14天鸿蒙设备开发实战-第七章 设备联网上云 学习笔记
- 一、开发环境、平台与硬件需求
- 二、华为IoT平台API
- 2.1 初始化
- 2.1.1 设备信息初始化
- 2.1.2 华为IoT平台 初始化
- 2.1.3 设置命令响应函数
- 2.2 数据上报
- 2.2.1 设备上报属性数据
- 2.2.2 将命令的执行结果返回给平台
- 三、华为IoT平台设备接入
- 3.1 登录
- 3.2 创建产品
- 3.3 注册设备
- 四、软件设计
- 4.1 创建消息队列和任务
- 4.2 主任务task_main_entry()实现
- 4.3 数据上报
- 4.4 命令解析
- 4.5 传感器任务task_sensor_entry()实现
- 五、编译、烧录与调试
- 5.1 修改 BUILD.gn文件
- 5.2 编译、烧录
- 5.3 查看华为IoT平台数据上报信息以及命令下发
注：本学习笔记基于以下教程，实现 BearPi-HM_Nano开发板WiFi编程开发——MQTT连接华为IoT平台
bearpi_hm_nanoapplicationsBearPiBearPiHM_NanosampleD6_iot_cloud_ocREADME.md
一、开发环境、平台与硬件需求
本实验软件开发环境为VSCode，通过与Ubuntu系统远程连接映射工程文件，使用DevEco Device Tool插件在Windows中的VSCode进行编程、编译、烧录与调试。
云平台使用华为IoT平台。华为云物联网平台即华为设备接入服务（IoT Device Access），提供海量设备连接上云、设备和云端双向消息通信、批量设备管理等能力，并可将设备数据灵活流转到华为云其他服务，帮助物联网行业用户快速完成设备联网及行业应用集成。
硬件采用BearPi-HM_Nano开发板，并使用E53_IA1 智慧农业扩展板。
二、华为IoT平台API
2.1 初始化
2.1.1 设备信息初始化
void device_info_init(char *client_id, char * username, char *password);
说明：对与华为IoT平台对接的设备的有关信息进行初始化。相关信息的配置见 中说明。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| client_id | 设备ID |
| username | 用户名 |
| password | 密钥 |
| 返回 | 描述 |
| 0 | 成功 |
| -1 | 获得设备信息失败 |
| -2 | mqtt 客户端初始化失败 |
2.1.2 华为IoT平台 初始化
int oc_mqtt_init(void);
华为IoT平台初始化函数，需要在使用 华为IoT平台 功能前调用。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| 无 | 无 |
| 返回 | 描述 |
| 0 | 成功 |
| -1 | 获得设备信息失败 |
| -2 | mqtt 客户端初始化失败 |
2.1.3 设置命令响应函数
void oc_set_cmd_rsp_cb(void(*cmd_rsp_cb)(uint8_t *recv_data, size_t recv_size, uint8_t **resp_data, size_t *resp_size));
设置命令响应回调函数。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| void(*cmd_rsp_cb)() | 自定义回调函数 |
| recv_data | 接收到的数据 |
| recv_size | 数据的长度 |
| resp_data | 响应数据 |
| resp_size | 响应数据的长度 |
| 返回 | 描述 |
| 无 | 无 |
2.2 数据上报
2.2.1 设备上报属性数据
int oc_mqtt_profile_propertyreport(char *deviceid,oc_mqtt_profile_service_t *payload);
用于设备按产品模型中定义的格式将属性数据上报给平台。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| deviceid | 设备id |
| payload | 要上传的消息 |
| 返回 | 描述 |
| 0 | 上传成功 |
| 1 | 上传失败 |
2.2.2 将命令的执行结果返回给平台
int oc_mqtt_profile_cmdresp(char *deviceid,oc_mqtt_profile_cmdresp_t *payload);
平台下发命令后，需要设备及时将命令的执行结果返回给平台，如果设备没回响应，平台会认为命令执行超时。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| deviceid | 设备id |
| payload | 要上传的消息 |
| 返回 | 描述 |
| 0 | 上传成功 |
| 1 | 上传失败 |
注：除此之外还有其他API，但这里不需要用到，故不介绍
三、华为IoT平台设备接入
3.1 登录
设备接入华为云平台之前，需要在平台注册用户账号，华为云地址：https://www.huaweicloud.com/
在华为云首页单击产品，找到IoT物联网，单击设备接入IoTDA 并单击免费试用。
3.2 创建产品
在设备接入页面点击基础版-详情
可看到总览界面，展示了华为云平台接入的协议与域名信息，根据需要选取MQTT通讯必要的信息备用。
接入协议（端口号）：MQTT 1883
域名：a1619a8401.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com
选中侧边栏产品页，单击右上角“创建产品”
在页面中选中所属资源空间，并且按要求填写产品名称，选中MQTT协议，数据格式为JSON，并填写厂商名称，在下方模型定义栏中选择所属行业以及添加设备类型，并单击右下角“确定”如图：
创建完成后，在产品页会自动生成刚刚创建的产品，单击“查看”可查看创建的具体信息。
单击产品详情页自定义模型，在弹出页面中添加服务
服务ID：Agriculture(必须一致)
服务类型：Senser(可自定义)
在“Agriculture”的右侧菜单中点击“添加属性”填写相关信息“Temperature”，“Humidity”，“Luminance”，“LightStatus”，“MotorStatus”。
在“Agriculture”的右侧菜单中点击“添加命令”填写相关信息。
命令名称：Agriculture_Control_light
参数名称：Light
数据类型：string
长度：3
枚举值：ON,OFF
命令名称：Agriculture_Control_Motor
参数名称：Motor
数据类型：string
长度：3
枚举值：ON,OFF
3.3 注册设备
在产品详情页点击“在线调试”，再点击“新增测试设备”。
选择设备类型为真实设备，设置设备名称为 Agriculture_Device（可自定义），设置设备标识码（可自定义），如 123456789，设备注册方式默认不加密，点击确定。
注意记录下设备ID和设备密钥
注册完成后，在设备页面单击“所有设备”，即可看到新建的设备，同时设备处于未激活状态
通过华为云设备接入提供的MQTT ClientId生成工具获取CLIENT_ID、USERNAME、PASSWORD。
输入上面记录的设备ID和设备密钥，点击Generate，保存生成的CLIENT_ID、USERNAME、PASSWORD。
四、软件设计
基于例程代码bearpi_hm_nanoapplicationsBearPiBearPi_HM_NanosampleD6_iot_cloud_ociot_cloud_oc_sample.c
4.1 创建消息队列和任务
本实验设备端数据上报以及命令下发到设备端需要借助消息队列。即设备端要上报的数据打包成消息放入消息队列，而云平台下发的命令数据包也放入消息队列。
mid_MsgQueue = osMessageQueueNew(MSGQUEUE_OBJECTS, 10, NULL);//添加消息队列
if (mid_MsgQueue == NULL)
{
printf("Falied to create Message Queue!n");
}
创建两个任务task_main_entry()与task_sensor_entry()。
osThreadAttr_t attr;
attr.name = "task_main_entry";
attr.attr_bits = 0U;
attr.cb_mem = NULL;
attr.cb_size = 0U;
attr.stack_mem = NULL;
attr.stack_size = 10240;
attr.priority = 24;
if (osThreadNew((osThreadFunc_t)task_main_entry, NULL, &attr) == NULL)
{
printf("Falied to create task_main_entry!n");
}
attr.stack_size = 2048;
attr.priority = 25;
attr.name = "task_sensor_entry";
if (osThreadNew((osThreadFunc_t)task_sensor_entry, NULL, &attr) == NULL)
{
printf("Falied to create task_sensor_entry!n");
}
4.2 主任务task_main_entry()实现
task_main_entry()为主任务，负责实现设备连接平台，以及获取队列中的消息，实现数据上报以及命令解析。
任务实现代码如下：
static int task_main_entry(void)
{
app_msg_t *app_msg;
//连接wifi
uint32_t ret = WifiConnect(SELECT_WIFI_SSID,SELECT_WIFI_PASSWORD);//需要在同一个局域网中
//设备信息初始化
device_info_init(CLIENT_ID, USERNAME, PASSWORD);
//初始化oc_mqtt
oc_mqtt_init();
//华为IoT平台初始化
oc_set_cmd_rsp_cb(oc_cmd_rsp_cb);
while (1)
{
app_msg = NULL;
//获取队列中的消息
(void)osMessageQueueGet(mid_MsgQueue, (void **)&app_msg, NULL, 0U);
if (NULL != app_msg)
{
switch (app_msg->msg_type)//判断消息类型
{
case en_msg_cmd://若为cmd(命令)消息
deal_cmd_msg(&app_msg->msg.cmd);
break;
case en_msg_report://若为report(上报)消息
deal_report_msg(&app_msg->msg.report);
break;
default:
break;
}
free(app_msg);
}
}
return 0;
}
1.连接平台包括连接Wifi、设备信息初始化以及华为IoT平台初始化。
//连接wifi
uint32_t ret = WifiConnect(SELECT_WIFI_SSID,SELECT_WIFI_PASSWORD);//需要在同一个局域网中
//设备信息初始化
device_info_init(CLIENT_ID, USERNAME, PASSWORD);
//初始化oc_mqtt
oc_mqtt_init();
//华为IoT平台初始化
oc_set_cmd_rsp_cb(oc_cmd_rsp_cb);
其中
（1）WifiConnect(SELECT_WIFI_SSID,SELECT_WIFI_PASSWORD)的两个参数为wifi的SSID以及密码。注意这里配置的wifi为设备端连接的wifi，需要与登录华为IoT平台的PC端连接的wifi保持一致，即保证处于同一个局域网中。
（2）device_info_init(CLIENT_ID, USERNAME, PASSWORD)的三个参数即为3.3节中生成的CLIENT_ID、USERNAME、PASSWORD。
（3）oc_set_cmd_rsp_cb(oc_cmd_rsp_cb)的参数为自定义的命令响应回调函数。当云平台下发命令时，会回调oc_cmd_rsp_cb函数，在其中将下发的数据打包成命令型消息并放入消息队列中。
oc_cmd_rsp_cb函数实现如下:
void oc_cmd_rsp_cb(uint8_t *recv_data, size_t recv_size, uint8_t **resp_data, size_t *resp_size)
{
app_msg_t *app_msg;
int ret = 0;
app_msg = malloc(sizeof(app_msg_t));
app_msg->msg_type = en_msg_cmd;
app_msg->msg.cmd.payload = (char *)recv_data;
printf("recv data is %.*sn", recv_size, recv_data);
ret = osMessageQueuePut(mid_MsgQueue, &app_msg, 0U, 0U);
if (ret != 0)
{
free(recv_data);
}
*resp_data = NULL;
*resp_size = 0;
}
2.在任务主循环中，等待并获取消息队列中的信息，当队列有消息时，判断消息类型。若为命令型消息（来自云平台的命令下发），则调用
deal_cmd_msg(&app_msg->msg.cmd)进行命令解析；若为上报型消息（来自设备端的传感器任务），则调用deal_report_msg(&app_msg->msg.report)进行数据上报。
4.3 数据上报
当需要上报数据时，需要先进行json数据拼装，然后通过oc_mqtt_profile_propertyreport上报数据。代码示例如下：
///< REPORT DEAL 上报消息处理函数
static void deal_report_msg(report_t *report)
{
oc_mqtt_profile_service_t service;
oc_mqtt_profile_kv_t temperature;
oc_mqtt_profile_kv_t humidity;
oc_mqtt_profile_kv_t luminance;
oc_mqtt_profile_kv_t led;
oc_mqtt_profile_kv_t motor;
//json数据拼装
service.event_time = NULL;
service.service_id = "Agriculture";//在华为云设备接入中创建的产品BearPi_HM_Nano中创建的服务Agriculture
service.service_property = &temperature;//属性名称（属性的第一个为temperature）
service.nxt = NULL;
temperature.key = "Temperature";
temperature.value = &report->temp;
temperature.type = EN_OC_MQTT_PROFILE_VALUE_INT;
temperature.nxt = &humidity;//nxt 下一个属性
humidity.key = "Humidity";
humidity.value = &report->hum;
humidity.type = EN_OC_MQTT_PROFILE_VALUE_INT;
humidity.nxt = &luminance;
luminance.key = "Luminance";
luminance.value = &report->lum;
luminance.type = EN_OC_MQTT_PROFILE_VALUE_INT;
luminance.nxt = &led;
led.key = "LightStatus";
led.value = g_app_cb.led ? "ON" : "OFF";
led.type = EN_OC_MQTT_PROFILE_VALUE_STRING;
led.nxt = &motor;
motor.key = "MotorStatus";
motor.value = g_app_cb.motor ? "ON" : "OFF";
motor.type = EN_OC_MQTT_PROFILE_VALUE_STRING;
motor.nxt = NULL;
oc_mqtt_profile_propertyreport(USERNAME, &service);//mqtt数据上报
return;
}
4.4 命令解析
由3.2节知，当设备接收到华为IoT平台下发的命令后会将命令数据发送到队列中，task_main_entry函数中读取队列数据并调用deal_cmd_msg函数进行处理。
命令解析函数deal_cmd_msg()首先进行json数据（也就是华为IoT平台下发的命令数据）解析，根据解析得到的指令进行灯、电机的开关处理，并调用oc_mqtt_profile_cmdresp向平台响应，表达命令执行成功（由于命令并未设置响应参数，故这里响应数据为空）。
代码示例如下：
///< COMMAND DEAL 命令消息处理函数，作json解析与灯、电机的开关处理
#include
static void deal_cmd_msg(cmd_t *cmd)
{
cJSON *obj_root;
cJSON *obj_cmdname;
cJSON *obj_paras;
cJSON *obj_para;
int cmdret = 1;
oc_mqtt_profile_cmdresp_t cmdresp;
obj_root = cJSON_Parse(cmd->payload);
if (NULL == obj_root)
{
goto EXIT_JSONPARSE;
}
obj_cmdname = cJSON_GetObjectItem(obj_root, "command_name");
if (NULL == obj_cmdname)
{
goto EXIT_CMDOBJ;
}
if (0 == strcmp(cJSON_GetStringValue(obj_cmdname), "Agriculture_Control_light"))
{
obj_paras = cJSON_GetObjectItem(obj_root, "paras");
if (NULL == obj_paras)
{
goto EXIT_OBJPARAS;
}
obj_para = cJSON_GetObjectItem(obj_paras, "Light");
if (NULL == obj_para)
{
goto EXIT_OBJPARA;
}
///< operate the LED here
if (0 == strcmp(cJSON_GetStringValue(obj_para), "ON"))
{
g_app_cb.led = 1;
Light_StatusSet(ON);
printf("Light On!");
}
else
{
g_app_cb.led = 0;
Light_StatusSet(OFF);
printf("Light Off!");
}
cmdret = 0;
}
else if (0 == strcmp(cJSON_GetStringValue(obj_cmdname), "Agriculture_Control_Motor"))
{
obj_paras = cJSON_GetObjectItem(obj_root, "Paras");
if (NULL == obj_paras)
{
goto EXIT_OBJPARAS;
}
obj_para = cJSON_GetObjectItem(obj_paras, "Motor");
if (NULL == obj_para)
{
goto EXIT_OBJPARA;
}
///< operate the Motor here
if (0 == strcmp(cJSON_GetStringValue(obj_para), "ON"))
{
g_app_cb.motor = 1;
Motor_StatusSet(ON);
printf("Motor On!");
}
else
{
g_app_cb.motor = 0;
Motor_StatusSet(OFF);
printf("Motor Off!");
}
cmdret = 0;
}
EXIT_OBJPARA:
EXIT_OBJPARAS:
EXIT_CMDOBJ:
cJSON_Delete(obj_root);
EXIT_JSONPARSE:
///< do the response
cmdresp.paras = NULL;
cmdresp.request_id = cmd->request_id;
cmdresp.ret_code = cmdret;
cmdresp.ret_name = NULL;
(void)oc_mqtt_profile_cmdresp(NULL, &cmdresp);
return;
}
4.5 传感器任务task_sensor_entry()实现
task_sensor_entry()为传感器任务，负责传感器初始化，以及读取传感器数据、并将传感器数据打包成消息放入消息队列中。
代码实现如下：
tatic int task_sensor_entry(void)
{
app_msg_t *app_msg;
E53_IA1_Data_TypeDef data;
E53_IA1_Init();//传感器初始化
while (1)
{
E53_IA1_Read_Data(&data);//读取传感器数据
app_msg = malloc(sizeof(app_msg_t));
printf("SENSOR:lum:%.2f temp:%.2f hum:%.2frn", data.Lux, data.Temperature, data.Humidity);
if (NULL != app_msg)
{
app_msg->msg_type = en_msg_report;//消息类型为上报消息
app_msg->msg.report.hum = (int)data.Humidity;
app_msg->msg.report.lum = (int)data.Lux;
app_msg->msg.report.temp = (int)data.Temperature;
if (0 != osMessageQueuePut(mid_MsgQueue, &app_msg, 0U, 0U))//将消息放入消息队列中
{
free(app_msg);
}
}
sleep(3);
}
return 0;
}
五、编译、烧录与调试
5.1 修改 BUILD.gn文件
修改 applicationssampleBearPiBearPi-HM_Nano路径下 BUILD.gn 文件，指定 oc_mqtt 参与编译（即取消注释）。
#"D1_iot_wifi_sta:wifi_sta",
#"D2_iot_wifi_sta_connect:wifi_sta_connect",
#"D3_iot_udp_client:udp_client",
#"D4_iot_tcp_server:tcp_server",
#"D5_iot_mqtt:iot_mqtt",
"D6_iot_cloud_oc:oc_mqtt",
#"D7_iot_cloud_onenet:onenet_mqtt",
5.2 编译、烧录
通过hpm dist在终端处进行编译。
编译成功后，点击Upload进行烧录（借助DevEco Device Tool插件）。
烧录完成后，点击Monitor，并按下开发板的RESET按键，查看串口打印日志，可看到在连接到平台后，不断打印温湿度及光照强度等信息。
<--System Init-->
<--Wifi Init-->
register wifi event succeed!
callback function for wifi scan:0, 0
+NOTICE:SCANFINISH
callback function for wifi scan:1, 7
WaitSacnResult:wait success[1]s
********************
no:001, ssid:RMWiFi , rssi: -37
no:002, ssid:GL-AX1800 , rssi: -52
no:003, ssid:GL-AX1800-132-Guest , rssi: -53
no:004, ssid:zdq , rssi: -72
no:005, ssid:HC5861B_1AD2 , rssi: -84
no:006, ssid:scut-student , rssi: -66
no:007, ssid:scut-student , rssi: -85
********************
Select: 3 wireless, Waiting...
+NOTICE:CONNECTED
SENSOR:lum:32.50 temp:28.09 hum:58.37
WaitConnectResult:wait success[1]s
WiFi connect succeed!
begain to dhcp
<-- DHCP state:Inprogress -->
<-- DHCP state:Inprogress -->
<-- DHCP state:Inprogress -->
SENSOR:lum:32.50 temp:28.10 hum:58.64
<-- DHCP state:Inprogress -->
<-- DHCP state:Inprogress -->
<-- DHCP state:OK -->
server :
server_id : 192.168.9.1
mask : 255.255.255.0, 1 
