智能家居 DIY 教程连载(4)

DIY 活动已经来到了尾声,本次的任务是整个项目中最有趣也是最重要的部分——物联网。

本次任务

  • 接收节点根据上位机数据帧格式,通过串口发送温度数据给上位机,上位机能正确显示温度曲线。

  • 了解 RT-Thread 的 OneNet 云软件包、AT 组件,并使用它们实现将接收节点的数据通过 esp8266 wifi 模块上传至 OneNet 云端,云端要求能简单制作小应用实现实时温度远程监控。

本次的任务重点是对接云,云是物联网中必不可少的一个重要部分,与物联网有着密切的关联。本篇教程将给大家讲解一下如何通过 esp8266 wifi 模块将温度数据上传到 OneNet 云,实现远程监控温度。

本篇文章取消了对上位机使用的讲解,因为上位机的使用过于简单,大家私底下自行尝试即可。上位机的使用方法及其源码:点击此处跳转

准备工作

请务必先学习以下内容,再继续看本篇文章:

以上内容是十分重要的预备知识,不要偷懒略过上述内容的学习噢。

配置工程

首先,要想清楚本次任务的整个工程需要依赖什么工具才能正常工作,简单来说,我们需要将 ESP8266 对接到 OneNet 云,而 ESP8266 通过 AT Device 控制的,所以现在目标是明确的:开启 AT 和 ESP8266,并配置 OneNet 软件包中的相关参数。

开启 AT 和 ESP8266,ESP8266 的 WIFI 账号和密码需要写对,不然连不上网,自然就对接不上 OneNet 了:

RT-Thread online packages  --->
  IoT - internet of things  --->
    [*] AT DEVICE: RT-Thread AT component porting or samples for different device  --->
      [*]   Espressif ESP8266  --->
        (testwifi) WIFI ssid
        (12345678) WIFI password
        (uart2) AT client device name
        (512)   The maximum length of receive line buffer

开启 OneNet,完成相关参数配置,其中 device idauth infoapi keyproduct idmaster/product apikey 这些参数如何配置请查看 OneNet 的产品创建与设备接入视频教程:点此处跳转

RT-Thread online packages  --->
    IoT - internet of things  --->
        IoT Cloud  --->
            [*] OneNET: China Mobile OneNet cloud SDK for RT-Thread  --->
                [ ]   Enable OneNET sample
                [*]   Enable support MQTT protocol
                [ ]   Enable OneNET automatic register device
                (534342011) device id
                (201907091115) auth info
                (IFzqRGOjq530YSyFY6EMda45Xdw=) api key
                (258302) product id
                (FV=ssEvYvHcKqN0=ZdTjM6NrGv0=) master/product apikey

值得一提的是,OneNet 软件包是需要依赖 paho-mqtt、webclient、cJSON 的,选中 OneNet 后,以上三个选项也会被自动选中,如下图:

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注意自己手上的 ESP8266 接板子的哪个串口,需要将这个串口打开:

Hardware Drivers Config  --->
    On-chip Peripheral Drivers  --->
        [*] Enable UART  --->
            [*] Enable UARTx

在 menuconfig 中完成以上配置之后,先 pkgs --update 将软件包获取到本地,再 scons --target=mdk5 更新工程,将相关软件包加载到工程中来。

开发思路

OneNet 软件包工作原理

首先,我们需要大致了解一下 OneNet 软件包的工作原理。

OneNet 软件包数据的上传和命令的接收是基于 MQTT 实现的,OneNet 的初始化其实就是 MQTT 客户端的初始化,初始化完成后,MQTT 客户端会自动连接 OneNet 平台。数据的上传其实就是往特定的 topic 发布消息。当服务器有命令或者响应需要下发时,会将消息推送给设备。

获取数据流、数据点,发布命令则是基于 HTTP Client 实现的,通过 POST 或 GET 将相应的请求发送给 OneNet 平台,OneNet 将对应的数据返回,这样,我们 就能在网页上或者手机 APP 上看到设备上传的数据了。

下图是应用显示设备上传数据的流程图:

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下图是应用下发命令给设备的流程图:

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MQTT 初始化

了解了 OneNet 软件包的工作原理后,我们知道,OneNet 软件包数据的上传和命令的接收是基于 MQTT 实现的,OneNet 的初始化其实就是 MQTT 客户端的初始化。OneNet 软件包提供了一个接口 onenet_mqtt_init,供用户去初始化 MQTT,只有当 MQTT 初始化成功之后,才能做后续的操作,如上传数据到 OneNet 服务器。

我们创建两个线程去工作,onenet_mqtt_init_thread 线程用于初始化 MQTT 客户端,onenet_upload_data_thread 线程去上传数据给云。那么问题来了,onenet_upload_data_thread 线程怎么知道 MQTT 初始化成功了呢?这里使用信号量去通知。

要用信号量之前,第一步当然是创建一个信号量:

mqttinit_sem = rt_sem_create("mqtt_sem", RT_NULL, RT_IPC_FLAG_FIFO);

onenet_mqtt_init_thread 线程的线程入口函数中使用 OneNet 软件包提供的接口 onenet_mqtt_init 去初始化 MQTT,初始化成功后,释放信号量:

static void onenet_mqtt_init_entry(void *parameter)
{
    uint8_t onenet_mqtt_init_failed_times;

    /* mqtt初始化 */
    while (1)
    {
        if (!onenet_mqtt_init())
        {
            /* mqtt初始化成功之后,释放信号量告知onenet_upload_data_thread线程可以上传数据了 */
            rt_sem_release(mqttinit_sem);
            return;
        }
        rt_thread_mdelay(100);
        LOG_E("onenet mqtt init failed %d times", onenet_mqtt_init_failed_times++);
    }
}

onenet_upload_data_thread 线程要一直等待信号量的到来,才能上传数据,看看它的线程入口函数的伪代码:

static void onenet_upload_data_entry(void *parameter)
{
    /* 永久等待方式接收信号量,若收不到,该线程会一直挂起 */
    rt_sem_take(mqttinit_sem, RT_WAITING_FOREVER);
    /* 后面用不到这个信号量了,把它删除了,回收资源 */
    rt_sem_delete(mqttinit_sem);

    while (1)
    {
        /* 这里是上传数据到OneNet的代码*/
        /* 这里要怎么写,后面会有教程说明 */
    }
}

在上面的代码中,其实不用信号量也能完成上述工作。这里创建两个线程,并且使用信号量去做通知工作,旨在能让大家多学习些 IPC 的使用。

上传数据至云端

在 ESP8266 已经正常连上 WIFI 的前提下,MQTT 初始化成功后,就可以放心大胆的上传数据给 OneNet 了。OneNet 软件包给用户提供了几个上传数据的接口,详情请查看 OneNet 软件包的 API 说明文档:点击此处跳转。这个 DIY 项目中需要上传的数据是温度数据,属于数字数据,可以使用下面这个 API:

rt_err_t onenet_mqtt_upload_digit(const char *ds_name, const double digit);

利用 mqtt 向 OneNET 平台发送字符串数据。

参数 描述
ds_name 数据流名称
digit 要上传的数字
返回 --
0 上传成功
-5 内存不足

根据前两次任务的教程,我们知道 nrf24l01_thread 线程是用来通过 nrf24l01 射频模块接收发送节点采集到的温度数据的。那么如何将 nrf24l01_thread 线程收到的温度数据给 onenet_upload_data_thread 线程上传云呢?这里使用邮箱和内存池来实现。邮箱和内存池的使用,可以回顾一下 IPC 实战的教程:点击此处跳转

使用邮箱和内存池是为了解决一下问题:

  • nrf24l01_thread 线程接收数据过快,onenet_upload_data_thread 线程来不及上传。

  • onenet_upload_data_thread 线程上传过快,nrf24l01_thread 线程来不及接收数据。

其实就是典型的流控问题,或者说是供求关系问题。

onenet_upload_data_thread 线程入口函数中利用 onenet_mqtt_upload_digit 上传数据给 OneNet:

static void onenet_upload_data_entry(void *parameter)
{
    struct recvdata *buf_mp;

    /* 永久等待方式接收信号量,若收不到,该线程会一直挂起 */
    rt_sem_take(mqttinit_sem, RT_WAITING_FOREVER);
    /* 后面用不到这个信号量了,把它删除了,回收资源 */
    rt_sem_delete(mqttinit_sem);

    while (1)
    {
        if (rt_mb_recv(tmp_msg_mb, (rt_ubase_t*)&buf_mp, RT_WAITING_FOREVER) == RT_EOK)
        {
            /* 500ms上传一次数据 */
            rt_thread_delay(rt_tick_from_millisecond(500));
            /* 上传发送节点1的数据到OneNet服务器,数据流名字是temperature_p0 */
            if (onenet_mqtt_upload_digit("temperature_p0", buf_mp->temperature_p0) != RT_EOK)
                rt_kprintf("upload temperature_p0 has an error, try again\n");
            else
                printf("onenet upload OK >>> temp_p0:%f\n", buf_mp->temperature_p0);

            rt_mp_free(buf_mp); /* 释放内存块 */
            buf_mp = RT_NULL;   /* 请务必要做 */
        }
    }
}

就是这么简单。

如果说,我们底下有多个发送节点采集温度,接收节点会收到多个发送节点的温度数据,而只有 一个 ESP8266,怎么在上传数据给 OneNet 的时候区分这些不同节点的数据?这里其实只需要建立不同的数据流就好了,每一个节点的数据为一个数据流,rt_err_t onenet_mqtt_upload_digit(const char *ds_name, const double digit) 函数的第一个参数就是数据流的名称,起不同名字就是不用的数据流了,如:

/* 上传发送节点1的数据到OneNet服务器,数据流名字是temperature_p0 */
onenet_mqtt_upload_digit("temperature_p0", buf_mp->temperature_p0);
/* 上传发送节点2的数据到OneNet服务器,数据流名字是temperature_p1 */
onenet_mqtt_upload_digit("temperature_p1", buf_mp->temperature_p1);

OneNet 应用开发

我们关把数据上传给 OneNet 后,如何才能看到这些数据呢?OneNet 给开发者提供了一些简单应用开发的工具,我们利用这些工具在 OneNet 上创建一些简单的小应用,即可实现对数据的远程监控了。

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由于文章篇幅有限,这里就不详细展示如何制作应用了,更多内容,请查看 OneNet 的产品创建与设备接入视频教程:点击此处跳转

6. 开源代码

为了更进一步便于大家学习,本次任务的代码已经开源啦~ 点击这里查看。请给这个项目点个小星星(Star)^_^

获得更多官方技术支持,请添加 RT-Thread 小师妹为好友,备注智能家居 DIY,可拉进技术交流群。微信扫下方二维码添加好友:

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本次任务结果

  • 在网页上查看 OneNet 云端数据,能正常收到来自每个发送节点数据流了:

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  • OneNet PC端应用,可在电脑实现远程监控。(如:人坐在办公室,查看家里房间客厅的温度,看看家里着火没有):

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  • OneNet 移动端应用,可在手机平板等设备实现远程监控。(如:外出旅游,打开手机 APP,查看办公室的温度,看看办公室着火没)

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  • 本地 FinSH 信息输出,提示 mqtt 初始化成功、ESP8266 连接 WIFI 成功、数据上传 OneNet 服务器成功:

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注意事项

  • 本次的 demo 工程只接收两个发送节点的数据,需要更多发送节点的可以自行添加。

  • 本次的 demo 工程中的 RECEIVE(stm32l475-atk-pandora)(SD_Card)(ESP8266) 是利用 ESP8266 对接 OneNet 的,使用 SD Card 挂载文件系统。

  • 本次的 demo 工程中的 RECEIVE(stm32l475-atk-pandora)(SPI Flash)(RW007) 是利用 RW007 对接 OneNet 的,使用 SPI Flash 挂载文件系统,RW007 的配置与 ESP8266 一样,请参考上面教程。

  • 发送节点的程序下载 IPC 实战 中的 demo 就好了,GitHub 中的 Fourth week mission 文件夹不再包含发送节点工程。

  • 移动端要远程监控温度需要在 OneNet 官网下载一个叫设备云的 APP,如下图,点击此处跳转

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  • 本次任务基于 ...rt-thread/bsp/stm32/stm32l475-atk-pandora 这个 bsp 完成的。

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