【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！

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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}

        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！