1. 前言
近年来，在智能化、自动化高新技术的驱动下，智能家居工作进入了飞速展开时期。根据国家相关部委推动智慧城市建设布置，以及各地方政府的安排，我国发动智慧城市建设和在建智慧城市的城市数量逾越 500 个。跟着各地智慧城市建设提速，相关商场规划将有望扩容至千亿，甚至万亿等级。
智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、 安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
智能家居可以说是一个自动化的物联网系统，你可以用这个系统享受更高效、更有趣的服务（懒人的福利），比如你可以让你通过你的手机或智能音响控制你空调的温度，控制你的扫地机器人扫地，控制你家的窗帘，或者当你离开家的时候家里的台灯，吊顶灯，床头灯都会自动关闭，智能音响会自动说对你说一路顺风，提高自己的生活体验。
智能家居是一个大框架，里面包含了家庭里所有的电器设备智能化，智能门窗、智能门锁、智能电视、智能影像、智能插座、智能空调、智能电饭煲、智能热水器等等。
这篇文章采用智能家居里的典范--智能门锁，来介绍如何让锁变得智能。
实现的核心： 将家里的门锁通过 WIFI，通过 MQTT 协议连接上华为云 IOT 物联网平台，再开发一个配套的手机 APP，完成远程开锁关锁的功能。华为云 IOT 服务器的响应速度非常快，在手机端点击开锁、关锁后，实体设备可以快速响应。
使用华为云物联网云平台完成智能门锁这个需求时，需要了解三个部分的知识点：
（1）如何通过华为云 IOT 物联网平台创建产品，创建设备。？
（2）如何让设备登录到华为云 IOT 平台（获取 MQTT 协议三元组信息） ？
（3）开发手机 APP，开发电脑桌面软件、微信小程序时，如何与华为云 IOT 云平台进行对接？
接下来，下面就陆续介绍整个产品的开发过程，解决这 3 个疑问，文章里图片、文字描述、代码都会贴出来，只要认真看一遍，就可以对现在的智能家居、物联网、云平台这些概念有个了解了。
2. 设备硬件介绍
当前产品是做一个智能家居里的系列产品--智能门锁。为了模拟真实设备硬件，采用步进电机模拟门锁，STM32+ESP8266 作为主控芯片和联网设备。
整体思路：
在华为云 IOT 物联网平台构建智能锁项目，配置好云端，设备端通过 ESP8266 连接华为物联网平台，实现数据上报，交互,实现远程开锁、关锁、获取锁的状态等功能，不用担心忘记出门关锁，也不用担心忘记带钥匙无法开门的情况。
ESP8266 是物联网解决方案里比较热门的 WIFI 设备，支持串口+AT 指令控制，任意支持串口的单片机都可以使用 ESP8266 快速实现联网。
步进电机采用常规 28BYJ-48 来模拟当做门锁的电机，驱动板采用 ULN2003。
3. 创建华为云 IOT 云端设备
登录官网: https://www.huaweicloud.com/
直接搜索物联网，打开页面。
选择设备接入:
选择免费试用：
在产品页面，点击右上角创建产品:
填上产品信息:
得到产品 ID，保存好 ID，点击查看详情：
产品ID为：61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1.
复制代码
点击设备页面，注册设备：
填充信息进行注册：
保存设备密匙和设备 ID，点击保存关闭会自动下载文件保存，后面生成密码和登录账号需要使用
关闭后就看到创建好的设备了：
点击产品页面，选择刚才创建的产品：
选择自定义模型---创建数据模型服务：
选择新增属性，创建设备的属性
4. 创建 MQTT 登录账号和密匙
设备创建完成接来下生成 MQTT 登录账号、密匙，方便设备登录云端平台。
官网工具地址: https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/
打开刚才创建设备时，下载的密匙文件，把内容复制出来对应的填进去，生成即可。
5. 拼接主题订阅与发布的格式
官方文档介绍: https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_01_2127.html
在产品页面可以，看到主题的全部格式：
总结的格式如下:
格式: $oc/devices/{device_id}/sys/messages/down//订阅主题: 平台下发消息给设备$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/messages/down
格式: $oc/devices/{device_id}/sys/properties/report//设备上报数据$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/properties/report
上属性的数据格式://上报的属性消息 (一次可以上报多个属性,在json里增加就行了){"services": [{"service_id": "lock","properties":{"门锁":1}}]}
复制代码
上面属性里的服务 ID 和属性里的名称，在设备页面，影子设备页面查看。
6. MQTT 客户端模拟设备登录云端
下面使用 MQTT 客户端模拟设备登录服务器测试，看设备创建的是否 OK。
服务器的 IP 地址是: 121.36.42.100
端口号是: 1883
打开 MQTT 客户端软件，按照提示，输入相关参数后，点击连接，然后再点击订阅主题，发布主题即可:
查看云端服务器的情况: 可以看到设备已经在线了，并且收到上传的数据。
修改一下锁的状态，上报属性再查看：
发现云端的状态也已经改变，现在设备上报已经 OK。
接下来测试命令下发，实现远程开锁关锁的功能：
打开产品页面，新增加命令：
命令添加成功:
在设备页面，选择同步命令下发：
点击确定后，查看 MQTT 客户端，发现已经收到数据了：
$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497/sys/commands/request_id=88e2626f-290d-405e-962d-51554445a8fd{"paras":{"lock":1},"service_id":"lock","command_name":"lock"}
复制代码
设备端解析收到的数据，就可以完成多步进电机的控制，完成开锁关锁。
7. 开发硬件设备端
在前面章节里完成产品的云端创建、设备创建、设备模拟登录，开锁关锁测试。本小节，就使用真实设备完成上云，登录华为云 IOT 平台，实现数据通信。
设备端使用的 STM32 作为主控芯片，IDE 采用 keil5，下面贴出了工程核心代码。
工程是 keil5 工程，代码非常多，下面只贴出了 main 函数里的代码。
main 函数代码如下:
#include "stm32f10x.h"#include "led.h"#include "delay.h"#include "key.h"#include "usart.h"#include <string.h>#include "timer.h"#include "bluetooth.h"#include "esp8266.h"#include "mqtt.h"
//华为物联网服务器的设备信息#define MQTT_ClientID "61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510"#define MQTT_UserName "61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497"#define MQTT_PassWord "385ce91dfe7da5b7431868d5d87e7998163c493344040935d5a00024d6324242"
//订阅与发布的主题#define SET_TOPIC "$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/messages/down" //订阅#define POST_TOPIC "$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/properties/report" //发布
char mqtt_message[200];//上报数据缓存区
int main(){ u32 time_cnt=0; u32 i; u8 key; LED_Init(); BEEP_Init(); KEY_Init(); USART1_Init(115200); TIMER1_Init(72,20000); //超时时间20ms USART2_Init(9600);//串口-蓝牙 TIMER2_Init(72,20000); //超时时间20ms USART3_Init(115200);//串口-WIFI TIMER3_Init(72,20000); //超时时间20ms USART1_Printf("正在初始化WIFI请稍等.\n"); if(ESP8266_Init()) { USART1_Printf("ESP8266硬件检测错误.\n"); } else { //非加密端口 USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode("CMCC-Cqvn","99pu58cb","121.36.42.100",1883,1)); } //2. MQTT协议初始化 MQTT_Init(); //3. 连接华为服务器 while(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord)) { USART1_Printf("服务器连接失败,正在重试...\n"); delay_ms(500); } USART1_Printf("服务器连接成功.\n"); //3. 订阅主题 if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1)) { USART1_Printf("主题订阅失败.\n"); } else { USART1_Printf("主题订阅成功.\n"); } while(1) { key=KEY_Scan(0); if(key==2) { time_cnt=0; sprintf(mqtt_message,"{\"services\": [{\"service_id\": \"lock\",\"properties\":{\"门锁\":1}}]}"); MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0); USART1_Printf("发送状态1\r\n"); } else if(key==3) { time_cnt=0; sprintf(mqtt_message,"{\"services\": [{\"service_id\": \"lock\",\"properties\":{\"门锁\":0}}]}"); MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0); USART1_Printf("发送状态0\r\n"); }
if(USART3_RX_FLAG) { USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0'; for(i=0;i<USART3_RX_CNT;i++) { USART1_Printf("%c",USART3_RX_BUFFER[i]); } USART3_RX_CNT=0; USART3_RX_FLAG=0; }
//定时发送心跳包,保持连接 delay_ms(10); time_cnt++; if(time_cnt==500) { MQTT_SentHeart();//发送心跳包 time_cnt=0; } }}
复制代码
8. 开发手机 APP
8.1 功能介绍
为了更方便的完成智能门锁开锁、关锁的操作，与设备完成交互，还需要开发一个配套的手机 APP，官方提供了应用侧开发的 API 接口、SDK 接口，为了方便通用一点，这里采用了 API 接口完成数据交互，上位机软件采用 QT 开发。QT 支持跨平台开发，所有就可以顺便一起开发出 Android、IOS、windows、Linux 等平台的终端软件。还可以通过 wasm 技术，开发 web 网页程序，非常强大的框架。
下面就介绍上位机开发的流程，如何交互等等。
帮助文档地址: https://support.huaweicloud.com/usermanual-iothub/iot_01_0045.html
在文档页面可以看到，提供的接口有，创建产品、创建设备、查询设备属性，查询设备消息等等。
在设计手机 APP 时，可以直接通过提供的 API 接口，创建产品，设备，这样设备端就可以直接注册登录。
4.2 查询设备属性接口
设备属性就是设备上传的传感器状态数据信息，应用侧提供了 API 接口，可以主动向设备端下发请求指令；设备端收到指令之后需要按照约定的数据格式上报数据；所以，要实现应用层与设备端的数据交互，需要应用层与设备端配合才能完成。
下面分别介绍应用测和设备测的实现流程。
（1）应用层下发的指令
帮助文档地址: https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0034.html
接口的在线调试地址: https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/debug?product=IoTDA&api=ListProperties
如果请求参数和返回值不清楚，写代码前，先使用在线调试接口体验一下，验证数据交互是否 OK。
请求参数里比较总要的两个必填参数，是设备 ID 和服务 ID，这两个参数在第 3 章节就介绍过如何获取了，在产品页面创建自定义属性时可以看到服务 ID。
请求接口总结:
请求方法 GETURI地址 /v5/iot/{project_id}/devices/{device_id}/properties传输协议 HTTPS
拼接好的地址: https://iotda.cn-north-4.myhuaweicloud.com/v5/iot/0e5957be8a00f53c2fa7c0045e4d8fbf/devices/61df9a6bc7fb24029b0c160d_1126626497/properties?service_id=1126626497
其中的project_id和device_id需要根据自己的设备信息修改。
请求头:{ "User-Agent": "API Explorer", "X-Auth-Token": "******", 这个是鉴权用的token "Content-Type": "application/json"}
响应体(设备上传的数据){ "response": { "services": [ { "service_id": "lock", "properties": { "lock": 1 } }, } ] }}
复制代码
请求头里需要填X-Subject-Token参数，这个参数只要是访问任何华为云都需要填，获取具体的流程可以看这里。https://bbs.huaweicloud.com/blogs/317759 翻到第 3 小节。
（2）设备上传数据
应用层向设备端请求查询设备属性时，设备端会收到如下的消息:
$oc/devices/61df9a6bc7fb24029b0c160d_1126626497/sys/properties/get/request_id=336bcb57-0e0a-44d0-90f7-31386cb54a3c{"service_id":"1126626497"}
复制代码
这个消息里有一个主要参数request_id请求 ID，设备端需要解析出这个参数，给应用层响应数据时，需要带上这个 ID。
这个请求属性详细帮助文档看这里: https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_3011.html
设备响应的数据格式:
主题格式: $oc/devices/{device_id}/sys/properties/get/response/request_id={request_id}
示 例:$oc/devices/61df9a6bc7fb24029b0c160d_1126626497/sys/properties/get/response/request_id=336bcb57-0e0a-44d0-90f7-31386cb54a3c
响应的数据格式:{"services": [{"service_id": "healthy","properties":{"HeartRate":127}}]}
复制代码
响应的数据格式可以看这里的介绍: https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_3010.html
4.3 在线 API 调试结合设备模拟
下面使用 MQTT 客户端与在线 API 接口联合模拟一下接口效果：
（1）先打开调试页面: https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/debug?product=IoTDA&api=ListProperties
然后填好设备 DI 和服务 ID：
(2)、打开 MQTT 客户端，登录华为云物联网平台（也就是模拟设备上线）：
(3)、打开在线 API 调试页面，点击调试： 点击后可以看到页面上已经在等待客户端的响应了。
(4)、MQTT 客户端响应详细
按照前面说的响应格式，拼接好接口，数据。然后发布主题。
(5)、应用层收到客户端响应,调试成功
调试成功后，响应体里收到的就是设备端上传的设备属性数据。
4.4 应用层核心代码
/*功能: 获取token*/void Widget::GetToken(){ //表示获取token function_select=3;
QString requestUrl; QNetworkRequest request;
//设置请求地址 QUrl url;
//获取token请求地址 requestUrl = QString("https://iam.%1.myhuaweicloud.com/v3/auth/tokens") .arg(SERVER_ID);
//自己创建的TCP服务器,测试用 //requestUrl="http://10.0.0.6:8080";
//设置数据提交格式 request.setHeader(QNetworkRequest::ContentTypeHeader, QVariant("application/json;charset=UTF-8"));
//构造请求 url.setUrl(requestUrl);
request.setUrl(url);
QString text =QString("{\"auth\":{\"identity\":{\"methods\":[\"password\"],\"password\":" "{\"user\":{\"domain\": {" "\"name\":\"%1\"},\"name\": \"%2\",\"password\": \"%3\"}}}," "\"scope\":{\"project\":{\"name\":\"%4\"}}}}") .arg(MAIN_USER) .arg(IAM_USER) .arg(IAM_PASSWORD) .arg(SERVER_ID);
//发送请求 manager->post(request, text.toUtf8());}
//查询设备属性void Widget::Get_device_properties(){ //表示获取token function_select=0;
QString requestUrl; QNetworkRequest request;
//设置请求地址 QUrl url;
//获取token请求地址 requestUrl = QString("https://iotda.%1.myhuaweicloud.com/v5/iot/%2/devices/%3/properties?service_id=%4") .arg(SERVER_ID) .arg(PROJECT_ID) .arg(device_id) .arg(service_id);
//自己创建的TCP服务器,测试用 //requestUrl="http://10.0.0.6:8080";
//设置数据提交格式 request.setHeader(QNetworkRequest::ContentTypeHeader, QVariant("application/json"));
//设置token request.setRawHeader("X-Auth-Token",Token);
//构造请求 url.setUrl(requestUrl);
request.setUrl(url);
//发送请求 manager->get(request);}
复制代码
4.5 上位机运行效果
到此，智能门锁完成。
评论