在润和HiSpark的WiFIIoT开发板通过MQTT实现简易IoT智能网关

一、 总体介绍

 

　  1.1   视频展示及源码

　　　　最新更新：

　　　　视频展示已上传到Bilibili，链接为https://www.bilibili.com/video/BV1HK4y177XL?from=search&seid=5136887023363432633
　　　　源码已上传到Gitee，链接为https://gitee.com/Weijunchok/hARMony_mqtt_-io-t ，其中包括新增连接到华为云和Onenet的mqtt_test.c文件，只需修改个人连接信息即可使用。
　　　　欢迎评委老师和开发者们批评指正，让我可以继续完善作品

1.2   系统组成

 

　　本作品硬件组成包括HiSpark的WIFIIoT开发套件的核心板，0.96尺寸的OLED，Dht11温湿度传感器，如图所示。

1.3   系统所需包

 

　　硬件系统实现需要WIFI驱动包，Paho-MQTT，OLED驱动包，以及DHT11驱动采集包。

　　其中,需要用到润和HiHope社区的HarmonyOS-IoT-Application-Development 储存库代码，地址为https://gitee.com/hihopeorg/HarmonyOS-IoT-Application-Development。具体用到的是04_Wifi，实现联网功能，以及03_sensing的oled部分。

　　其次，还需用到MQTT功能，是通过Paho-MQTT进行移植，CSDN社区已有博主移植成功，我是沿用其代码，地址为　　　　 https://blog.csdn.net/qq_33259323/article/details/109530970   

 

　　在该代码的基础上我重新封装Publish和订阅信息到达的On_message函数分别用于上传传感器数据和即时订阅APP发来的控制命令，另外还添加心跳函数保持连接。

　　DHT11移植是借鉴CSDN博主小Caicai以及程序员小哈的文章，在开发板中进行移植，地址为
　　https://blog.csdn.net/qq_41838541/article/details/106634984   
　　和https://blog.csdn.net/rsd102/article/details/106084826

其中根据手册和Harmony系统源码移植了其中几个重要函数，在下面会给出展示。   

　　实现远程控制所需APP我是在Android Studio通过Paho-MQTT包进行实现MQTT通信，其他功能自行设计搭建。在我个人阿里云服务器上搭载了Mosquitto服务器以及数据库，用于储存通过MQTT上传的温湿度数据。

 

1.4   系统功能

 

系统目前能实现的功能：

1.      开发板定时与DHT11通信，采集温湿度数据。

2.      开发板通过OLED显示采集到的温湿度数据。

3.      开发板联网，并连接云服务器的MQTT服务器，能与手机APP双向通信。

4.      开发板在采集到温湿度数据将其通过MQTT发布，云服务器监测过温，通过邮件提醒。

5.      开发板可订阅手机APP发布的控制信息，并根据信息实现板载LED灯亮灭。

6.      云服务器上数据库可存储开发板上传的温湿度数据，并可通过浏览网页查看历史数据。

 

二、 硬件及其功能实现

 

2.1   DhT11温湿度传感器

 

　　系统接线：

DHT11————WiFIIoT

VCC————3.3V/5V

GND————GND

DATA————GPIO0

 

　　注意事项，根据DHT11手册，GPIO先设置成输出模式，先给出起始信号，其中要保持高/低电平若干us或者ms，这里的实现需要导入hi_time.h头文件，调用hi_udelay()实现而不能用usleep()函数。其后，GPIO设置成输入模式，接收DHT11响应信号，并根据高电平持续时间判断该位是1还是0，写入数据位。其中几个主要函数如下图。

2.2   MQTT主要函数

 

　　MQTT我在Paho_MQTT移植基础上，根据实际需要与传感器数据交互，封装了如下几个函数，以约定的协议格式（此处没有用JSON格式，但随时可以稍微修改Sprintf的内容便可实现JSON的TYPE3格式上传数据）封装传感器数据成MQTT包，并发送出去。同时每隔1s调用on_message()函数查看是否有远程控制命令到达，并响应。

　　此处在MQTT移植基础上，第一个完善了订阅信息处理，源码是在Publish完再检查是否有订阅信息到达，这会导致无法及时响应订阅数据，所以我采取是新建一个线程每隔1s就查看是否有命令到达并响应。

　　　　第二个是自定义了Publish函数，更灵活地上传数据。

　　　　虽然这里是连接我自己搭建的MQTT服务器，但根据这些源码，只需根据华为云或Onenet注册的信息，对应修改MQTT连接的参数ip、port、Clientid、Username和Password即可搭建通信。再修改Publish函数为JSON格式的Type3符合云服务器的格式便可在发送后在服务器查看到对应数据流，如:

 

　　 memset(text, 0, sizeof(text));
strcpy(payload, "{");
memset(text, 0, sizeof(text));
sprintf(text, "\"Temp\":%.2f,", Temp);  //这里的f后面有逗号，
strcat(payload, text);
memset(text, 0, sizeof(text));
sprintf(text, "\"Hum\":%.2f", Hum);  //注意这里的f后面没逗号，
strcat(payload, text);
strcat(payload, "}");
memset(text, 0, sizeof(text));

　　

　但需要注意每个数据流之间有逗号分隔，而最后一个数据流是没有逗号的。
　　　　华为云或者Onenet云具体的注册步骤就在此不细说了。

 

2.3   OLED主要函数

 

OLED————WiFIIoT

VCC————3.3V

GND————GND

SCL————SCL

SDA————SDA

 

　　Oledshowdata主要实现与传感器数据交互，可视化显示采集数据。其他函数可以根据oleddemo，无需太大修改。三、 实物效果

3.1 开发板串口数据

 

3.2 OLED显示效果

3.3 云服务器MQTT日志3.4 云服务器查看历史数据

3.5 手机APP显示效果

3.6 手机APP远程控制效果3.7 手机APP设置MQTT参数3.8 温湿度过限邮件提醒

四、 作品未来展望

 

4.1 MQTT

　　手机APP在设计上面已经考虑到连接公有云和私有云的问题，具体区别在于，例如在连接Onenet，华为云时，MQTT连接时的ClientID应改为对应的产品ID，而用户名和密码则按照各自规则修改，修改实现可通过APP上MQTT参数设置修改。

4.2 更多功能

4.2.1 语音模块或红外模块接入

　　我手头上有语音模块，尚未完成移植，我在其他平台上已有实现初步效果，理论可行，具体实现开发板作为网关，用户可通过语音模块发出指令控制开发板下发命令控制家居终端。

4.2.2 通信技术

　　未来我计划是用华为海思的HPLC电力线载波通信技术连接家居终端，所以目前我先用这款开发板进行鸿蒙系统的学习，效果十分好。另外还可以使用诸如Zigbee,NB-IOT等技术，目前我还在移植阶段，初有成效。

4.3 外设功能移植

 

　　目前正在进行SPI通信以及UARST串口接收信息处理移植，可用于后续连接更多外设完善功能。

4.4 美中不足

　　作品还存在一定的缺陷，例如，目前仅有网关，还缺少终端节点。终端节点理论上可以选用Arduino，STM32平台进行开发，也已经调好。我预计是使用LoRa通信技术作为网关和节点之间的通信桥梁，但个人能力有限，SPI通信的LoRa驱动库在开发板的移植尚未完成，尽管我的节点已经调好。网关仅完成到与LoRa模块通信成功，尚未设置其他参数，在今后将争取早日完成LoRa移植，使得网关能够与节点成功通信，实现智能家居。

 

五、 总结，分享开发经验

　　本次作品是我购买润和HiSpark开发板后学习了几个星期后制作出来的，初步实现预想功能，还有很多进一步开发的空间。回想起开始板子到手时，我第一时间是想尝试烧录程序，所以进行开发环境搭建，这个过程比较痛苦，我折腾了几个小时都没办法顺利完成，感谢连老师放出的Ubuntu镜像，解决了我开发第一步难题。
　　我学习的第二步就是尝试对LED示例进行小修改，探索代码组成和工作原理，在这过程里，我学习了GPIO基本操作，接入我自己的LED灯模块实现了流水灯功能。
　　我学习的第三步就是开拓思路，计划我需要实现的功能，第一个是WIFI联网，第二个是MQTT通信接入MQTT服务器，第三个是传感器数据采集，第四个是OLED显示及手机APP远程控制。

　　根据我第三步的计划，WIFI功能可以根据润和社区的Demo实现联网，紧接着是MQTT通过移植别人做好的基础，然后再根据自己的想法封装Publish函数，实现与传感器数据交互。封装On_message函数，实现远程控制交互，OLED也同样道理，在看懂代码后，封装OLEDshowdata函数，实现与传感器数据交互。

　　上面是我目前实现功能的思路，当前学习我遇到了新的问题，新的想法，比如，在前人没有给出经验和Demo的时候，遇到一个陌生的问题如何解决？我目前尝试是SPI通信，在代码包里面有Hi3861的app_demo，有wifiiot_spi.c，我该如何利用，调用它们实现我的功能。
　　简单的调用是无法实现的，比如，我单纯调用wifiiot_spi.c的spiinit()，spihostwrite()，是无法实现与SPI设备通信的，其原因可以在app_demo_spi.c中查看。就是因为spiinit()前还需要设置GPIO的功能，所以我封装了基于wifiiot的顶层函数，用于设置SPI0,SPI1的引脚功能，再根据app_demo_spi.c内容进行函数移植，去完成SPI通信，目前我已成功与SPI设备握手并读取到我需要的数据。

　　六、源码

　　我的源码上传到了Gitee，地址是https://gitee.com/Weijunchok/harmony_mqtt_-io-t  有兴趣的开发者可以将app目录的文件放置在个人的code-1.0\applications\sample\wifi-iot\app下，将domain里面的各个lib文件夹放在个人的code-1.0\domains\iot\link下。下面评论区我也会简单介绍一下基本的开发过程和注意事项，希望大家多多交流和讨论。

 

 

 

作者：Aaron