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【教程】ESP32连接华为云IoT平台

目录

1前言

2应用侧接入华为云IoT平台

3必备环境

4使用步骤

4.1华为云IoT平台简介

4.2产品定义

4.3设备定义与注册

4.4ESP32编程接入

4.4.1头文件的包含

4.4.2接入参数以及ESP32WiFi的配置

4.4.3WiFi配置与MQTT连接初始化

4.4.4属性上报

4.4.5接收华为云IoT平台下发命令以及命令响应

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开源万岁！

1前言

        相信很多人和笔者一样，参加各种比赛时，都选择了有关华为IoT平台的命题。可惜全网搜寻一番，发现硬件设备与华为云IoT连接的教程几乎没有，大多数是腾讯云、阿里云或者ONENET平台的。经过自己的摸索，终于连接上华为云IoT平台实现相关功能，所以今天的这一篇教程便是ESP32连接华为云IoT平台的教程。

        相比较于以前做过的STM32+ESP8266实现上华为云，ESP32上云可以说是十分十分简单了。

        首先STM32与8266使用的是串口通信发送AT指令的方案，连接服务器的过程总是不太灵敏，且对于待发送或者接收的JSON包难以编码和解析。

        而ESP32自带WiFi模块，使用其PubSubClient库可以方便的做到与服务器连接以及通信，至于JSON格式的处理可以使用ArduinoJSON库。

2应用侧接入华为云IoT平台

关于应用侧和华为云IoT平台的连接，数据流转等功能的使用教程，笔者的一位朋友已经在着手撰写，后面将在这篇文章更新其文章链接，望大家多多催更：D

此处为更新的文章：

【教程】应用侧连接华为云IoT平台_叫我胡萝北的博客-CSDN博客

3必备环境

Arduino IDE

ESP32

PubSubClient库

ArduinoJSON库（V5和V6的代码语法会有一些差别，笔者使用的是V5版本的库）

这是ArduinoJSON库的官方网站ArduinoJson: Efficient JSON serialization for embedded C++

4使用步骤

4.1华为云IoT平台简介

  • 百度搜索华为云，点击进入华为云
  • 硬件接入华为云IoT需要用到华为云的 产品-> IoT物联网->设备接入IoTDA

    • 科普一下，此处的DA是Device Access的意思，表示设备接入

  • 新手点击免费试用即可

  • 在左侧的边栏中可以看到一系列的选项

    •  

  • 下面对一些常用的选项进行说明

    • 总览：呈现了平台的接入地址以及一些新手引导，建议新手可以根据引导观看，倒数第四个“产品文档”项也提供了软硬件与华为云IoT平台的交互的详细文档，建议新手仔细阅读

    产品：顾名思义，这是定义和查看你拥有的产品的地方

    设备：一个产品名下可以拥有很多设备，在这里可以定义设备，并对其参数进行修改或进行命令的下发

    监控运维：包含 “在线调试” 和 “消息跟踪” 等功能，在线调试可以进行命令下发，参数设置等操作；而消息跟踪则是跟踪硬件设备一段时间内和平台的交互

    4.2产品定义

  • 首先定义一个产品（产品-> 创建产品），协议类型选择MQTT，其他参数随产品而定

  • 然后依次点击产品-> 选择你的产品-> 模型定义-> 自定义模型

    • PS：这里要来定义产品的服务，比如一个物联网的智能配送车就可以有一个订单服务

    而订单服务下面又可以分为很多种属性，比如订单下发的命令，订单当前状态的查看，订单配送的命令 

     

  • 我们填写一下服务的相关信息

  • 添加好服务后，可以在服务下添加该产品的属性和命令参数，这一步完成后，产品就算定义完成啦

    • 4.3设备定义与注册

  • 产品定义好后，我们来定义设备

    • 依次点击设备-> 所有设备-> 注册设备

    选择所属的产品

  • 单击确定后出现下面的页面提示设备创建成功，点击保存并关闭，会自动下载设备的"device_id" 和 "secret"，保存好这个文件。

    •  

  •  这样就算注册好设备了，但是注意，此时真实的硬件设备并没有和华为云IoT平台连接，所以会显示未激活状态

    • 4.4ESP32编程接入

    4.4.1头文件的包含

    这四个头文件都是必须的

    #include <Wire.h>
#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <ArduinoJson.h>

    4.4.2接入参数以及ESP32WiFi的配置

    将其中的参数按照实际情况修改

    /*MQTT连接配置*/
/*-----------------------------------------------------*/
const char* ssid = "ESP32连接的WiFi名称";
const char* password = "WiFi密码";
const char* mqttServer = "华为云MQTT接入地址";
const int   mqttPort = 1883;
//以下3个参数可以由HMACSHA256算法生成，为硬件通过MQTT协议接入华为云IoT平台的鉴权依据
const char* clientId = "";
const char* mqttUser = "";
const char* mqttPassword = "";

WiFiClient espClient; //ESP32WiFi模型定义
PubSubClient client(espClient);

const char* topic_properties_report = "属性上报topic";

//接收到命令后上发的响应topic
char* topic_Commands_Response = "$oc/devices/设备ID/sys/commands/response/request_id=";


/*******************************************************/

    PS：

    接入地址

            华为云MQTT接入地址以及端口号1883可以在华为云IoTDA的 总览-> 平台接入地址 查看

    鉴权信息

            clientId、mqttUser、mqttPassword是设备接入华为云IoT平台时要验证的鉴权信息，可以通过HMACSHA256算法实时在程序中生成，也可以通过产品文档中提供的参数生成工具直接生成（参数生成工具生成的不校验时间戳）

    产品文档_设备连接鉴权_华为云

    鉴权信息生成工具_华为云

    鉴权信息生成工具的使用

            使用刚刚保存的设备id 和 密钥，填入，生成鉴权信息

    topic

    至于属性上报和命令响应等topic定义，在华为云IoTDA-> 产品-> 选择要查看的产品-> topic管理处查看

    依据要使用的功能在程序中定义不同的topic，注意{device_id}应该整个替换为设备id，大括号也要替换

    4.4.3WiFi配置与MQTT连接初始化

    代码

    /*
 * 作用：  ESP32的WiFi初始化以及与MQTT服务器的连接
 * 参数：  无
 * 返回值：无
 */
void MQTT_Init()
{
//WiFi网络连接部分
  WiFi.begin(ssid, password); //开启ESP32的WiFi
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { //ESP尝试连接到WiFi网络
    delay(3000);
    Serial.println("Connecting to WiFi...");
  }
  Serial.println("Connected to the WiFi network");


//MQTT服务器连接部分
  client.setServer(mqttServer, mqttPort); //设置连接到MQTT服务器的参数

  client.setKeepAlive (60); //设置心跳时间

  while (!client.connected()) { //尝试与MQTT服务器建立连接
    Serial.println("Connecting to MQTT...");
  
    if (client.connect(clientId, mqttUser, mqttPassword )) {
  
      Serial.println("connected");  
  
    } else {
  
      Serial.print("failed with state ");
      Serial.print(client.state());
      delay(6000);
  
    }
  }


//接受平台下发内容的初始化
  client.setCallback(callback); //可以接受任何平台下发的内容

}

    4.4.4属性上报

            如果你的产品下定义了属性，那么可以通过ESP32硬件向服务器上报属性。

            比如你的产品上有一LED指示灯，那么在产品中我们可以定义一个服务用于管理灯，该服务下包含一属性，如灯的亮灭状态，灯的颜色。在用户改变灯的亮灭或者颜色等属性后ESP32可以将灯的最新属性数据上报给华为云IoT平台，此即为属性上报。

            在产品-> 选择你的产品-> Topic管理处可以看到属性上报时要public的Topic。

             "{device_id}" 依据你的设备改变。

  • 在上文的代码中，我们已经定义了该属性上报Topic
    • const char* topic_properties_report = "$oc/devices/Doge1_1/sys/properties/report";

             

    属性上报的相关代码

  • 以下是我的一个物联网项目的属性上报代码，读者可以根据自己的需要修改其中的参数

    • 注释里有对代码的详细解释，请仔细阅读注释

    /*
 * 作用：  垃圾桶容量上报到MQTT服务器任务
 * 参数：  (int)垃圾桶容量，1代表垃圾桶满了，0代表垃圾桶未满
 * 返回值：无
 * 命名说明：Capacity：容量
 */
void TASK_Capacity_Report(int capacity)
{

//以下部分代码调用了ArduinoJson库将属性上报消息打包为JSON格式
//此部分代码可以通过ArduinoJson库的官方网站直接生成
  StaticJsonBuffer<300> JSONbuffer; //定义静态的JSON缓冲区用于存储JSON消息
  JsonObject& root = JSONbuffer.createObject();
  JsonArray& services = root.createNestedArray("services");
  JsonObject& service_1 = services.createNestedObject();
  JsonObject& properties_1_1 = service_1.createNestedObject("properties");

  service_1["service_id"] = "ash_bin_Service";
  properties_1_1["ash_bin_capacity"] = capacity;

//  root.prettyPrintTo(Serial);//调试用，将JSON打印到串口
 
//以下将生成好的JSON格式消息格式化输出到字符数组中，便于下面通过PubSubClient库发送到服务器
  char JSONmessageBuffer[100];
  root.printTo(JSONmessageBuffer, sizeof(JSONmessageBuffer));
  
  Serial.println("Sending message to MQTT topic..");
  Serial.println(JSONmessageBuffer);


//以下代码将打包好的JSON数据包通过PubSubClient库发送到服务器 
  if (client.publish(topic_properties_report, JSONmessageBuffer) == true) {
    Serial.println("Success sending message");
  } else {
    Serial.println("Error sending message");
  }
 
//由于本函数是放在loop中不断循环执行，所以添加client.loop()进行保持硬件的活跃度
//避免由于长时间未向服务器发送消息而被服务器踢下线
  client.loop();
  Serial.println("-------------");
  
}
  • 以下贴出相关资源网站
    • ​​产品文档_设备接入IoTDA_设备属性上报_华为云  描述了设备属性上报的Json消息格式
    ArduinoJson 6_JSON消息代码生成助手 如果你使用的是V6以上的ArduinoJson库版本，请使用这个网站生成代码
    ArduinoJson 5_JSON消息代码生成助手 如果你使用的是V5的ArduinoJson库版本，请使用这个网站生成代码

            注意，属性上报可以是设备主动上报消息也可以是接到命令后被动上报。两次主动上报间应有一定的时间间隔，否则会导致服务器接收的消息过多，此时我们可以设置一定时器定时上报，或者当该属性改变时再主动上报给服务器。

    4.4.5接收华为云IoT平台下发命令以及命令响应

            如果你的产品模型中定义了命令以及响应的命令参数，那么华为云IoT平台侧可以向设备下发命令，设备接收到命令后必须依据特定的JSON格式向华为云IoT平台侧发送一命令响应，华为云IoT平台侧接收到该命令响应后才视为命令下发成功。

  • 想要接收平台下发的命令或者消息，需要在上文的MQTT_Init()初始化函数中添加一接收消息后触发的回调函数。
    • //接受平台下发内容的初始化
  client.setCallback(callback); //可以接受任何平台下发的内容

            当接受到平台侧下发给设备的任何消息或者命令时，程序就会调用括号中的回调函数（callback），我们在此回调函数中处理接收到的消息，执行相关操作。

    下面贴上我一个项目中的回调函数代码

            读者可以根据自己的需要修改其中的参数。

            注释里有对代码的详细解释，请仔细阅读注释。

  • 该函数主要分为三个部分
    1. 将接收到的命令或者消息在串口展示出来；
    2. 提取出平台发送该命令时Topic中的request_id，并将其与命令响应Topic连接起来，以便进行命令的响应；
    3. 对接收到的命令或者消息进行解析后，执行响应操作。
    //监听华为云IoT平台下发指令并处理 
void callback(char *topic, byte *payload, unsigned int length)
{
  char *pstr = topic; //指向topic字符串，提取request_id用

  /*串口打印出收到的平台消息或者命令*/
  Serial.println();
  Serial.println();
  Serial.print("Message arrived [");
  Serial.print(topic);  //将收到消息的topic展示出来
  Serial.print("] ");
  Serial.println();

  payload[length] = '\0'; //在收到的内容后面加上字符串结束符
  char strPayload[255] = {0}; 
  strcpy(strPayload, (const char*)payload);
  Serial.println((char *)payload);  //打印出收到的内容
  Serial.println(strPayload);


  /*request_id解析部分*///后文有详细解释为什么要提取下发命令的request_id
  char arr[100];  //存放request_id
  int flag = 0;
  char *p = arr;
  while(*pstr)  //以'='为标志，提取出request_id
  {
    if(flag) *p ++ = *pstr;
    if(*pstr == '=') flag = 1;
    pstr++;
  }
  *p = '\0';  
  Serial.println(arr);
  // strcat(topic_Commands_Response, arr);
  // topic_Commands_Response.concat(arr);


  /*将命令响应topic与resquest_id结合起来*/
  char topicRes[200] = {0};
  strcat(topicRes, topic_Commands_Response);
  strcat(topicRes, arr);
  Serial.println(topicRes);


  /*payload解析*///这是对接收到的平台下发的消息或者命令进行解析
//解析程序同样可以由ArduinoJson库官方网站的ArduinoJson助手生成
  const size_t capacity_Payload_Receive = JSON_OBJECT_SIZE(3) + JSON_OBJECT_SIZE(5) + 150;
  DynamicJsonBuffer jsonBuffer_Payload(capacity_Payload_Receive);

  JsonObject& root_Payload = jsonBuffer_Payload.parseObject(strPayload);


//以下就是根据不同的命令或者消息进行不同的响应，此部分代码请自行修改
 if (root_Payload.success()){ //判断json解析是否成功
    if(!strcmp(root_Payload["command_name"], "user_order"))  //如果收到的内容是“用户下单”
    {
      JsonObject& paras_Payload = root_Payload["paras"];
      const char* paras_address = paras_Payload["address"]; // "88—902"
      const char* paras_user = paras_Payload["user"]; // "wksgogogo"
      const char* paras_number = paras_Payload["number"]; // "3333"
      const char* paras_day = paras_Payload["day"]; // "2022-07-21"
      const char* paras_time = paras_Payload["time"]; // "12:01"

      Serial.println("__________JSON Received Parse__________");
      Serial.println(paras_address);
      Serial.println(paras_user);
      Serial.println(paras_number);
      Serial.println(paras_day);
      Serial.println(paras_time);

      Info_UserOrder_Structure OrderInfo;
      strcpy(OrderInfo.userName, paras_user);
      strcpy(OrderInfo.address, paras_address);
      strcpy(OrderInfo.orderNum, paras_number);
      strcpy(OrderInfo.day, paras_day);
      strcpy(OrderInfo.time, paras_time);

      //响应函数会在下文贴出
      Command_Response(topicRes, "user_order", SUCCESS);

      OrderInfo_Save(OrderInfo);  //订单信息存储


      
    }


    if(!strcmp(root_Payload["command_name"], "open"))   //如果收到的内容是“开锁”
    {
      const char* paras_user = root_Payload["paras"]["user"]; 
      Serial.println("__________JSON Received Parse__________");
      Serial.println(paras_user);

      EOF_ELock_Unlock(paras_user);

      Command_Response(topicRes, "open", SUCCESS);
    }
  }

    命令响应代码

            读者可以根据自己的需要修改其中的参数；

            注释里有对代码的详细解释，请仔细阅读注释；

            此部分代码的原理与属性上报的代码原理基本相同。

    void Command_Response(char *topic, char *responseName, uint8_t response_Result)
{
  /*发送命令响应部分*/
    /*构建JSON内容*/
  const size_t capacity = JSON_OBJECT_SIZE(2) + JSON_OBJECT_SIZE(3);
  DynamicJsonBuffer jsonBuffer(capacity);

  JsonObject& root = jsonBuffer.createObject();
  if(response_Result == SUCCESS){
    root["result_code"] = 0;
    JsonObject& paras = root.createNestedObject("paras");
    paras["status"] = 200;
    paras["msg"] = "success";
  }
  else if(response_Result == FAIL){
    root["result_code"] = 1;
    JsonObject& paras = root.createNestedObject("paras");
    paras["status"] = 400;
    paras["msg"] = "fail";
  }
  
  if(!strcmp(responseName, "user_order")){
    root["response_name"] = "user_order";
  }
  else if(!strcmp(responseName, "open")){
    root["response_name"] = "open";
  }
  

  

  root.printTo(Serial); //串口打印出构建好的JSON内容
  Serial.println();


  char JSONmessageBuffer[300];
  root.printTo(JSONmessageBuffer, sizeof(JSONmessageBuffer)); //将构建的JSON消息复制到char数组中
  
  Serial.println("Sending response to HuaWei Cloud..");
  Serial.println(JSONmessageBuffer);
 
  if (client.publish(topic, JSONmessageBuffer) == true) {
    Serial.println("Success sending response command message");
  } else {
    Serial.println("Error sending response command message");
  }
 

  Serial.println("-------------");
}
  • 关于命令响应的一些说明：

    • 华为云产品文档中对于命令下发与命令响应的解释

    平台命令下发_设备接入 IoTDA_API参考_设备侧MQTT/MQTTS接口参考_设备命令_华为云

    Topic

    下行： $oc/devices/{device_id}/sys/commands/request_id={request_id}

    上行：$oc/devices/{device_id}/sys/commands/response/request_id={request_id}

  • {request_id}用于唯一标识这次请求。设备侧收到下行请求的topic带该参数时，上行响应的topic需要将该参数值返回给平台。
  • 设备侧订阅带{request_id}结尾的topic时，可以使用通配#，设备侧订阅平台命令下发的topic为：$oc/devices/{device_id}/sys/commands/#

    •         也就是说，接收华为云IoT平台下发命令时，我们可以不关心Topic中的{request_id}而使用通配符#代替，但是设备接收到命令后必须响应此命令，此时{request_id}不可省略。所以在上文中的callback函数中我们才需要解析出平台下发命令的Topic中的{request_id}，并将其接到定义的命令响应Topic中，通过此Topic进行命令的响应。

            下面是宏定义的命令响应Topic，在其后面接上命令下发的{request_id}后才可以用此Topic向平台响应命令。

    char* topic_Commands_Response = "$oc/devices/{device_id}/sys/commands/response/request_id=";

            命令响应Topic中的{request_id}与要响应的命令Topic中的{request_id}一致。

            以上便是ESP32与华为云IoT平台的连接过程，希望对你有所帮助。

            笔者道行不深，但努力学习，还请多多指教。

            需要相关代码，请留言评论，笔者会在后续更新。

            如果教程中还有其他不懂的，请评论或者私信我，笔者会尽可能回答。

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    开源万岁！

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