门锁|开锁_物联网应用开发实践案例智能家居

篇首语：本文由编程笔记#小编为大家整理，主要介绍了物联网应用开发实践案例-智能家居相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1. 前言

近年来&＃xff0c;在智能化、自动化高新技术的驱动下&＃xff0c;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&＃xff0c;以及各地方政府的安排&＃xff0c;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&＃xff0c;相关商场规划将有望扩容至千亿&＃xff0c;甚至万亿等级。

智能家居是以住宅为平台&＃xff0c;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&＃xff0c;构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统&＃xff0c;提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性&＃xff0c;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&＃xff0c;你可以用这个系统享受更高效、更有趣的服务&＃xff08;懒人的福利&＃xff09;&＃xff0c;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&＃xff0c;控制你的扫地机器人扫地&＃xff0c;控制你家的窗帘&＃xff0c;或者当你离开家的时候家里的台灯&＃xff0c;吊顶灯&＃xff0c;床头灯都会自动关闭&＃xff0c;智能音响会自动说对你说一路顺风&＃xff0c;提高自己的生活体验。

智能家居是一个大框架&＃xff0c;里面包含了家庭里所有的电器设备智能化&＃xff0c;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&＃xff0c;来介绍如何让锁变得智能。

实现的核心&＃xff1a; 将家里的门锁通过WIFI&＃xff0c;通过MQTT协议连接上华为云IOT物联网平台&＃xff0c;再开发一个配套的手机APP&＃xff0c;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&＃xff0c;在手机端点击开锁、关锁后&＃xff0c;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&＃xff0c;需要了解三个部分的知识点&＃xff1a;

&＃xff08;1&＃xff09;如何通过华为云IOT物联网平台创建产品&＃xff0c;创建设备。&＃xff1f;

&＃xff08;2&＃xff09;如何让设备登录到华为云IOT平台&＃xff08;获取MQTT协议三元组信息&＃xff09; &＃xff1f;

&＃xff08;3&＃xff09;开发手机APP&＃xff0c;开发电脑桌面软件、微信小程序时&＃xff0c;如何与华为云IOT云平台进行对接&＃xff1f;

接下来&＃xff0c;下面就陆续介绍整个产品的开发过程&＃xff0c;解决这3个疑问&＃xff0c;文章里图片、文字描述、代码都会贴出来&＃xff0c;只要认真看一遍&＃xff0c;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&＃xff0c;采用步进电机模拟门锁&＃xff0c;STM32&＃43;ESP8266作为主控芯片和联网设备。

整体思路&＃xff1a;

在华为云IOT物联网平台构建智能锁项目&＃xff0c;配置好云端&＃xff0c;设备端通过ESP8266连接华为物联网平台&＃xff0c;实现数据上报&＃xff0c;交互,实现远程开锁、关锁、获取锁的状态等功能&＃xff0c;不用担心忘记出门关锁&＃xff0c;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&＃xff0c;支持串口&＃43;AT指令控制&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;打开页面。

选择设备接入:

选择免费试用&＃xff1a;

在产品页面&＃xff0c;点击右上角创建产品:

填上产品信息:

得到产品ID&＃xff0c;保存好ID&＃xff0c;点击查看详情&＃xff1a;

产品ID为&＃xff1a;61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1.


点击设备页面&＃xff0c;注册设备&＃xff1a;

填充信息进行注册&＃xff1a;

保存设备密匙和设备ID&＃xff0c;点击保存关闭会自动下载文件保存&＃xff0c;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&＃xff1a;

点击产品页面&＃xff0c;选择刚才创建的产品&＃xff1a;

选择自定义模型—创建数据模型服务&＃xff1a;

选择新增属性&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;下载的密匙文件&＃xff0c;把内容复制出来对应的填进去&＃xff0c;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&＃xff0c;看到主题的全部格式&＃xff1a;

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]


上面属性里的服务ID和属性里的名称&＃xff0c;在设备页面&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;按照提示&＃xff0c;输入相关参数后&＃xff0c;点击连接&＃xff0c;然后再点击订阅主题&＃xff0c;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&＃xff0c;并且收到上传的数据。

修改一下锁的状态&＃xff0c;上报属性再查看&＃xff1a;

发现云端的状态也已经改变&＃xff0c;现在设备上报已经OK。

接下来测试命令下发&＃xff0c;实现远程开锁关锁的功能&＃xff1a;

打开产品页面&＃xff0c;新增加命令&＃xff1a;

命令添加成功:

在设备页面&＃xff0c;选择同步命令下发&＃xff1a;

点击确定后&＃xff0c;查看MQTT客户端&＃xff0c;发现已经收到数据了&＃xff1a;

$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497/sys/commands/request_id&＃61;88e2626f-290d-405e-962d-51554445a8fd"paras":"lock":1,"service_id":"lock","command_name":"lock"


设备端解析收到的数据&＃xff0c;就可以完成多步进电机的控制&＃xff0c;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&＃xff0c;开锁关锁测试。本小节&＃xff0c;就使用真实设备完成上云&＃xff0c;登录华为云IOT平台&＃xff0c;实现数据通信。

设备端使用的STM32作为主控芯片&＃xff0c;IDE采用keil5&＃xff0c;下面贴出了工程核心代码。

工程是keil5工程。
STM32连接华为云IOT的工程代码Get: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/81993720

main函数代码如下:

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include
#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&＃61;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&＃61;KEY_Scan(0);
if(key&＃61;&＃61;2)

time_cnt&＃61;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&＃61;&＃61;3)

time_cnt&＃61;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]&＃61;&＃39;\\0&＃39;;
for(i&＃61;0;i<USART3_RX_CNT;i&＃43;&＃43;)

USART1_Printf("%c",USART3_RX_BUFFER[i]);

USART3_RX_CNT&＃61;0;
USART3_RX_FLAG&＃61;0;

//定时发送心跳包,保持连接
delay_ms(10);
time_cnt&＃43;&＃43;;
if(time_cnt&＃61;&＃61;500)

MQTT_SentHeart();//发送心跳包
time_cnt&＃61;0;





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&＃xff0c;与设备完成交互&＃xff0c;还需要开发一个配套的手机APP&＃xff0c;官方提供了应用侧开发的API接口、SDK接口&＃xff0c;为了方便通用一点&＃xff0c;这里采用了API接口完成数据交互&＃xff0c;上位机软件采用QT开发。QT支持跨平台开发&＃xff0c;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&＃xff0c;开发web网页程序&＃xff0c;非常强大的框架。

下面就介绍上位机开发的流程&＃xff0c;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&＃xff0c;提供的接口有&＃xff0c;创建产品、创建设备、查询设备属性&＃xff0c;查询设备消息等等。

在设计手机APP时&＃xff0c;可以直接通过提供的API接口&＃xff0c;创建产品&＃xff0c;设备&＃xff0c;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&＃xff0c;应用侧提供了API接口&＃xff0c;可以主动向设备端下发请求指令&＃xff1b;设备端收到指令之后需要按照约定的数据格式上报数据&＃xff1b;所以&＃xff0c;要实现应用层与设备端的数据交互&＃xff0c;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。

&＃xff08;1&＃xff09;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&＃61;IoTDA&api&＃61;ListProperties

如果请求参数和返回值不清楚&＃xff0c;写代码前&＃xff0c;先使用在线调试接口体验一下&＃xff0c;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&＃xff0c;是设备ID和服务ID&＃xff0c;这两个参数在第3章节就介绍过如何获取了&＃xff0c;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 GET
URI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&＃61;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

,

]




请求头里需要填X-Subject-Token参数&＃xff0c;这个参数只要是访问任何华为云都需要填&＃xff0c;获取具体的流程可以看这里。https://bbs.huaweicloud.com/blogs/317759 翻到第3小节。

&＃xff08;2&＃xff09;设备上传数据

应用层向设备端请求查询设备属性时&＃xff0c;设备端会收到如下的消息:

$oc/devices/61df9a6bc7fb24029b0c160d_1126626497/sys/properties/get/request_id&＃61;336bcb57-0e0a-44d0-90f7-31386cb54a3c"service_id":"1126626497"


这个消息里有一个主要参数request_id请求ID&＃xff0c;设备端需要解析出这个参数&＃xff0c;给应用层响应数据时&＃xff0c;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&＃61;request_id
示 例:
$oc/devices/61df9a6bc7fb24029b0c160d_1126626497/sys/properties/get/response/request_id&＃61;336bcb57-0e0a-44d0-90f7-31386cb54a3c
响应的数据格式:
"services": ["service_id": "healthy","properties":"HeartRate":127]


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&＃xff1a;

&＃xff08;1&＃xff09;先打开调试页面: https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/debug?product&＃61;IoTDA&api&＃61;ListProperties

然后填好设备DI和服务ID&＃xff1a;

(2)、打开MQTT客户端&＃xff0c;登录华为云物联网平台&＃xff08;也就是模拟设备上线&＃xff09;&＃xff1a;

(3)、打开在线API调试页面&＃xff0c;点击调试&＃xff1a; 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&＃xff0c;拼接好接口&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃61;3;
QString requestUrl;
QNetworkRequest request;
//设置请求地址
QUrl url;
//获取token请求地址
requestUrl &＃61; 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&＃61;"http://10.0.0.6:8080";
//设置数据提交格式
request.setHeader(QNetworkRequest::ContentTypeHeader, QVariant("application/json;charset&＃61;UTF-8"));
//构造请求
url.setUrl(requestUrl);
request.setUrl(url);
QString text &＃61;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&＃61;0;
QString requestUrl;
QNetworkRequest request;
//设置请求地址
QUrl url;
//获取token请求地址
requestUrl &＃61; QString("https://iotda.%1.myhuaweicloud.com/v5/iot/%2/devices/%3/properties?service_id&＃61;%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&＃61;"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);



4.5 上位机运行效果

到此&＃xff0c;智能门锁完成。