基于物联网云平台设计的室内环境检测装置（2024华为云标准版）

DS小龙哥
696 阅读15分钟

一、前言

在当今社会，随着科技的迅速发展和人们对生活品质要求的日益提升，智能家居和环境监控系统成为了现代生活的重要组成部分。室内环境的舒适度直接影响着人们的健康与工作效率，尤其是温度和湿度这两个关键指标，对于维持良好的居住和工作环境至关重要。开发一套能够实时监测并远程查看室内温湿度的智能系统显得尤为必要。

物联网（IoT）技术的发展为实现设备间的互联互通提供了强大的技术支持。通过传感器、无线通信、云计算等技术，可以轻松实现数据的远程采集、处理与分析，为智能家居和环境监控领域带来了革命性的变化。

华为云IOT物联网云平台作为行业领先的云服务提供商之一，提供了稳定可靠的数据存储、处理和分析能力。利用其丰富的API资源和强大的数据处理能力，可以轻松构建高效、安全的物联网应用，为本项目的数据传输和远程管理提供了坚实的基础。

选择STM32F103RC6作为微控制器和DHT11作为温湿度传感器，结合低成本的ESP8266 Wi-Fi模块，该方案在保证系统性能的同时，有效控制了硬件成本，有利于项目的普及和商业化推广，满足了市场上对高性价比室内环境监测解决方案的需求。

基于STM32F103RC6+华为云IOT物联网云平台设计的室内环境检测系统，结合Android手机APP，是在当前环保意识增强、物联网技术快速发展、移动互联网普及以及追求高效低成本解决方案的大背景下应运而生的，为用户提供一个智能、便捷、高效的室内环境监控方案，提升生活质量和健康水平。

image.png

这篇文章主要讲解2024年最新版本的华为云物联网平台的使用。

二、部署华为云物联网平台

华为云官网: www.huaweicloud.com/

打开官网，搜索物联网，就能快速找到 设备接入IoTDA。

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2.1 物联网平台介绍

华为云物联网平台（IoT 设备接入云服务）提供海量设备的接入和管理能力，将物理设备联接到云，支撑设备数据采集上云和云端下发命令给设备进行远程控制，配合华为云其他产品，帮助我们快速构筑物联网解决方案。

使用物联网平台构建一个完整的物联网解决方案主要包括3部分：物联网平台、业务应用和设备。

物联网平台作为连接业务应用和设备的中间层，屏蔽了各种复杂的设备接口，实现设备的快速接入；同时提供强大的开放能力，支撑行业用户构建各种物联网解决方案。

设备可以通过固网、2G/3G/4G/5G、NB-IoT、Wifi等多种网络接入物联网平台，并使用LWM2M/CoAP、MQTT、HTTPS协议将业务数据上报到平台，平台也可以将控制命令下发给设备。

业务应用通过调用物联网平台提供的API，实现设备数据采集、命令下发、设备管理等业务场景。

img

2.2 开通物联网服务

地址： www.huaweicloud.com/product/iot…

image-20221204194233414

点击立即创建。

image-20240117134653452

正在创建标准版实例，需要等待片刻。

image-20240117134729401

创建完成之后，点击实例名称。 可以看到标准版实例的设备接入端口和地址。

image-20240425180759670

在上面也能看到 免费单元的限制。

image-20240425180817704

开通之后，点击总览，也能查看接入信息。 我们当前设备准备采用MQTT协议接入华为云平台，这里可以看到MQTT协议的地址和端口号等信息。

image-20240425180845461

总结:

端口号：   MQTT (1883)| MQTTS (8883)    
接入地址：ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

根据域名地址得到IP地址信息:

打开Windows电脑的命令行控制台终端，使用ping 命令。ping一下即可。

Microsoft Windows [版本 10.0.19045.4170]
(c) Microsoft Corporation。保留所有权利。
​
C:\Users\11266>ping ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com
​
正在 Ping ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com [117.78.5.125] 具有 32 字节的数据:
来自 117.78.5.125 的回复: 字节=32 时间=35ms TTL=93
来自 117.78.5.125 的回复: 字节=32 时间=36ms TTL=93
来自 117.78.5.125 的回复: 字节=32 时间=36ms TTL=93
来自 117.78.5.125 的回复: 字节=32 时间=39ms TTL=93
​
117.78.5.125 的 Ping 统计信息:
    数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
    最短 = 35ms，最长 = 39ms，平均 = 36ms
​
C:\Users\11266>

MQTT协议接入端口号有两个，1883是非加密端口，8883是证书加密端口，单片机无法加载证书，所以使用1883端口比较合适。 接下来的ESP8266就采用1883端口连接华为云物联网平台。

2.3 创建产品

（1）创建产品

image-20230109164412041

（2）填写产品信息

根据自己产品名字填写，下面的设备类型选择自定义类型。

!image-20240509192032417

（3）产品创建成功

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创建完成之后点击查看详情。

image-20240509192107021

image-20240509192119008

（4）添加自定义模型

产品创建完成之后，点击进入产品详情页面，翻到最下面可以看到模型定义。

模型简单来说： 就是存放设备上传到云平台的数据。

当前设备需要与云平台交互的属性如下： 接下来就按照下面的属性创建 华为云平台的模型。

​
上传到华为云物联网平台的参数：
DHT11_T 环境温度
DHT11_H 环境湿度
BH1750  环境光照强度
MQ135   空气质量

先点击自定义模型。

image-20240509192530596

再创建一个服务ID。

image-20240509192542141

接着点击新增属性。

image-20240509192558761

（A）DHT11_T 环境温度

image-20240509192729685

（B）DHT11_H 环境湿度

image-20240509192749755

（C）BH1750 环境光照强度

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（D）MQ135 空气质量

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（5）创建完成

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3.4 添加设备

产品是属于上层的抽象模型，接下来在产品模型下添加实际的设备。添加的设备最终需要与真实的设备关联在一起，完成数据交互。

（1）注册设备

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（2）根据自己的设备填写

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（3）保存设备信息

创建完毕之后，点击保存并关闭，得到创建的设备密匙信息。该信息在后续生成MQTT三元组的时候需要使用。

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（4）设备创建完成

image-20240509193001163

（5）设备详情

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2.5 MQTT协议主题订阅与发布

（1）MQTT协议介绍

当前的设备是采用MQTT协议与华为云平台进行通信。

MQTT是一个物联网传输协议，它被设计用于轻量级的发布/订阅式消息传输，旨在为低带宽和不稳定的网络环境中的物联网设备提供可靠的网络服务。MQTT是专门针对物联网开发的轻量级传输协议。MQTT协议针对低带宽网络，低计算能力的设备，做了特殊的优化，使得其能适应各种物联网应用场景。目前MQTT拥有各种平台和设备上的客户端，已经形成了初步的生态系统。

MQTT是一种消息队列协议，使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合，相对于其他协议，开发更简单；MQTT协议是工作在TCP/IP协议上；由TCP/IP协议提供稳定的网络连接；所以，只要具备TCP协议栈的网络设备都可以使用MQTT协议。 本次设备采用的ESP8266就具备TCP协议栈，能够建立TCP连接，所以，配合STM32代码里封装的MQTT协议，就可以与华为云平台完成通信。

华为云的MQTT协议接入帮助文档在这里: support.huaweicloud.com/devg-iothub…

img

业务流程：

img

（2）华为云平台MQTT协议使用限制

描述限制
支持的MQTT协议版本3.1.1
与标准MQTT协议的区别支持Qos 0和Qos 1支持Topic自定义不支持QoS2不支持will、retain msg
MQTTS支持的安全等级采用TCP通道基础 + TLS协议（最高TLSv1.3版本）
单帐号每秒最大MQTT连接请求数无限制
单个设备每分钟支持的最大MQTT连接数1
单个MQTT连接每秒的吞吐量，即带宽，包含直连设备和网关3KB/s
MQTT单个发布消息最大长度，超过此大小的发布请求将被直接拒绝1MB
MQTT连接心跳时间建议值心跳时间限定为30至1200秒，推荐设置为120秒
产品是否支持自定义Topic支持
消息发布与订阅设备只能对自己的Topic进行消息发布与订阅
每个订阅请求的最大订阅数无限制

（3）主题订阅格式

帮助文档地址：support.huaweicloud.com/devg-iothub…

image-20221207153310037

对于设备而言，一般会订阅平台下发消息给设备 这个主题。

设备想接收平台下发的消息，就需要订阅平台下发消息给设备 的主题，订阅后，平台下发消息给设备，设备就会收到消息。

如果设备想要知道平台下发的消息，需要订阅上面图片里标注的主题。

以当前设备为例，最终订阅主题的格式如下:
$oc/devices/{device_id}/sys/messages/down
    
最终的格式:
$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/messages/down

（4）主题发布格式

对于设备来说，主题发布表示向云平台上传数据，将最新的传感器数据，设备状态上传到云平台。

这个操作称为：属性上报。

帮助文档地址：support.huaweicloud.com/usermanual-…

image-20221207153637391

根据帮助文档的介绍， 当前设备发布主题，上报属性的格式总结如下：

发布的主题格式:
$oc/devices/{device_id}/sys/properties/report
 
最终的格式:
$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/properties/report
发布主题时，需要上传数据，这个数据格式是JSON格式。
​
上传的JSON数据格式如下:
​
{
  "services": [
    {
      "service_id": <填服务ID>,
      "properties": {
        "<填属性名称1>": <填属性值>,
        "<填属性名称2>": <填属性值>,
        ..........
      }
    }
  ]
}
根据JSON格式，一次可以上传多个属性字段。 这个JSON格式里的，服务ID，属性字段名称，属性值类型，在前面创建产品的时候就已经介绍了，不记得可以翻到前面去查看。
​
根据这个格式，组合一次上传的属性数据:
{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"DHT11_T":30,"DHT11_H":10,"BH1750":1,"MQ135":0}}]}

2.6 MQTT三元组

MQTT协议登录需要填用户ID，设备ID，设备密码等信息，就像我们平时登录QQ，微信一样要输入账号密码才能登录。MQTT协议登录的这3个参数，一般称为MQTT三元组。

接下来介绍，华为云平台的MQTT三元组参数如何得到。

（1）MQTT服务器地址

要登录MQTT服务器，首先记得先知道服务器的地址是多少，端口是多少。

帮助文档地址：console.huaweicloud.com/iotdm/?regi…

image-20240509193207359

MQTT协议的端口支持1883和8883，它们的区别是：8883 是加密端口更加安全。但是单片机上使用比较困难，所以当前的设备是采用1883端口进连接的。

根据上面的域名和端口号，得到下面的IP地址和端口号信息： 如果设备支持填写域名可以直接填域名，不支持就直接填写IP地址。 （IP地址就是域名解析得到的）

华为云的MQTT服务器地址：117.78.5.125
华为云的MQTT端口号：1883

如何得到IP地址？如何域名转IP？ 打开Windows的命令行输入以下命令。

ping  ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

image-20240425182610048

（2）生成MQTT三元组

华为云提供了一个在线工具，用来生成MQTT鉴权三元组： iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/

打开这个工具，填入设备的信息（也就是刚才创建完设备之后保存的信息），点击生成，就可以得到MQTT的登录信息了。

下面是打开的页面：

image-20240425183025893

填入设备的信息： （上面两行就是设备创建完成之后保存得到的）

直接得到三元组信息。

image-20240509193310020

得到三元组之后，设备端通过MQTT协议登录鉴权的时候，填入参数即可。

ClientId  663cb18871d845632a0912e7_dev1_0_0_2024050911
Username  663cb18871d845632a0912e7_dev1
Password  71b82deae83e80f04c4269b5bbce3b2fc7c13f610948fe210ce18650909ac237

2.7 模拟设备登录测试

经过上面的步骤介绍，已经创建了产品，设备，数据模型，得到MQTT登录信息。 接下来就用MQTT客户端软件模拟真实的设备来登录平台。测试与服务器通信是否正常。

（1）填入登录信息

打开MQTT客户端软件，对号填入相关信息（就是上面的文本介绍）。然后，点击登录，订阅主题，发布主题。

image-20240509193457358

（2）打开网页查看

完成上面的操作之后，打开华为云网页后台，可以看到设备已经在线了。

image-20240509193514771

点击详情页面，可以看到上传的数据：

image-20240509193536292

到此，云平台的部署已经完成，设备已经可以正常上传数据了。

（3）MQTT登录测试参数总结

MQTT服务器:  117.78.5.125
MQTT端口号:  183
​
//物联网服务器的设备信息
#define MQTT_ClientID "663cb18871d845632a0912e7_dev1_0_0_2024050911"
#define MQTT_UserName "663cb18871d845632a0912e7_dev1"
#define MQTT_PassWord "71b82deae83e80f04c4269b5bbce3b2fc7c13f610948fe210ce18650909ac237"
​
//订阅与发布的主题
#define SET_TOPIC  "$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/messages/down"  //订阅
#define POST_TOPIC "$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/properties/report"  //发布
​
​
发布的数据:
{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"DHT11_T":30,"DHT11_H":10,"BH1750":1,"MQ135":0}}]}
​

2.8 创建IAM账户

创建一个IAM账户，因为接下来开发上位机，需要使用云平台的API接口，这些接口都需要token进行鉴权。简单来说，就是身份的认证。 调用接口获取Token时，就需要填写IAM账号信息。所以，接下来演示一下过程。

地址: console.huaweicloud.com/iam/?region…

【1】获取项目凭证 点击左上角用户名，选择下拉菜单里的我的凭证

image-20240509193646253

image-20240509193701262

项目凭证:

28add376c01e4a61ac8b621c714bf459

【2】创建IAM用户

鼠标放在左上角头像上，在下拉菜单里选择统一身份认证。

image-20240509193729078

点击左上角创建用户。

image-20240509193744287

image-20240314153208692

image-20240314153228359

image-20240314153258229

创建成功：

image-20240314153315444

【3】创建完成

image-20240509193828289

用户信息如下：

主用户名  l19504562721
IAM用户  ds_abc
密码     DS12345678

2.9 获取影子数据

帮助文档：support.huaweicloud.com/api-iothub/…

设备影子介绍：

设备影子是一个用于存储和检索设备当前状态信息的JSON文档。
每个设备有且只有一个设备影子，由设备ID唯一标识
设备影子仅保存最近一次设备的上报数据和预期数据
无论该设备是否在线，都可以通过该影子获取和设置设备的属性

简单来说：设备影子就是保存，设备最新上传的一次数据。

我们设计的软件里，如果想要获取设备的最新状态信息，就采用设备影子接口。

如果对接口不熟悉，可以先进行在线调试：apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer…

在线调试接口，可以请求影子接口，了解请求，与返回的数据格式。

调试完成看右下角的响应体，就是返回的影子数据。

image-20240509194152229

设备影子接口返回的数据如下：

{
 "device_id": "663cb18871d845632a0912e7_dev1",
 "shadow": [
  {
   "service_id": "stm32",
   "desired": {
    "properties": null,
    "event_time": null
   },
   "reported": {
    "properties": {
     "DHT11_T": 18,
     "DHT11_H": 90,
     "BH1750": 38,
     "MQ135": 70
    },
    "event_time": "20240509T113448Z"
   },
   "version": 3
  }
 ]
}

调试成功之后，可以得到访问影子数据的真实链接，接下来的代码开发中，就采用Qt写代码访问此链接，获取影子数据，完成上位机开发。

image-20240509194214716

链接如下：

https://ad635970a1.st1.iotda-app.cn-north-4.myhuaweicloud.com:443/v5/iot/28add376c01e4a61ac8b621c714bf459/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/shadow
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