基于CC2530_ZigBee+华为云IOT设计的冷链信息采集系统【玩转华为云】
1. 前言
近年来，随着人们消费需求的不断提高，连锁超市、便利店、大卖场等商超不但提供了各种各样的新鲜食品，而且采用统一进货和冷链储藏的方式，从而不但使得商品质量有保证，而且购物环境良好，越来越成为人们购物的主要场所。超市作为冷链物流产品的末端，在分销以及零售过程中都对产品质量、运营成本和功耗等方面有着较高的要求,而冷链系统的压力参数作为保证这一品质的重要参数之一，实现智能压力检测和控制对于时刻掌握冷链的工作状态非常重要,可以保证运营的安全性和经济性。因此，如果能够设计一款针对冷链系统数据采集系统,就可以实现对冷链系统进行实时监控，达到经济性运营的目的，对提高企业经济效益具有非常重要的意义。
2. 设计需求
以CC2530单片机为核心器件，设计一个冷链环境信息采集系统，利用传感器技术对冷藏仓内的环境参数进行采集，上传到物联网云平台，然后通过手机端或移动端进行显示，便于分析，观察冷链环境信息。
硬件选型：
（1）ESP8266-WIFI 用于与上位机进行通信，实现数据传输
（2）CC2530单片机，本身是51内核，与普通的51单片机编程一样，它内部多了一个ZigBee 模块，能实现ZigBee 组网。
（3）DHT11 温湿度传感器。这是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。 其精度湿度±5%RH， 温度±2℃，量程湿度5~95%RH， 温度-20~+60℃。
（4）蜂鸣器。当设置阀值超出标准时，可以发出警报提醒。
3. 硬件选型
3.1 CC2530+WIFI模块
3.2 DHT11温湿度模块
3.3 蜂鸣器
4. 物联网云端配置与应用
4.1 华为云IoTDA介绍
当前的设计中，用的物联网平台服务是华为云的设备接入服务（IoTDA），IoTDA提供海量设备连接上云、设备和云端双向消息通信、批量设备管理、远程控制和监控、OTA升级、设备联动规则等能力，并可将设备数据灵活流转到华为云其他服务。
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。
接下来就详细把整个物联网平台的使用流程进行介绍。
4.1 产品创建
地址: https://www.huaweicloud.com/
查看平台接入地址:
点击右上角创建产品：
根据自己的产品信息填充：
根据产品的传感器属性创建服务器的属性字段：
4.2 设备创建
详细创建流程，看下面的截图：
保存设备信息，接下来的MQTT登录需要使用。
{
"device_id": "62e732be3a884835598654f7_dev1",
"secret": "12345678"
}
4.3 MQTT三元组信息生成
在这里可以使用华为云提供的工具快速得到MQTT三元组进行登录。
https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_01_2127.html#ZH-CN_TOPIC_0240834853__zh-cn_topic_0251997880_li365284516112
工具的页面地址:
https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/
根据提示填入信息，然后生成三元组信息即可。 这里填入的信息就是在创建设备的时候生成的信息。
ClientId 62e732be3a884835598654f7_dev1_0_0_2022080102
Username 62e732be3a884835598654f7_dev1
Password 13483ebeadd786ea107527a3c92c5463a8f3c71377cd33276143ffe2fb85c1dc
4.4 MQTT主题订阅与发布格式
//订阅主题: 平台下发消息给设备
$oc/devices/62e732be3a884835598654f7_dev1/sys/messages/down
//设备上报数据
$oc/devices/62e732be3a884835598654f7_dev1/sys/properties/report
//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": "server_id","properties":{"温度":23.4}},{"service_id": "server_id","properties":{"湿度":80.5}}]}
4.5 设备模拟登录测试
4.6 应用侧开发接口介绍
在设备上云之后，为了能方便管理设备，方便用户设备入网，都需要开发一款手机APP或者微信小程序、桌面软件等，进行数据交互，设备管理。
华为云IOT提供了应用侧开发的API对接接口，这里就介绍一下使用应用侧开发的流程。这个API接口里常用的接口包括：产品创建、设备创建、设备属性获取、设备删除、查询设备等管理接口，可以通过API主动获取产品下面某个设备的属性，要求设备上报最新的数据过来。整个开发过程，都是基于HTTP协议的API接口进行交互，不依赖开发环境，不依赖开发语言。 不管是桌面软件，还是手机APP、微信小程序、web网页等，核心代码基本都是一样，都是HTTP协议交互。下面的例子里，我是采用C++编写的，采用QT框架库完成整个开发，了解了整个思路，你就可以采用自己熟悉的语言完成相同的功能。
官方帮助文档: https://support.huaweicloud.com/usermanual-iothub/iot_01_0045.html
5. CC2530程序设计
5.1 IAR环境搭建
完整的安装整个配套环境，需要安装以下的软件，具体的版本型号也介绍了，直接百度搜索就能找到；最简单的办法是，淘宝搜索一下CC2530的开发板，店铺里一般都有配套的资料包下载，里面基本都包含了下面这些软件，直接白嫖就行：
安装集成开发环境： IAR-EW8051-8.10.1。
安装仿真器“SmartRF4EB”的驱动程序。
安装代码烧写工具： Setup_SmartRF_Programmer_1.10.2。
安装 TI 的 Zigbee 协议栈： ZStack-CC2530-2.5.1a。
安装过程截图请看另外的文档。
5.2 硬件原理图
5.3 IAR程序工程图
5.4 DHT11.c代码
#include "uart.h"
/*
函数功能：串口0初始化
*/
void Init_Uart0(void)
{
PERCFG&=~(1<<0); //串口0的引脚映射到位置1，即P0_2和P0_3
P0SEL|=0x3<<2; //将P0_2和P0_3端口设置成外设功能
U0BAUD = 216; //32MHz的系统时钟产生115200BPS的波特率
U0GCR&=~(0x1F<<0);//清空波特率指数
U0GCR|=11<<0; //32MHz的系统时钟产生115200BPS的波特率
U0UCR |= 0x80; //禁止流控，8位数据，清除缓冲器
U0CSR |= 0x3<<6; //选择UART模式，使能接收器
}
/*
函数功能：UART0发送字符串函数
*/
void UR0SendString(u8 *str)
{
while(*str!='\0')
{
U0DBUF = *str; //将要发送的1字节数据写入U0DBUF
while(UTX0IF == 0);//等待数据发送完成
UTX0IF = 0; //清除发送完成标志，准备下一次发送
str++;
}
}
/*
函数功能: 模仿printf风格的格式化打印功能
*/
char USART0_PRINT_BUFF[200]; //格式化数据缓存数据
void USART0_Printf(const char *format,...)
{
char *str=NULL;
/*1. 格式化转换*/
va_list ap; // va_list---->char *
va_start(ap,format); //初始化参数列表
vsprintf(USART0_PRINT_BUFF,
format,
ap); //格式化打印
va_end(ap); //结束参数获取
/*2. 串口打印*/
str=USART0_PRINT_BUFF;//指针赋值
while(*str!='\0')
{
U0DBUF=*str; //发送一个字节的数据
str++; //指针自增，指向下一个数据
while(UTX0IF == 0);//等待数据发送完成
UTX0IF = 0; //清除发送完成标志，准备下一次发送
}
}
5.5 ESP8266.c代码
#include "esp8266.h"
uint lenU1 = 0;
uchar tempRXU1;
uchar RecdataU1[MAXCHAR];
//"AT+CIPSEND=0,10\r\n" //长度10
//返回">" 之后就可以正常发送数据了
//发送成功返回 "SEND OK"
//发送数据
void ESP8266_SendData(char *p,int len)
{
int i=0;
char buff[50];
sprintf(buff,"AT+CIPSEND=0,%d\r\n",len);
clearBuffU1();
Uart1_Send_String(buff); //发送指令
DelayMs(1000); //等待
for(i=0;i<len;i++)
{
Uart1_Send_Char(p[i]);
}
//等待发送完成
DelayMs(1000);
RecdataU1[lenU1]='\0';
UR0SendString(RecdataU1);
clearBuffU1();
}
/****************************************************************************
* 名 称: SetWifi()
* 功 能: 设置LED灯相应的IO口
* 入口参数: 无
* 出口参数: 无
****************************************************************************/
void SetWifi(void)
{
P0DIR |= 0x40; //P0.6定义为输出
IGT = 0; //高电平复位
DelayMs(500);
IGT = 1; //低电平工作
}
/*
设置WIFI为AP模式+TCP服务器
*/
void SetESP8266_AP_TCP_Server()
{
clearBuffU1();
Uart1_Send_String("AT\r\n");
DelayMs(2000);
RecdataU1[lenU1]='\0';
UR0SendString(RecdataU1);
clearBuffU1();
Uart1_Send_String("ATE0\r\n");
DelayMs(2000);
RecdataU1[lenU1]='\0';
UR0SendString(RecdataU1);
clearBuffU1();
Uart1_Send_String("AT+CWMODE=2\r\n");
DelayMs(2000);
RecdataU1[lenU1]='\0';
UR0SendString(RecdataU1);
clearBuffU1();
Uart1_Send_String("AT+RST\r\n");
DelayMs(2000);
DelayMs(2000);
DelayMs(2000);
RecdataU1[lenU1]='\0';
UR0SendString(RecdataU1);
clearBuffU1();
Uart1_Send_String("ATE0\r\n");
DelayMs(2000);
RecdataU1[lenU1]='\0';
UR0SendString(RecdataU1);
clearBuffU1();
Uart1_Send_String("AT+CWSAP=\"wifi_cc2530\",\"12345678\",1,4\r\n");
DelayMs(2000);
DelayMs(2000);
DelayMs(2000);
DelayMs(2000);
RecdataU1[lenU1]='\0';
UR0SendString(RecdataU1);
clearBuffU1();
Uart1_Send_String("AT+CIPMUX=1\r\n");
DelayMs(2000);
DelayMs(2000);
RecdataU1[lenU1]='\0';
UR0SendString(RecdataU1);
clearBuffU1();
Uart1_Send_String("AT+CIPSERVER=1,8089\r\n");
DelayMs(2000);
DelayMs(2000);
RecdataU1[lenU1]='\0';
UR0SendString(RecdataU1);
clearBuffU1();
Uart1_Send_String("AT+CIFSR\r\n");
DelayMs(2000);
DelayMs(2000);
RecdataU1[lenU1]='\0';
UR0SendString(RecdataU1);
}
unsigned char dataRecv;
unsigned char Flag = 0;
/*===================UR1初始化函数====================*/
void Init_Uart1()
{
PERCFG = 0x00; //位置1 P0.4/P0.5口
P0SEL |= 0x30; //P0.4,P0.5用作串口（外部设备功能）
U1CSR |= 0x80; //设置为UART方式
U1GCR |= 11; //BAUD_E
U1BAUD |= 216; //BAUD_M 波特率设为115200
UTX1IF = 0; //UART1 TX中断标志初始置位0
U1CSR |= 0X40; //允许接收
IEN0 |= 0x88; // 开总中断，UART1接收中断
}
void clearBuffU1(void)
{
int j;
for(j=0;j<MAXCHAR;j++)
{
RecdataU1[j]=0x00;
}
lenU1=0;
}
/*******************************************************************************
串口1发送一个字节函数
*******************************************************************************/
void Uart1_Send_Char(char Data)
{
U1CSR &= ~0x40; //禁止接收
U1DBUF = Data;
while(UTX1IF == 0);
UTX1IF = 0;
U1CSR |= 0x40; //允许接收
}
/*******************************************************************************
串口1发送字符串函数
*******************************************************************************/
void Uart1_Send_String(char *Data)
{
while(*Data!='\0')
{
Uart1_Send_Char(*Data);
Data++;
}
}
/****************************************************************
串口接收一个字符: 一旦有数据从串口传至CC2530, 则进入中断，将接收到的数据赋值给变量temp.
****************************************************************/
#pragma vector = URX1_VECTOR
__interrupt void UART1_ISR(void)
{
if(lenU1<81)
{
tempRXU1 = U1DBUF;
RecdataU1[lenU1]=tempRXU1;
URX1IF = 0; // 清中断标志
lenU1++;
}
}
6. 总结
随着业务的发展，越来越多的企业选择结合物联网技术来实现自身效益增长。相比企业自建MQTT集群，使用华为云IoT服务低成本构建物联网解决方案，在能力、成本、运维、安全、生态等诸多方面具有突出优势。 广泛支持IoT主流的接入协议及私有协议，满足各类设备和接入场景要求；与主流模组、芯片预集成，实现多网络、多协议接入，简化设备接入难度，实现小时级设备极简接入。
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