14天鸿蒙设备开发实战-第七章 设备联网上云 学习笔记

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_nano\applications\BearPi\BearPiHM_Nano\sample\D6_iot_cloud_oc\README.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_nano\applications\BearPi\BearPi_HM_Nano\sample\D6_iot_cloud_oc\iot_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 %.*s\n", 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 <cJSON.h>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:%.2f\r\n", 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 applications\sample\BearPi\BearPi-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:SCANFINISHcallback function for wifi scan:1, 7WaitSacnResult:wait success[1]s********************no:001, ssid:RMWiFi                        , rssi:  -37no:002, ssid:GL-AX1800                     , rssi:  -52no:003, ssid:GL-AX1800-132-Guest           , rssi:  -53no:004, ssid:zdq                           , rssi:  -72no:005, ssid:HC5861B_1AD2                  , rssi:  -84no:006, ssid:scut-student                  , rssi:  -66no:007, ssid:scut-student                  , rssi:  -85********************Select:  3 wireless, Waiting...+NOTICE:CONNECTEDSENSOR:lum:32.50 temp:28.09 hum:58.37WaitConnectResult:wait success[1]sWiFi 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        gw : 192.168.9.1        T0 : 43200        T1 : 21600        T2 : 37800clients <1> :        mac_idx mac             addr            state   lease   tries   rto             0       681131d4046d    192.168.9.241   10      0       1       4       SENSOR:lum:32.50 temp:28.09 hum:58.03SENSOR:lum:32.50 temp:28.12 hum:58.14SENSOR:lum:32.50 temp:28.10 hum:57.76SENSOR:lum:31.67 temp:28.12 hum:56.74SENSOR:lum:32.50 temp:28.13 hum:56.13SENSOR:lum:32.50 temp:28.12 hum:55.95……

5.3 查看华为IoT平台数据上报信息以及命令下发

登录华为IoT平台，进入设备接入页面，点击左侧“设备-所有设备”，可看到之前注册的设备已处于“在线状态”。

点击设备右侧的“查看”，进入设备详情页面，可看到上报的数据。

在产品页面，点击“在线调试”，点击设备右侧的“调试”。

可看到这里显示上报的数据以及发送的命令。

点击右侧的“命令下发”，选择“服务”类型为Sensor，选择之前配置的“命令”，并设置枚举值。如选择Agriculture_Control_light，并设置为ON,点击“发送”。

可看到数据显示栏中显示命令发送成功。

同时设备上灯点亮。

同理，发送其他命令也可显示对应的现象（如灯开、灯光、电机开、电机关等）。

至此，实验成功。