本帖最后由 宇岚 于 2025-7-17 14:51 编辑
#申请原创# #技术资源#
背景
随着时代的发展，“智慧生活”一词逐渐被频繁提及；智慧生活平台是依托云计算技术的存储，在家庭场景功能融合、增值服务挖掘的指导思想下，采用主流的互联网通信渠道，配合丰富的智能家居产品终端，构建享受智能家居控制系统带来的新的生活方式，简单来讲，就是利用物联网实现嵌入式设备自动化； 简介物联网(Internet of Things，简称 IoT),是通过传感器、通信技术、计算设备等将物理世界中的物体连接到互联网，实现物与物、物与人之间的数据交互和智能控制的系统。而OneNET是由中国移动打造的PaaS物联网开放平台。平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，实现方法简单，功能多样，最重要的是，基础功能免费！
实现原理IoT平台主要通信方式为MQTT协议，MQTT协议中主要参与者有三位，发布者(Publisher)、服务器(Broker)以及订阅者(Subscriber)，消息结构则是分为主体(Topic)和负载(Payload)两部分；MQTT协议运行工作，简单来讲，就是发布者凭借服务器在平台发布作品，订阅者在平台订阅作品； 协议结构 MQTT协议中主要参与者有三位，发布者(Publisher)、服务器(Broker)以及订阅者(Subscriber)，消息结构则是分为主体(Topic)和负载(Payload)两部分； Broker（代理服务器）：MQTT 系统中负责接收和分发消息的服务器，是 MQTT 系统的核心组件。 Publisher（发布者）：向 Broker 发布消息的客户端，可以选择一个或多个主题进行消息发布。 Subscriber（订阅者）：订阅感兴趣的主题，并接收相关消息的客户端。 Topic（主题）：用来标识消息的分类和结构。Publisher 将消息发布到特定的主题上，Subscriber 订阅特定的主题以接收相关消息。 Payload（负载）：消息订阅者所具体接收的内容。
协议通信过程 MQTT协议通信过程如下： - 客户端连接：Publisher 或 Subscriber 通过 TCP/IP 连接到 Broker。
- 客户端注册：客户端发送 CONNECT 报文到 Broker，包含客户端的身份认证信息、协议版本号等。
- 会话建立：Broker 接收到 CONNECT 报文后，根据客户端的身份认证信息进行验证，并为客户端创建对应的会话。
- 主题订阅：Subscriber 发送 SUBSCRIBE 报文到 Broker，指定订阅的主题。
- 订阅确认：Broker 收到 SUBSCRIBE 报文后，在订阅列表中将 Subscriber 加入，并返回 SUBACK 报文给 Subscriber。
- 消息发布：Publisher 发送 PUBLISH 报文到 Broker，包含消息的主题和内容。
- 消息分发：Broker 收到 PUBLISH 报文后，根据主题将消息分发给订阅了该主题的所有 Subscriber。
- 消息传递：Subscriber 收到经过分发的消息后，进行相应的处理。
- 客户端断开：客户端发送 DISCONNECT 报文到 Broker，表明断开连接。
其中，MQTT定义了三种消息质量等级，用于确保消息的可靠传递：
第一种消息格式为：最多一次（At Most Once）：消息发布后，不进行任何确认和重传机制，消息可能会丢失或重复；
第二种消息格式为：至少一次（At Least Once）：消息发布后，接收者必须返回一个确认消息（PUBACK）给发布者，如果发布者没有收到确认消息，则会重传消息，确保至少一次的消息传递；
第三种消息格式为：只有一次（Exactly Once）：消息发布和传递过程中进行了多次握手和确认，确保消息只被传递一次。
最后我们来讨论一下MQTT协议通信的数据报文格式：
固定报头（Fixed header），第一个字节高4位是MQTT控制报文的类型 + 第一个字节低4位用于指定控制报文类型的标志位(只在PUBLISH发布消息时用到) + 剩余长度1~4个字节(剩余长度字段最大4个字节) 可变报头(Variable header)，可变报头的内容根据报文类型的不同而不同； 有效载体（Payload），某些 MQTT 控制报文在报文的最后部分包含一个有效载荷；
实现步骤
OneNet平台建设
①搜索OneNet，进入网站，登录并进入开发者中心； ②创建产品，点击“产品开发”，创建你的产品，并填写产品信息；
说明：所属地区随意，不会影响使用，节点类型根须自身需求选择，接入协议选择MQTT；连接方式可以选择蜂窝或者WiFi，相对简单；开发方案选择自定义方案； ③创建设备，选择谁被接入管理，点击设备管理，为产品添加设备，填写设备信息；
④收集三元组，分别为产品ID、access_key以及设备名称，这三个重要数据要写入代码中，需准确无误；
⑤添加产品属性，添加数据流，注意：数据流名称必须与上传的名称相同； 也可以添加任何数据流，上传数据时，平台会自动创建同名数据流；   至此，代理(Breaker)建设完毕，等待发布者或订阅者传输信息；
OneNet平台连接前准备
平台建设步骤中，准备收集好的三元组，在连接平台之前需要登陆密钥，这个密钥需要通过token算法得到，不过不用担心，官方已经准备好了计算工具下载连接；
工具中需要输入以下内容： res : products/产品ID/devices/设备名称 et : 时间戳，可直接网站搜索获取，注意：此时填写的必须比当前时间晚，即填写“未来”的某个时间 key:三元组中获取的access_key; ③进入OneNET文档中心，查找服务器接入地址与端口，这个地址与端口会在连接时用上； 
一切准备好后，开始着手准备连接OneNET平台；
OneNet平台连接调试
MQTT.fx是一款基于Eclipse Paho，使用Java语言编写的MQTT协议客户端工具。支持通过Topic订阅和发布消息，用来前期和物理云平台调试非常方便； ①下载MQTT.fx软件，推荐使用1.7.1版本，免费切资源丰富；下载好之后打开，进入设置界面；
②进入设置界面，填入Broker Address,Broken Point，修改通信版本
③修改用户信息，第二、三步非常重要，请多次核实确保填入信息无误； ④设置好之后保存，点击“Connect”进行连接，状态灯显示绿色则连接正确；
此时，进入OneNET工作台，想要连接的设备已经处于在线状态；
⑤调试订阅消息功能，指令格式：$sys/产品ID/设备名称/dp/post/json/+
⑥调试发布消息功能，指令格式：$sys/产品ID/设备名称/dp/post/json ；并且发布消息内容根据一下格式进行修改；
成功收到消息后，能看到此时来自平台的消息；
根据以上格式，改变数据内容，多发送几次； ⑦进入平台操作界面，进入设备详情； 点击数据流，即可看到刚才上传的数据名称以及其数据，别忘了打开实时刷新；
点击数据，还能根据数据变化绘制曲线图； 以上则是MQTT.fx与OneNET平台连接的全过程；
MCU与OneNet平台连接
其次Wifi模块是不可或缺的部分；通过WIFI连接互联网，以实现基于OneNet平台的物联网功能；本次项目采用ESP8266作为WIFI模块；
ESP8266模块拥有一套完整的AT指令集，不需要你懂Wifi的知识，只需要利用串口进行相关的数据收发即可；常用的基础AT指令：
指令 | 说明 | 返回结果 | AT | 测试AT是否OK | OK | AT+RST | 复位指令 | OK | AT+CWMODE = 1 | 设置模块WIFI模式，设置为Station模式 | OK | AT+CWDHCP=1 | 设置DHCP模式，设置为开启CWDHCP | OK | AT+CWJAP=\"账号,\"密码\" | 设置模块的AP信息，连接WIFI | GOT IP | AT+CIPSTART="ip","网关","子网掩码" | 设置 Station 的 IP 地址 | OK | AT+CIPSEND=xxx | 通过WIFI向IP发送数据 | SEND OK |
此模块引出了8个引脚，其解释和连线如下：
引脚名称 | 描述 | VCC | 供给电压5V | RST | PA4 | EN | PA5 | TXD | (RX)PA3 | RXD | (TX)PA2 | IO0 | 悬空 | IO2 | 悬空 | GND | 地线 |
按照连线，硬件准备完毕
软件分析
模块硬件初始化：配置PA4复位引脚和PA5使能引脚，并且初始化USART模块；
- <span style="color: rgb(38, 38, 38); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "Helvetica Neue", Helvetica, Arial, sans-serif, "Segoe UI"; background-color: rgb(248, 248, 248); font-size: 14px; font-variant-ligatures: none; text-wrap-mode: nowrap;">void ESP8266_GPIO_Init(void)</span>
1.硬件模块复位，需将RST引脚拉低200ms以上，再拉高并保持高电平； 2.发送指令”AT“，保证模块通信无误； 3.发送指令”AT+CWMODE“，配置WIFI为Station模式；//wifi模式 4.发送指令”AT+CWDHCP ”，配置WIFI开启DHCP； 5.发送指令“AT+CWJAP ”，配置WIFI模块连接服务器的账号和密码； - #define ESP8266_WIFI_INFO "AT+CWJAP="Maxxx Pro","12345678"\r\n" //WIFI名称与密码
其中，Wifi发送函数与接收含函数如下：
- <blockquote>_Bool ESP8266_SendCmd(char *cmd, char *res,short timeout)//发送函数
- <blockquote>#define PROID<span style="white-space:pre"> </span>"rPt76ojBtN"<span style="white-space:pre"> </span> <span style="white-space:pre"> </span>//产品ID
- unsigned char OneNet_FillBuf1(char *buf)
- {
-
- char text[200]= " " ;
- memset(text, 0, sizeof(text));
- strcpy(buf, "{"id":123,"dp":{");
-
- memset(text, 0, sizeof(text));
- sprintf(text, ""Temperature":[{"v":%1f}],", Temperature);
- strcat(buf, text);
-
- memset(text, 0, sizeof(text));
- sprintf(text, ""Heart_Rate":[{"v":%d}],", hrAvg); //心率
- strcat(buf, text);
-
- memset(text, 0, sizeof(text));
- sprintf(text, ""Blood_Oxygen":[{"v":%d}],", spo2Avg); //心率
- strcat(buf, text);
- //
- memset(text, 0, sizeof(text));
- sprintf(text, ""Longitude":[{"v":%5f}],", longitude_sum); //经度
- strcat(buf, text);
- memset(text, 0, sizeof(text));
- sprintf(text, ""Latitude":[{"v":%5f}]",latitude_sum); //纬度
- strcat(buf, text);
- strcat(buf, "}}");
- return strlen(buf);
- }
- //==========================================================
- // 函数名称： MQTT_PacketSubscribe
- //
- // 函数功能： Subscribe消息组包
- //
- // 入口参数： pkt_id：pkt_id
- // qos：消息重发次数
- // topics：订阅的消息
- // topics_cnt：订阅的消息个数
- // mqttPacket：包指针
- //
- // 返回参数： 0-成功 其他-失败
- //
- // 说明：
- //==========================================================
- uint8 MQTT_PacketSubscribe(uint16 pkt_id, enum MqttQosLevel qos, const int8 *topics[], uint8 topics_cnt, MQTT_PACKET_STRUCTURE *mqttPacket)
- {
-
- uint32 topic_len = 0, remain_len = 0;
- int16 len = 0;
- uint8 i = 0;
-
- if(pkt_id == 0)
- return 1;
-
- //计算topic长度-------------------------------------------------------------------------
- for(; i < topics_cnt; i++)
- {
- if(topics[i] == NULL)
- return 2;
-
- topic_len += strlen(topics[i]);
- }
-
- //2 bytes packet id + topic filter(2 bytes topic + topic length + 1 byte reserve)------
- remain_len = 2 + 3 * topics_cnt + topic_len;
-
- //分配内存------------------------------------------------------------------------------
- MQTT_NewBuffer(mqttPacket, remain_len + 5);
- if(mqttPacket->_data == NULL)
- return 3;
-
- /*************************************固定头部***********************************************/
-
- //固定头部----------------------头部消息-------------------------------------------------
- mqttPacket->_data[mqttPacket->_len++] = MQTT_PKT_SUBSCRIBE << 4 | 0x02;
-
- //固定头部----------------------剩余长度值-----------------------------------------------
- len = MQTT_DumpLength(remain_len, mqttPacket->_data + mqttPacket->_len);
- if(len < 0)
- {
- MQTT_DeleteBuffer(mqttPacket);
- return 4;
- }
- else
- mqttPacket->_len += len;
-
- /*************************************payload***********************************************/
-
- //payload----------------------pkt_id---------------------------------------------------
- mqttPacket->_data[mqttPacket->_len++] = MOSQ_MSB(pkt_id);
- mqttPacket->_data[mqttPacket->_len++] = MOSQ_LSB(pkt_id);
-
- //payload----------------------topic_name-----------------------------------------------
- for(i = 0; i < topics_cnt; i++)
- {
- topic_len = strlen(topics[i]);
- mqttPacket->_data[mqttPacket->_len++] = MOSQ_MSB(topic_len);
- mqttPacket->_data[mqttPacket->_len++] = MOSQ_LSB(topic_len);
-
- strncat((int8 *)mqttPacket->_data + mqttPacket->_len, topics[i], topic_len);
- mqttPacket->_len += topic_len;
-
- mqttPacket->_data[mqttPacket->_len++] = qos & 0xFF;
- }
- return 0;
- }
- //==========================================================
- // 函数名称： OneNET_Publish
- //
- // 函数功能： 发布消息
- //
- // 入口参数： topic：发布的主题
- // msg：消息内容
- //
- // 返回参数： 无
- //
- // 说明：
- //==========================================================
- void OneNET_Publish(const char *topic, const char *msg)
- {
- MQTT_PACKET_STRUCTURE mqtt_packet = {NULL, 0, 0, 0}; //协议包
-
- // UsartPrintf(USART_DEBUG, "Publish Topic: %s, Msg: %s\r\n", topic, msg);
-
- if(MQTT_PacketPublish(MQTT_PUBLISH_ID, topic, msg, strlen(msg), MQTT_QOS_LEVEL0, 0, 1, &mqtt_packet) == 0)
- {
- ESP8266_SendData(mqtt_packet._data, mqtt_packet._len); //向平台发送订阅请求
-
- MQTT_DeleteBuffer(&mqtt_packet); //删包
- }
- }
- //==========================================================
- // 函数名称： OneNET_Subscribe
- //
- // 函数功能： 订阅
- //
- // 入口参数： 无
- //
- // 返回参数： 无
- //
- // 说明：
- //==========================================================
- void OneNET_Subscribe(void)
- {
-
- MQTT_PACKET_STRUCTURE mqtt_packet = {NULL, 0, 0, 0}; //协议包
-
- char topic_buf[56];
- const char *topic = topic_buf;
-
- snprintf(topic_buf, sizeof(topic_buf), "$sys/%s/%s/cmd/#", PROID, DEVICE_NAME);
-
- // UsartPrintf(USART_DEBUG, "Subscribe Topic: %s\r\n", topic_buf);
-
- if(MQTT_PacketSubscribe(MQTT_SUBSCRIBE_ID, MQTT_QOS_LEVEL0, &topic, 1, &mqtt_packet) == 0)
- {
- ESP8266_SendData(mqtt_packet._data, mqtt_packet._len); //向平台发送订阅请求
-
- MQTT_DeleteBuffer(&mqtt_packet); //删包
- }
- }
至此，MCU即可实现利用传感器获取数据，通过WIFI模块上传OneNet平台，根据获取数据进行其他操作；
总结
本篇文章讨论了如何使用OneNet作为物联网平台，并给出详细搭建和调试步骤，并使用APME030R8T6作为主控MCU实现IoT数据交互功能；
资料文章涉及内容较为浅显，若读者对相关知识有兴趣，可跳转至下方资料深入学习MQTT学习资料:
MQTT协议https://blog.csdn.net/weixin_44788542/article/details/129690265?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522f90e144d7df6261ab98db9b525c062d7%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=f90e144d7df6261ab98db9b525c062d7&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~top_positive~default-1-129690265-null-null.142^v102^pc_search_result_base6&utm_term=MQTT&spm=1018.2226.3001.4187
https://open.iot.10086.cn/doc/aiot/fuse/search?kw=token&path=new_platform
密钥计算助手token
https://open.iot.10086.cn/college/video/onenet-portal/2024-04-19/17134946071850.exe
|
楼主
