一段代码：

case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下, 加入某个WIFI 网络*/
    g_TCPServerOk = 0;
    ret = ESP8266_JoinAP("Netcore_7378CB", "512464265", 15000);
    if(ret == 1)
    {
       printf("\r\nJoinAP Success\r\n");
    }
    else
    {
        printf("\r\nJoinAP fail\r\n");                    
    }
    
    break;

Netcore_7378CB是热点名，而512464265是密码。需要大家根据自己的情况设置。

加入一次即可，以后上电会自动加入。

 

10.3.5        第5步，摇杆上键打印WIFI获取的IP地址

这个IP地址要记住，因为Matlab上位机要使用。

 

当前从WIFI热点获取的IP是192.168.1.5。

10.3.6        第6步，摇杆左键创建一个TCP服务器，端口号1001

打印CreateTCP Success的话，表示创建成功：

 

10.3.7        第7步，摇杆右键进入Matlab通信状态

这里只是设置一下状态标志，方便进入Matlab通信程序：

 

10.3.8        第8步，修改Matlab上位机程序的服务器地址

将第5步获取的IP地址填写到上位机程序：

%**********************************************************************************************************

%连接远程服务器，IP地址192.168.1.5，端口号1001。
t = tcpclient('192.168.1.5', 1001);

10.3.9        第9步，最有一步，运行matlab上位机程序

M文件的程序代码在例子V5-205_Matlab的WIFI波形刷新和数据分析m文件里面。M文件的运行方法在第4章的4.2小节有详细说明。

注意，测试程序时，先将板子上电，也就是先把服务器创建好，然后运行matlab程序。

10.4 下位机STM32F4程序设计

STM32F4端的程序设计思路。

10.4.1        第1步，发送的数据格式

数据格式比较简单，创建了5个uint16_t类型的数据：

uint16_t SendDATA[5];

10.4.2        第2步，接收同步信号$并发送数据

Matlab发送同步信号$（ASCII编码值是36）给开发板。

int main(void)
{
    /* 省略未写，仅留下关键代码 */

    /* 进入主程序循环体 */
    while (1)
    {

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */  
            bsp_LedToggle(2);
        }

         if (g_TCPServerOk == 1)
        {
            cmd_len = ESP8266_RxNew(cmd_buf, &tcpid);
            if(cmd_len >0)
            {
                 printf("\r\n接收到数据长度 = %d\r\n远程ID =%d\r\n数据内容=%s\r\n", 
cmd_len, tcpid, cmd_buf);
                
                /* 检索matlab发送过来的同步帧字符$，对应的ASCII数值是36 */
                if(strchr((char *)cmd_buf, 36))
                {
                    /* 回复同步帧$ */
                    ESP8266_SendTcpUdp(tcpid, (uint8_t *)&SyncData, 1);
                    bsp_DelayMS(10);
                    SendDATA[0] = rand()%65536;
                    SendDATA[1] = rand()%65536;
                    SendDATA[2] = rand()%65536;
                    SendDATA[3] = rand()%65536;
                    SendDATA[4] = rand()%65536;
                    
                    /* 发送数据，10个字节 */
                    ESP8266_SendTcpUdp(tcpid, (uint8_t *)SendDATA, 10);
                    printf("找到了相应的字符串\r\n");
                }
                else
                {
                    printf("没有找到了相应的字符串\r\n");
                }
            }
        }
    }
}

通过函数ESP8266_RxNew获取串口接收到的数据，如果数值是36（对应的ASCII字符是$），说明接收到Matlab发送过来的同步信号了。然后再通过函数ESP8266_SendTcpUdp回应一个同步字符$。

回复完毕后，迟了10ms再发数据给matlab，主要是因为matlab的波形刷新有点快，程序这里每发送给matlab一次数据，matlab就会刷新一次，10ms就相当于100Hz的刷新率，也会有一定的闪烁感。

通过这两步就完成了STM32H7端的程序设计。

10.5 上位机Matlab程序设计

Matlab端的程序设计要略复杂些，需要大家理解matlab端的API。具体说明可以看如下地址：

http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=94598 。

10.5.1        第1步，配置TCP客户端

下面操作是配置TCP客户端连接服务器：

%*********************************************************************************************************

%连接远程服务器，IP地址192.168.1.5，端口号1001。
t = tcpclient('192.168.1.5', 1001);

务必要根据本章3.5小节获取的IP地址进行配置。

10.5.2        第2步，相关变量设置

程序里面对这些变量的注释已经比较详细：

AxisMax =  65536;    %坐标轴最大值
AxisMin = -65536;    %坐标轴最小值
window_width = 800;  %窗口宽度

g_Count =0;          %接收到的数据计数
SOF = 0;             %同步帧标志
AxisValue = 1;       %坐标值
RecDataDisp = zeros(1,100000); %开辟100000个数据单元，用于存储接收到的数据。
RecData = zeros(1,100);        %开辟100个数据单元，用于数据处理。
Axis = zeros(1,100000);        %开辟100000个数据单元，用于X轴。

window = window_width * (-0.9); %窗口X轴起始坐标
axis([window, window + window_width, AxisMin, AxisMax]); %设置窗口坐标范围

%子图1显示串口上传的数据
subplot(2,1,1); 
grid on;
title('串口数据接收');
xlabel('时间');
ylabel('数据');

%子图2显示波形的幅频响应
subplot(2,1,2);
grid on;
title( 'FFT');
xlabel( '频率');
ylabel( '幅度');

Fs = 100;       % 采样率
N = 50;         % 采样点数
n = 0:N-1;      % 采样序列
f = n * Fs / N; %真实的频率

这里有以下几点需要大家了解：

  •   变量RecDataDisp，RecData和Axis

这几个变量专门开辟好了数据空间，防止matlab警告和刷新波形慢的问题，大家根据需要可以进行加大。

  •  采样率Fs = 100和采样点数N = 50

这个地方要根据实际的情况进行设置。

10.5.3        第3步，数据同步部分

这部分代码比较关键，matlab先发送同步信号$出去，然后等待开发板回复同步信号$，并读取本次通信的数据。

%设置同步信号标志， = 1表示接收到下位机发送的同步帧
SOF = 0;

%发送同步帧，36对应字符'$'
data(1) = 36;
write(t, data(1));

%读取返回值
RecData = read(t,1,'uint8');

%如果检索到$，读取10个字节的数据，也就是5个uint16的数据
if(RecData == 36)
    RecData = read(t, 5, 'uint16');
    SOF =1;
    StartData = 0;
end

这里有以下几点需要大家了解：

  •   函数write(t, data(1))

用于发送同步信号$（ASCII值是36）。

  •   函数read(t,1,'uint8')

读取1个uint8类型的数据，也就是1个字节。

  •   函数if(RecData == 36)

检查接收到的数据是否是同步信号$。如果是$，继续读取10个字节的数据，也就是5个uint16的数据。

10.5.4        第4步，显示串口上传的数据

下面matlab的数据显示波形

%更新接收到的数据波形
if(SOF == 1)
    %更新数据
    RecDataDisp(AxisValue) =  RecData(1);
    RecDataDisp(AxisValue + 1) =  RecData(2);
    RecDataDisp(AxisValue + 2) =  RecData(3);
    RecDataDisp(AxisValue + 3) =  RecData(4);
    RecDataDisp(AxisValue + 4) =  RecData(5);
    
    %更新X轴
    Axis(AxisValue) = AxisValue;
    Axis(AxisValue + 1) = AxisValue + 1;
    Axis(AxisValue + 2) = AxisValue + 2;
    Axis(AxisValue + 3) = AxisValue + 3;
    Axis(AxisValue + 4) = AxisValue + 4;

    %更新变量
    AxisValue = AxisValue + 5;
    g_Count = g_Count + 5;
    
    %绘制波形
    subplot(2,1,1);
    plot(Axis(1:AxisValue-1),  RecDataDisp(1:AxisValue-1), 'r');
    window = window + 5;
    axis([window, window + window_width, AxisMin, AxisMax]);
    grid on;
    title('串口数据接收');
    xlabel('时间');
    ylabel('数据');
    drawnow
end

这里有以下几点需要大家了解：

  •   数组RecDataDisp，RecData和Axis

这里要尤其注意，matlab的数组索引是从1开始的，也是开头直接定义AxisValue = 1的原因。

  •   函数plot

这里plot的实现尤其重要，务必要注意坐标点和数值个数要匹配。

10.5.5        第5步，FFT数据展示

FFT部分会在在后面章节为大家详细讲解，这里也做个说明，这里是每接收够50个数据，做一次FFT：

if(g_Count== 50)
   subplot(2,1,2); 
   %对原始信号做 FFT 变换
   y = fft(RecDataDisp(AxisValue-50:AxisValue-1), 50); 
   
   %求 FFT 转换结果的模值
   Mag = abs(y)*2/N;  
   
   %绘制幅频相应曲线
   plot(f, Mag, 'r'); 
   grid on;
   title( 'FFT');
   xlabel( '频率');
   ylabel( '幅度');
   g_Count = 0;
   drawnow
end

10.6 实验例程说明（MDK）

配套例子：

V5-204_Matlab的WIFI通信实现

实验目的：

  1. 学习matlab的串口数据通信。

实验内容：

  1. K1键  : 列举AP，就是WIFI热点;
  2. K2键  : 加入AP，就是加入WIFI热点;
  3. K3键  : 9600波特率切换到115200,并设置为Station模式;
  4. 摇杆上键  : AT+CIFSR获取本地IP地址;
  5. 摇杆下键  : AT+CIPSTATUS获得IP连接状态;
  6. 摇杆左键  : AT+CIPSTART建立TCP服务器;
  7. 摇杆右键  : 进入Maltab数据通信状态;

使用AC6注意事项

特别注意附件章节C的问题。

上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1

 

Matlab的上位机效果：

 

程序设计：

  系统栈大小分配：

 

  硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 
       STM32F407 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到168MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder：
       - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
       - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */        

    bsp_InitESP8266();    /* 配置ESP8266模块相关的资源 */
}

  主功能：

主程序实现如下操作：

  •  接收matlab发送过来的同步信号，并回一个同步信号后，传输相应的数据过去
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参：无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    uint8_t ucValue;
    uint8_t ret;
    uint8_t SyncData = 36;
    uint16_t SendDATA[5];


    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */

    PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */

    /* 模块上电 */
    printf("\r\n【1】正在给ESP8266模块上电...(波特率: 74880bsp)\r\n");
    ESP8266_PowerOn();

    printf("\r\n【2】上电完成。波特率: 115200bsp\r\n");
    
    /* 检测模块波特率是否为115200 */
    ESP8266_SendAT("AT");
    if (ESP8266_WaitResponse("OK", 50) == 1)
    {
        printf("\r\n【3】模块应答AT成功\r\n");
        bsp_DelayMS(1000);
    }
    else
    {
        printf("\r\n【3】模块无应答, 请按K3键修改模块的波特率为115200\r\n");
        bsp_DelayMS(1000);
    }
    
    g_TCPServerOk = 0;
    
    bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */

    /* 进入主程序循环体 */
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */  
            bsp_LedToggle(2);
        }
        
        /* 进入Matlab通信状态执行下面程序 */
        if (g_TCPServerOk == 1)
        {
            cmd_len = ESP8266_RxNew(cmd_buf, &tcpid);
            if(cmd_len >0)
            {
                printf("\r\n接收到数据长度 = %d\r\n远程ID =%d\r\n数据内容=%s\r\n", 
cmd_len, tcpid, cmd_buf);
                
                /* 检索matlab发送过来的同步帧字符$，对应的ASCII数值是36 */
                if(strchr((char *)cmd_buf, 36))
                {
                    /* 回复同步帧$ */
                    ESP8266_SendTcpUdp(tcpid, (uint8_t *)&SyncData, 1);
                    bsp_DelayMS(10);
                    SendDATA[0] = rand()%65536;
                    SendDATA[1] = rand()%65536;
                    SendDATA[2] = rand()%65536;
                    SendDATA[3] = rand()%65536;
                    SendDATA[4] = rand()%65536;
                    
                    /* 发送数据，10个字节 */
                    ESP8266_SendTcpUdp(tcpid, (uint8_t *)SendDATA, 10);
                    printf("找到了相应的字符串\r\n");
                }
                else
                {
                    printf("没有找到了相应的字符串\r\n");
                }
            }
        }
        /* 未进入Matlab通信状态执行下面程序 */
        else
        {            
            /* 从WIFI收到的数据发送到串口1 */
            if (comGetChar(COM_ESP8266, &ucValue))
            {
                comSendChar(COM1, ucValue);
            }
            /* 将串口1的数据发送到8266模块 */
            if (comGetChar(COM1, &ucValue))
            {
                comSendChar(COM_ESP8266, ucValue);
            }
        }

        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下，列举当前的WIFI热点 */
                    g_TCPServerOk = 0;
                    ESP8266_SendAT("AT+CWLAP");    
                    break;

                case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下, 加入某个WIFI 网络*/
                    g_TCPServerOk = 0;
                    //ESP8266_SendAT("AT+CWJAP=\"Netcore_7378CB\",\"512464265\"");
                    ret = ESP8266_JoinAP("Netcore_7378CB", "512464265", 15000);
                    if(ret == 1)
                    {
                       printf("\r\nJoinAP Success\r\n");
                    }
                    else
                    {
                        printf("\r\nJoinAP fail\r\n");                    
                    }
                    
                    break;

                case KEY_DOWN_K3:                        /* K3键-9600波特率切换到115200 */
                    g_TCPServerOk = 0;
                    ESP8266_9600to115200();
                    break;

                case JOY_DOWN_U:                      /* 摇杆上键， AT+CIFSR获取本地IP地址 */
                    g_TCPServerOk = 0;
                    ESP8266_SendAT("AT+CIFSR");
                    break;

                case JOY_DOWN_D:                      /* 摇杆下键 AT+CIPSTATUS获得IP连接状态 */
                    g_TCPServerOk = 0;
                    ESP8266_SendAT("AT+CIPSTATUS");
                    break;

                case JOY_DOWN_L:                      /* 摇杆左键按下，创建TCP服务器 */
                    g_TCPServerOk = 0;
                    ret = ESP8266_CreateTCPServer(1001);
                    if(ret == 1)
                    {
                       printf("\r\nCreateTCP Success\r\n");
                    }
                    else
                    {
                        printf("\r\nCreateTCP fail\r\n");                    
                    }
                    break;

                case JOY_DOWN_R:                    /* 摇杆右键按下，进入Maltab数据通信状态 */
                    g_TCPServerOk = 1;
                    printf("\r\n 进入Maltab数据通信状态 \r\n");
                    break;

                case JOY_DOWN_OK:                   /* 摇杆OK键按下，创建WIFI热点 */
                    g_TCPServerOk = 0;
                    #if 0
                     ESP8266_SendAT("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"WWW.ARMFLY.COM\",80");
                    #endif
                
                    #if 0
                     {
                      char ip[20], mac[32];
                      ESP8266_GetLocalIP(ip, mac);
                      printf("ip=%s, mac=%s\r\n", ip, mac);            
                     }
                    #endif
                
                    #if 1
                     ESP8266_SetWiFiMode(3);
                     ESP8266_SendAT("AT+CWSAP=\"ESP8266\",\"1234567890\",1,3");
                    #endif
                    break;

                default:
                    /* 其他的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}

10.7 实验例程说明（IAR）

配套例子：

V5-204_Matlab的WIFI通信实现

实验目的：

  1. 学习matlab的串口数据通信。

实验内容：

  1. K1键  : 列举AP，就是WIFI热点;
  2. K2键  : 加入AP，就是加入WIFI热点;
  3. K3键  : 9600波特率切换到115200,并设置为Station模式;
  4. 摇杆上键  : AT+CIFSR获取本地IP地址;
  5. 摇杆下键  : AT+CIPSTATUS获得IP连接状态;
  6. 摇杆左键  : AT+CIPSTART建立TCP服务器;
  7. 摇杆右键  : 进入Maltab数据通信状态;

使用AC6注意事项

特别注意附件章节C的问题。

上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1

 

Matlab的上位机效果：

 

程序设计：

  系统栈大小分配：

 

  硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 
       STM32F407 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到168MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder：
       - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
       - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */        

    bsp_InitESP8266();    /* 配置ESP8266模块相关的资源 */
}

  主功能：

主程序实现如下操作：

  •   接收matlab发送过来的同步信号，并回一个同步信号后，传输相应的数据过去
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参：无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    uint8_t ucValue;
    uint8_t ret;
    uint8_t SyncData = 36;
    uint16_t SendDATA[5];


    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */

    PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */

    /* 模块上电 */
    printf("\r\n【1】正在给ESP8266模块上电...(波特率: 74880bsp)\r\n");
    ESP8266_PowerOn();

    printf("\r\n【2】上电完成。波特率: 115200bsp\r\n");
    
    /* 检测模块波特率是否为115200 */
    ESP8266_SendAT("AT");
    if (ESP8266_WaitResponse("OK", 50) == 1)
    {
        printf("\r\n【3】模块应答AT成功\r\n");
        bsp_DelayMS(1000);
    }
    else
    {
        printf("\r\n【3】模块无应答, 请按K3键修改模块的波特率为115200\r\n");
        bsp_DelayMS(1000);
    }
    
    g_TCPServerOk = 0;
    
    bsp_StartAutoTimer(0,  
                       
                    
                    
 
                      





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