智慧農(nóng)業(yè)：STM32+ESP8266+騰訊物聯(lián)網(wǎng)+小程序

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一、環(huán)境介紹

單片機(jī)采用：STM32F103ZET6

上網(wǎng)方式：采用ESP8266，也可以使用其他設(shè)備代替，只要支持TCP協(xié)議即可。比如：GSM模塊、有線網(wǎng)卡等。

與物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的通信協(xié)議:標(biāo)準(zhǔn)MQTT協(xié)議3.1.1(TCP)

開發(fā)軟件：keil5

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái): 騰訊IOT物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。騰訊的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)比起其他廠家的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)更加有優(yōu)勢，騰訊物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以將數(shù)據(jù)推到微信小程序上，用戶可以直接使用小程序綁定設(shè)備，完成與設(shè)備之間交互，現(xiàn)在用戶基本都會(huì)使用微信，所以使用起來非常方便。

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二、智慧農(nóng)業(yè)介紹

智慧農(nóng)業(yè)就是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中去，運(yùn)用傳感器和軟件通過移動(dòng)平臺(tái)或者電腦平臺(tái)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行控制，使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)更具有“智慧”。除 了精準(zhǔn)感知、控制與決策管理外，從廣泛意義上講，智慧農(nóng)業(yè)還包括農(nóng)業(yè)電子商務(wù)、食品溯源防偽、農(nóng)業(yè)休閑旅游、農(nóng)業(yè)信息服務(wù)等方面的內(nèi)容。
所謂“智慧農(nóng)業(yè)”就是充分應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)成果，集成應(yīng)用計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、音視頻技術(shù)、3S技術(shù)、無線通信技術(shù)及專家智慧與知識，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可視化遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程控制、災(zāi)變預(yù)警等智能管理。

智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高級階段，是集新興的互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為一體，依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種傳感節(jié)點(diǎn)（環(huán)境溫濕度、土壤水分、二氧化碳、圖像等）和無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預(yù)警、智能決策、智能分析、專家在線指導(dǎo)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)化種植、可視化管理、智能化決策。
“智慧農(nóng)業(yè)”是云計(jì)算、傳感網(wǎng)、3S等多種信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中綜合、全面的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)更完備的信息化基礎(chǔ)支撐、更透徹的農(nóng)業(yè)信息感知、更集中的數(shù)據(jù)資源、更廣泛的互聯(lián)互通、更深入的智能控制、更貼心的公眾服務(wù)?！爸腔坜r(nóng)業(yè)”與現(xiàn)代生物技術(shù)、種植技術(shù)等科學(xué)技術(shù)融合于一體，對建設(shè)世界水平農(nóng)業(yè)具有重要意義。

本項(xiàng)目采用STM32F103ZET6 + ESP8266 設(shè)計(jì)一個(gè)智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)，能夠獲取空氣中的溫濕度數(shù)據(jù)，光照度數(shù)據(jù)等，根據(jù)種植區(qū)的空氣溫濕度數(shù)據(jù)，判斷是否進(jìn)行灌溉；可以通過ESP8266 + MQTT 協(xié)議將采集的溫濕度、光照度上傳至騰訊云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，并推送到微信小程序上實(shí)時(shí)查看；可以在小程序上直接控制電機(jī)抽水灌溉。

硬件詳情介紹:

主控MCU: STM32F103ZET6

環(huán)境光傳感器: BH1750

溫濕度傳感器:SHT30

本地OLED顯示屏: 中景園電子0.96寸 SPI接口 OLED顯示屏

電機(jī): 微型直流電機(jī)

三、創(chuàng)建騰訊云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)設(shè)備并配置微信小程序

如果之前從來沒有使用過騰訊云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，創(chuàng)建的詳細(xì)步驟請看這里: STM32+ESP8266+MQTT協(xié)議連接騰訊物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)_DS小龍哥的專欄-CSDN博客_騰訊物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

下面就是登錄騰訊云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，創(chuàng)建一個(gè)智慧農(nóng)業(yè)的設(shè)備的關(guān)鍵步驟，有些細(xì)節(jié)步驟沒寫，細(xì)節(jié)請看上面鏈接這篇文章。

官網(wǎng)地址:登錄 - 騰訊云

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四、生成騰訊物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的設(shè)備登錄信息

使用MQTT協(xié)議登錄需要一些參數(shù)信息，需要使用官網(wǎng)提供的方式生成。

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Python示例代碼:

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
import base64
import hashlib
import hmac
import random
import string
import time
import sys
# 生成指定長度的隨機(jī)字符串
def RandomConnid(length):
    return  ''.join(random.choice(string.ascii_uppercase + string.digits) for _ in range(length))
# 生成接入物聯(lián)網(wǎng)通信平臺(tái)需要的各參數(shù)
def IotHmac(productID, devicename, devicePsk):
     # 1. 生成 connid 為一個(gè)隨機(jī)字符串，方便后臺(tái)定位問題
     connid   = RandomConnid(5)
     # 2. 生成過期時(shí)間，表示簽名的過期時(shí)間,從紀(jì)元1970年1月1日 00:00:00 UTC 時(shí)間至今秒數(shù)的 UTF8 字符串
     expiry   = int(time.time()) + 30*24*60 * 60
     # 3. 生成 MQTT 的 clientid 部分, 格式為 ${productid}${devicename}
     clientid = "{}{}".format(productID, devicename)
     # 4. 生成 MQTT 的 username 部分, 格式為 ${clientid};${sdkappid};${connid};${expiry}
     username = "{};12010126;{};{}".format(clientid, connid, expiry)
     # 5. 對 username 進(jìn)行簽名，生成token
     secret_key = devicePsk.encode('utf-8')  # convert to bytes
     data_to_sign = username.encode('utf-8')  # convert to bytes
     secret_key = base64.b64decode(secret_key)  # this is still bytes
     token = hmac.new(secret_key, data_to_sign, digestmod=hashlib.sha256).hexdigest()
     # 6. 根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)通信平臺(tái)規(guī)則生成 password 字段
     password = "{};{}".format(token, "hmacsha256")
     return {
        "clientid" : clientid,
        "username" : username,
        "password" : password
     }
if __name__ == '__main__':
    # 參數(shù)分別填入: 產(chǎn)品ID,設(shè)備名稱,設(shè)備密匙
    print(IotHmac("6142CX41XE", "SmartAgriculture","20Y/aAcmj+y6SDDh+ANR9g=="))

輸出的登錄參數(shù)，用于MQTT協(xié)議填參數(shù):

{'clientid': '6142CX41XESmartAgriculture', 'username': '6142CX41XESmartAgriculture;12010126;HUA2G;1624271589', 
'password': 'a8aadebe9721f70e6f9e14fe56ff1d2b5cac9625fa1f96af2f0e0098597fe78b;hmacsha256'}

五、使用MQTT軟件測試

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設(shè)備主題發(fā)布與定義的格式：

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設(shè)備消息數(shù)據(jù)上傳格式：

{"method":"report","clientToken":"123","params":{"light":78.4,"temperature":21.4,"humidity":60.8,"motor":1}}

登錄成功之后，就可以看到設(shè)備在線：

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打開微信小程序可以查看到設(shè)備上傳的數(shù)據(jù):

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六、編寫STM32設(shè)備端代碼

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6.1 main.c代碼

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include 
#include "timer.h"
#include "esp8266.h"
#include "mqtt.h"
#include "oled.h"
#include "fontdata.h"
#include "bh1750.h"
#include "iic.h"
#include "sht3x.h"

/*
硬件連接方式:

ESP8266串口WIFI模塊與STM32的串口3相連接。
PB10--RXD 模塊接收腳
PB11--TXD 模塊發(fā)送腳
GND---GND 地
VCC---VCC 電源（3.3V~5.0V）

OLED接線：
D0----SCK-----PB14
D1----MOSI----PB13
RES—復(fù)位(低電平有效)—PB12
DC---數(shù)據(jù)和命令控制管腳—PB1
CS---片選引腳-----PA7

微型直流電機(jī):  PB8
紫光燈:        PB9

LED硬件連接: PB5 PE5
KEY硬件連接:PE3 PE4
*/

#define ESP8266_WIFI_AP_SSID  "CMCC-Cqvn"   //將要連接的路由器名稱 --不要出現(xiàn)中文、空格等特殊字符
#define ESP8266_AP_PASSWORD "99pu58cb"     //將要連接的路由器密碼


//騰訊物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的設(shè)備信息
#define MQTT_ClientID "6142CX41XESmartAgriculture"
#define MQTT_UserName "6142CX41XESmartAgriculture;12010126;HUA2G;1624271589"
#define MQTT_PassWord "a8aadebe9721f70e6f9e14fe56ff1d2b5cac9625fa1f96af2f0e0098597fe78b;hmacsha256"

//訂閱與發(fā)布的主題
#define SET_TOPIC  "$thing/down/property/6142CX41XE/SmartAgriculture"  //訂閱
#define POST_TOPIC "$thing/up/property/6142CX41XE/SmartAgriculture"  //發(fā)布


char mqtt_message[200];//上報(bào)數(shù)據(jù)緩存區(qū)
char OLED_ShowBuff[100];
u8 ESP8266_Stat=0;


/*
函數(shù)功能: 溫濕度\光強(qiáng)度顯示
*/
void ShowTemperatureAndHumidity(float temp,float humi,float light)
{
    sprintf(OLED_ShowBuff,"T: %.2f",temp);
	OLED_ShowString(40,16*0,16,OLED_ShowBuff); 
    sprintf(OLED_ShowBuff,"H: %.2f%%",humi);
	OLED_ShowString(40,16*1,16,OLED_ShowBuff);
    sprintf(OLED_ShowBuff,"L: %.2f%%",light);
	OLED_ShowString(40,16*2,16,OLED_ShowBuff); 
}

/*
函數(shù)功能: ESP8266顯示頁面
*/
void ESP8266_ShowPageTable(void)
{
    if(ESP8266_Stat)OLED_ShowString(0,16*0,16,"WIFI STAT:ERROR");
    else OLED_ShowString(0,16*0,16,"WIFI STAT:OK");

    //顯示字符串
    sprintf((char*)OLED_ShowBuff,"%s",ESP8266_WIFI_AP_SSID);
    OLED_ShowString(0,16*1,16,OLED_ShowBuff);	
    
    sprintf((char*)OLED_ShowBuff,"%s",ESP8266_AP_PASSWORD);   
    OLED_ShowString(0,16*2,16,OLED_ShowBuff);    
}


int main()
{
   u32 time_cnt=0;
   u32 i;
   u8 key;
   u8 page=0;
   float temp=0;
   float humi=0;
   float light=0;
   u8 motor_state=0;
   float Humidity;
   float Temperature;
    
   delay_ms(1000);
   delay_ms(1000);
    
   LED_Init();
   KEY_Init();
   IIC_Init();
    
    //OLED初始化
   OLED_Init(0xc8,0xa1); //OLED顯示屏初始化--正常顯示;
     //清屏
   OLED_Clear(0);
    
   USART1_Init(115200);
   TIMER1_Init(72,20000); //超時(shí)時(shí)間20ms

   USART3_Init(115200);//串口-WIFI
   TIMER3_Init(72,20000); //超時(shí)時(shí)間20ms
    
   Init_SHT30();
    
   USART1_Printf("正在初始化WIFI請稍等.\n");
   
   if(ESP8266_Init())
   {
      ESP8266_Stat=1;
      USART1_Printf("ESP8266硬件檢測錯(cuò)誤.\n");  
   }
   else
   {
      //非加密端口
      USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode(ESP8266_WIFI_AP_SSID,ESP8266_AP_PASSWORD,"106.55.124.154",1883,1));
   }
   
    //2. MQTT協(xié)議初始化	
    MQTT_Init(); 
   
    //3. 連接騰訊云IOT服務(wù)器        
    while(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord))
    {
        USART1_Printf("服務(wù)器連接失敗,正在重試...\n");
        delay_ms(500);
    }
    USART1_Printf("服務(wù)器連接成功.\n");
    
    
    //3. 訂閱主題
    if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1))
    {
        USART1_Printf("主題訂閱失敗.\n");
    }
    else
    {
        USART1_Printf("主題訂閱成功.\n");
    }        
        
    while(1)
    {    
        //按鍵可以測試開鎖和關(guān)鎖
        key=KEY_Scan(0);
        if(key==1)
        {
            //清屏
            OLED_Clear(0);
            
            //翻頁
            if(page>=1)
            {
                page=0;
            }
            else
            {
                 page++;
            }         
        
            LED1=!LED1;  //LEd狀態(tài)燈
        }
        else if(key==2)
        {
            LED1=!LED1;  //LEd狀態(tài)燈
            time_cnt=0;
            //電機(jī)狀態(tài)改變
            MOTOR_DEV=!MOTOR_DEV;
            //電機(jī)狀態(tài)
            motor_state=MOTOR_DEV;
            //補(bǔ)光燈
            LIGHT_DEV=!LIGHT_DEV;      
        }  
        
        //微信小程序開鎖方式: 接收WIFI返回的數(shù)據(jù)
        if(USART3_RX_FLAG)
        {
            USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
            
            //向串口打印微信小程序返回的數(shù)據(jù)
            for(i=0;i5)
            {
                //使用字符串查找函數(shù)
                if(strstr((char*)&USART3_RX_BUFFER[5],""motor":1"))
                {
                     LED1=0;  //亮燈
                     MOTOR_DEV=1; //開電機(jī)
                     motor_state=1;
                }
                else if(strstr((char*)&USART3_RX_BUFFER[5],""motor":0"))
                {
                    LED1=1;  //滅燈
                    MOTOR_DEV=0; //關(guān)電機(jī)
                    motor_state=0;
                }
            }
           
            USART3_RX_CNT=0;
            USART3_RX_FLAG=0;
        }
              
        //定時(shí)與保持與微信小程序的同步--1秒一次
        delay_ms(10);
        time_cnt++;
        if(time_cnt==50)
        {
            time_cnt=0;
            
            //狀態(tài)燈 --表示程序還活著
            LED2=!LED2;
            
            //讀取光強(qiáng)度
            light=Read_BH1750_Data();
           
            //讀取溫濕度
            SHT3x_ReadData(&Humidity,&Temperature);
            humi=Humidity;
            temp=Temperature;
            
            //上傳數(shù)據(jù)
             sprintf(mqtt_message,"{"method":"report","clientToken":"123","params":{"temperature":%f,"humidity":%f,"motor":%d,"light":%f}}",
            temp,humi,motor_state,light);
            MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0);
            //根據(jù)濕度自動(dòng)灌溉
            if(humi<50.0)  //小于50自動(dòng)灌溉
            {
                 motor_state=1; //電機(jī)狀態(tài)更新
                 MOTOR_DEV=1;  //開電機(jī)
            } 
        }
         
        //OLED顯示屏
        if(page==0)
        {
            ShowTemperatureAndHumidity(temp,humi,light);
        }
        else if(page==1)
        {
            ESP8266_ShowPageTable();
        }
    }
}

;i++)>

6.2 mqtt.c 代碼

#include "mqtt.h"

u8 *mqtt_rxbuf;
u8 *mqtt_txbuf;
u16 mqtt_rxlen;
u16 mqtt_txlen;
u8 _mqtt_txbuf[256];//發(fā)送數(shù)據(jù)緩存區(qū)
u8 _mqtt_rxbuf[256];//接收數(shù)據(jù)緩存區(qū)

typedef enum
{
	//名字 	    值 			報(bào)文流動(dòng)方向 	描述
	M_RESERVED1	=0	,	//	禁止	保留
	M_CONNECT		,	//	客戶端到服務(wù)端	客戶端請求連接服務(wù)端
	M_CONNACK		,	//	服務(wù)端到客戶端	連接報(bào)文確認(rèn)
	M_PUBLISH		,	//	兩個(gè)方向都允許	發(fā)布消息
	M_PUBACK		,	//	兩個(gè)方向都允許	QoS 1消息發(fā)布收到確認(rèn)
	M_PUBREC		,	//	兩個(gè)方向都允許	發(fā)布收到（保證交付第一步）
	M_PUBREL		,	//	兩個(gè)方向都允許	發(fā)布釋放（保證交付第二步）
	M_PUBCOMP		,	//	兩個(gè)方向都允許	QoS 2消息發(fā)布完成（保證交互第三步）
	M_SUBSCRIBE		,	//	客戶端到服務(wù)端	客戶端訂閱請求
	M_SUBACK		,	//	服務(wù)端到客戶端	訂閱請求報(bào)文確認(rèn)
	M_UNSUBSCRIBE	,	//	客戶端到服務(wù)端	客戶端取消訂閱請求
	M_UNSUBACK		,	//	服務(wù)端到客戶端	取消訂閱報(bào)文確認(rèn)
	M_PINGREQ		,	//	客戶端到服務(wù)端	心跳請求
	M_PINGRESP		,	//	服務(wù)端到客戶端	心跳響應(yīng)
	M_DISCONNECT	,	//	客戶端到服務(wù)端	客戶端斷開連接
	M_RESERVED2		,	//	禁止	保留
}_typdef_mqtt_message;

//連接成功服務(wù)器回應(yīng) 20 02 00 00
//客戶端主動(dòng)斷開連接 e0 00
const u8 parket_connetAck[] = {0x20,0x02,0x00,0x00};
const u8 parket_disconnet[] = {0xe0,0x00};
const u8 parket_heart[] = {0xc0,0x00};
const u8 parket_heart_reply[] = {0xc0,0x00};
const u8 parket_subAck[] = {0x90,0x03};

void MQTT_Init(void)
{
    //緩沖區(qū)賦值
	mqtt_rxbuf = _mqtt_rxbuf;
    mqtt_rxlen = sizeof(_mqtt_rxbuf);
	mqtt_txbuf = _mqtt_txbuf;
    mqtt_txlen = sizeof(_mqtt_txbuf);
	memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);
	memset(mqtt_txbuf,0,mqtt_txlen);
	
	//無條件先主動(dòng)斷開
	MQTT_Disconnect();
    delay_ms(100);
	MQTT_Disconnect();
    delay_ms(100);
}

/*
函數(shù)功能: 登錄服務(wù)器
函數(shù)返回值: 0表示成功 1表示失敗
*/
u8 MQTT_Connect(char *ClientID,char *Username,char *Password)
{
    u8 i,j;
    int ClientIDLen = strlen(ClientID);
    int UsernameLen = strlen(Username);
    int PasswordLen = strlen(Password);
    int DataLen;
	mqtt_txlen=0;
	//可變報(bào)頭+Payload  每個(gè)字段包含兩個(gè)字節(jié)的長度標(biāo)識
    DataLen = 10 + (ClientIDLen+2) + (UsernameLen+2) + (PasswordLen+2);
	
	//固定報(bào)頭
	//控制報(bào)文類型
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x10;		//MQTT Message Type CONNECT
	//剩余長度(不包括固定頭部)
	do
	{
		u8 encodedByte = DataLen % 128;
		DataLen = DataLen / 128;
		// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
		if ( DataLen > 0 )
			encodedByte = encodedByte | 128;
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
	}while ( DataLen > 0 );
    	
	//可變報(bào)頭
	//協(xié)議名
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;        	// Protocol Name Length MSB    
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4;           // Protocol Name Length LSB    
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'M';        	// ASCII Code for M    
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'Q';        	// ASCII Code for Q    
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T';        	// ASCII Code for T    
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T';        	// ASCII Code for T    
	//協(xié)議級別
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4;        		// MQTT Protocol version = 4   對于 3.1.1 版協(xié)議，協(xié)議級別字段的值是 4(0x04)   
	//連接標(biāo)志
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xc2;        	// conn flags 
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;        		// Keep-alive Time Length MSB    
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 100;        	// Keep-alive Time Length LSB  100S心跳包    ?；顣r(shí)間
	
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(ClientIDLen);// Client ID length MSB    
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(ClientIDLen);// Client ID length LSB  	
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],ClientID,ClientIDLen);
    mqtt_txlen += ClientIDLen;
    
    if(UsernameLen > 0)
    {   
        mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(UsernameLen);		//username length MSB    
        mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(UsernameLen);    	//username length LSB    
		memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],Username,UsernameLen);
        mqtt_txlen += UsernameLen;
    }
    
    if(PasswordLen > 0)
    {    
        mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(PasswordLen);		//password length MSB    
        mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(PasswordLen);    	//password length LSB  
		memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen],Password,PasswordLen);
        mqtt_txlen += PasswordLen; 
    }    
	
  
    memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);
    MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf,mqtt_txlen);
    for(j=0;j<10;j++)
    {
        delay_ms(50);
        if(USART3_RX_FLAG)
        {
            memcpy((char *)mqtt_rxbuf,USART3_RX_BUFFER,USART3_RX_CNT);
            
            //memcpy
           
             for(i=0;i;i++)usart1_printf("%#x>

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審核編輯：符乾江?