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本帖最后由 正点原子运营 于 2021-7-20 14:37 编辑
1）实验平台：正点原子阿尔法Linux开发板
2) 章节摘自【正点原子】《I.MX6U嵌入式Qt开发指南 V1.0》
3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=609033604451
4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/arm-linux/zdyz-i.mx6ull.html
5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890
6）正点原子阿尔法Linux交流群：1027879335
第二十四章 智能家居物联网项目
本章介绍使用Qt开发智能家居中的一个物联应用。简单直白的说就是通过云服务器远程控制设备（与设备通信等）。本章可以直接做毕设，是毕设物联网项目的一大福音！本章将实现远程点亮开发板LED作为一个项目实例。
在生活中，我们可能使用过WIFI智能插座这款产品。智能家居中常用来控制电器开关。比如远程开热水器，远程打开空调，窗帘等等。这些WIFI智能插座的原理就是将WIFI插座注册到云服务器上，然后通过手机的APP来访问云服务器，然后控制WIFI插座。嗯，原理我们懂了。本章就是模仿？不，或者说是直接开发这样的一个项目。包括WIFI连网，注册到云服务器上，编写Qt UI通过网络来与云服务器通信，然后再下发指令到这个连网的设备，与之通信。恩本章的流程就是这些，带着这个项目流程，然后一步步看编者是如何通过Qt实现的吧！
本章需要读者对正点原子的wifi模块ATK-ESP8266串口转WIFI有一定的了解。正点原子提供了STM32与ESP8266模块通信的例程，如果学习过STM32与ESP8266模块通信的例程的内容，理解起来则会更容易。建议参考文档：ATK-ESP8266 WIFI用户手册_V1.x.pdf及原子云平台API文档V1.2.pdf。
24.1 项目硬件
必备硬件
本章需要正点原子ATK-ESP8266串口转WIFI模块（免费接入原子云）。另外还需要加上一个USB-TTL模块，外加一根T口USB连接线，可接入PC（电脑）调试。
T口连接线连接USB-TTL模块再连接ATK-ESP8266模块到PC（电脑），用于在PC（电脑）上直接使用串口调试/测试此模块。
这里可能会有部分读者会问是否可以用其他WIFI模块，比如正点原子Linux USB WIFI模块，或者直接使用开发板联网接入到云设备呢？答案是不可以的！只有一些特定的设备，需要刷能接入云的固件才能接入服务器。
又有读者问是否可以直接购买一些WIFI插座来使用呢？答案是不可以的！因为这些WIFI插座也是一样，也是刷了固件，而且这些设备是连接到啊里云的。需要与特定的手机APP结合使用才能注册到啊里云服务器。也就是不能拿来二次开发了！
恰好我们正点原子有物联网模块ESP8266与4G DTU模块。本章主要讲解如何正点原子的串口转WIFI ESP8266模块来开发一个物联网的项目应用！
可选配件
本项目可以在正点原子I.MX6U ALPHA | mini开发板直接使用，下图为正点原子ALPHA开发板在底板上预留的ATK MODULE接口（串口接口）上的接法图。
24.2 测试WIFI模块
要实现物联网功能，需要使用正点原子的ATK-ESP8266 WIFI模块。首先我们先测试正点原子的ATK-ESP8266 WIFI模块是否正常使用，及能否正常连接原子云服务器。ATK-ESP8266 WIFI用户手册_V1.3.pdf手册第2.2.3小节硬件连接，将ATK-ESP8266 WIFI模块连接到PC（电脑），再查阅ATK-ESP8266 WIFI用户手册_V1.3.pdf手册的第2.2.9.1小节，注册原子云帐号后，添加设备，然后按2.2.9.1小节测试连接本地WIFI（自己的路由器发出的WIFI，注意不要使用中文名或者有空格的WIFI，确保路由器的WIFI能上网！）。请自行完成并成功连接到原子云。
24.3 WIFI模块连接原子云
请先测试个人的ATK-ESP8266模块是否正常使用，及正常连接云。原子云的设备需要先分好组，各个设备命名如下。注意需要和编者命名的名字一样，也就是至少有一个分组及一个名字为“客厅灯”的设备，并记住编号及密码（密码由云生成，默认“12345678”）。
源码路径4/01_smarthome/esp8266/esp8266.cpp，内容如下。默认使用的WIFI模块串口通信波特率为115200。在Ubuntu上设试WIFI模块时，一般串口名称为“ttyUSB0”，默认是没有权限访问这个/dev/ttyUSB0设备的。所以我们需要使用下面的指令修改权限。（注意：本例适用于I.MX6U Linux开发板与Ubuntu，Windows不作测试！）。
sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0
修改完成后查看源码内容如下。先看源码，不要急着运行！
查看源码，我们可以知道以下重要内容。
第72行，“ALIENTEK-YF”是编者处的路由器发出的WIFI热点名称，密码是“15902020353”。请修改为自己的WIFI名称及连接密码！没有路由器，用手机开热点也可以。
第81行，是原子云上的“客厅灯”设备的编号“02314701717851074890”，及密码“12345678”，请填写自己的设备编号，及密码，注意这个设备需要命名为“客厅灯”，后面程序需要使用到它！按照上面的程序就容易地可以连接上原子云了。也无需熟读ATK-ESP8266 WIFI用户手册_V1.3.pdf手册。
24.4 智能家居物联UI界面开发
项目路径为4/01_smarthome/01_smarthome/01_smarthome.pro，先看项目界面。项目界面如下，采用暗黑主题设计，结合黄色作为亮色，让用户一目了然。界面编者从一些智能家居界面中找到灵感的，编写设计完成的效果不错！请自行查阅源码，掌握了本教程前面第七章的内容，就可以理解这个界面是如何设计的。
24.5 原子云API接口
我们想要与原子云通信，那么必须先了解原子云平台的API接口。请参阅原子云平台API文档V1.2.pdf文档。原子云平台API写的非常详细了，请自行翻阅。需要我们从原子云平台了解原子云API的通信流程。
下图是原子云平台API的使用流程图。
我们写Qt应用就应该重点放在HTTPS与WebSocket方向上。查阅原子云平台API可以知道，下面是重点！一些帐号信息，与设备信息是通过HTTPS协议接口获取的，通信用WebSocket协议接口。那么我们就按原子云平台的协议流程编写应用程序。
源码路径为4/01_smarthome/webapi/webapi.cpp。内容如下。
- <font size="4">/******************************************************************
- Copyright © Deng Zhimao Co., Ltd. 1990-2021. All rights reserved.
- * @projectName webapi
- * @brief webapi.cpp
- * @author Deng Zhimao
- * @email <a href="mailto:1252699831@qq.com" target="_blank">1252699831@qq.com</a>
- * @net <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
- * @date 2021-05-27
- *******************************************************************/
- 1 #include "webapi.h"
- 2 #include <QUuid>
- 3 #include <QRegularExpression>
- 4
- 5 Webapi::Webapi(QObject *parent)
- 6 {
- 7 this->setParent(parent);
- 8 /* 数组清空 */
- 9 groupID.clear();
- 10 deviceID.clear();
- 11 deviceNumber.clear();
- 12
- 13 timer = new QTimer();
- 14 connect(timer, SIGNAL(timeout()), this, SLOT(onTimerTimeOut()));
- 15
- 16 networkAccessManager = new QNetworkAccessManager(this);
- 17
- 18 orgURL = "https://cloud.alientek.com/api/orgs";
- 19 /* 请填写自己的token信息！！！ */
- 20 api_token = "bf591984c8fa417584d18f6328e0ef73";
- 21
- 22 /* 获取账号机构列表 */
- 23 getOrgURL();
- 24
- 25 QUuid uuid = QUuid::createUuid();
- 26 random_token = uuid.toString();
- 27
- 28 webSocket = new QWebSocket();
- 29 /* 需要加一些安全配置才能访问https */
- 30 QSslConfiguration config;
- 31 config.setPeerVerifyMode(QSslSocket::VerifyNone);
- 32 config.setProtocol(QSsl::TlsV1SslV3);
- 33 webSocket->setSslConfiguration(config);
- 34
- 35 connect(webSocket, SIGNAL(connected()),
- 36 this, SLOT(webSocketConnected()));
- 37 connect(webSocket, SIGNAL(binaryMessageReceived(QByteArray)),
- 38 this, SLOT(onBinaryMessageReceived(QByteArray)));
- 39 }
- 40
- 41 Webapi::~Webapi()
- 42 {
- 43 delete timer;
- 44 delete webSocket;
- 45 webSocket = nullptr;
- 46 }
- 47
- 48 void Webapi::getOrgURL()
- 49 {
- 50 getDataFromWeb(QUrl(orgURL));
- 51 }
- 52
- 53 /* 获取设备分组列表 */
- 54 void Webapi::getGroupListUrl()
- 55 {
- 56 getDataFromWeb(QUrl(groupListUrl));
- 57 }
- 58
- 59 /* 获取设备的信息 */
- 60 void Webapi::getDevOfGroupUrl()
- 61 {
- 62 getDataFromWeb(QUrl(devOfGroupUrl));
- 63 }
- 64
- 65 /* 获取设备连接状态 */
- 66 void Webapi::getConStateUrl()
- 67 {
- 68 getDataFromWeb(QUrl(conStateUrl));
- 69 }
- 70
- 71 /* 从云服务器获取数据 */
- 72 void Webapi::getDataFromWeb(QUrl url)
- 73 {
- 74 /* 网络请求 */
- 75 QNetworkRequest networkRequest;
- 76
- 77 /* 需要加一些安全配置才能访问https */
- 78 QSslConfiguration config;
- 79 config.setPeerVerifyMode(QSslSocket::VerifyNone);
- 80 config.setProtocol(QSsl::TlsV1SslV3);
- 81 networkRequest.setSslConfiguration(config);
- 82
- 83 /* 设置访问的地址 */
- 84 networkRequest.setUrl(url);
- 85
- 86 /* 网络响应 */
- 87 networkRequest.setHeader(QNetworkRequest::ContentTypeHeader,
- 88 "application/json;charset=UTF-8");
- 89
- 90 /* 参数二为原子云帐号的token信息,填写自己的 */
- 91 networkRequest.setRawHeader("token", api_token.toLatin1());
- 92
- 93 QNetworkReply *newReply =
- 94 networkAccessManager->get(networkRequest);
- 95
- 96 connect(newReply, SIGNAL(finished()),
- 97 this, SLOT(replyFinished()));
- 98 connect(newReply, SIGNAL(readyRead()),
- 99 this, SLOT(readyReadData()));
- 100
- 101 }
- 102 void Webapi::replyFinished()
- 103 {
- 104 QNetworkReply *reply = (QNetworkReply *)sender();
- 105
- 106 if (reply->url() == QUrl(orgURL)) {
- 107 /* 设备分组列表ID */
- 108 getID(dataString, reply);
- 109 }
- 110
- 111 if (reply->url() == QUrl(groupListUrl)) {
- 112 /* 列表ID */
- 113 getID(dataString, reply);
- 114
- 115 /* 获取到组ID再开启定时器 */
- 116 if (!timer->isActive())
- 117 timer->start(2000);
- 118 }
- 119
- 120 /* 设备的信息 */
- 121 if (reply->url() == QUrl(devOfGroupUrl)) {
- 122 getID(dataString, reply);
- 123 getNumber(dataString);
- 124 getName(dataString);
- 125 }
- 126
- 127 /* 设备的连接状态 */
- 128 if (reply->url() == QUrl(conStateUrl)) {
- 129 getConnectState(dataString);
- 130 }
- 131
- 132 reply->deleteLater();
- 133 reply = nullptr;
- 134 }
- 135 void Webapi::readyReadData()
- 136 {
- 137 QNetworkReply *reply = (QNetworkReply *)sender();
- 138 QByteArray data = reply->readAll();
- 139 dataString = QString(data);
- 140 qDebug()<<dataString<<endl;
- 141 }
- 142
- 143 /* 获取ID，包括分组id，设备id */
- 144 void Webapi::getID(QString data, QNetworkReply *reply)
- 145 {
- 146 /* 多个匹配，因为可能有多个合适的字段 */
- 147 QRegularExpression pattern(""id":(\\d+)");
- 148
- 149 QRegularExpressionMatchIterator i = pattern.globalMatch(data);
- 150 while (i.hasNext()) {
- 151 QRegularExpressionMatch match = i.next();
- 152 if (match.hasMatch()) {
- 153 if (reply->url() == QUrl(orgURL)) {
- 154 org_id = match.captured(1);
- 155 groupListUrl = "https://cloud.alientek.com/api/orgs/"
- 156 + org_id + "/grouplist";
- 157 getGroupListUrl();
- 158 /* Socket连接 */
- 159 webSocket->open(QUrl(QString("wss://cloud.alientek.com/connection/%1/org/%2?token=%3")
- 160 .arg(api_token).arg(org_id).arg(random_token)));
- 161 }
- 162
- 163 if (reply->url() == QUrl(groupListUrl)) {
- 164 group_id = match.captured(1);
- 165 /* 存储组ID，再由定时器根据组的ID获取设备信息 */
- 166 groupID.append(group_id);
- 167 qDebug()<<"组ID:"<<group_id<<endl;
- 168
- 169 }
- 170
- 171 if (reply->url() == QUrl(devOfGroupUrl)) {
- 172 device_id = match.captured(1);
- 173 /* 存储设备ID,再由定时器根据设备的ID获取连接状态 */
- 174 deviceID.append(device_id);
- 175 qDebug()<<"设备ID:"<<device_id<<endl;
- 176 }
- 177 }
- 178 }
- 179 }
- 180
- 181 void Webapi::getNumber(QString data)
- 182 {
- 183 QRegularExpression pattern(""number":"(\\d+)"");
- 184
- 185 QRegularExpressionMatchIterator i = pattern.globalMatch(data);
- 186 while (i.hasNext()) {
- 187 QRegularExpressionMatch match = i.next();
- 188 if (match.hasMatch()) {
- 189 device_number = match.captured(1);
- 190 deviceNumber.append(device_number);
- 191 qDebug()<<"设备编号："<<device_number<<endl;
- 192 }
- 193 }
- 194 }
- 195
- 196 void Webapi::getName(QString data)
- 197 {
- 198 /* 匹配中文字符，设备起名需要为中文 */
- 199 QRegularExpression pattern(""name":"([\u4e00-\u9fa5]*)");
- 200
- 201 QRegularExpressionMatchIterator i = pattern.globalMatch(data);
- 202 while (i.hasNext()) {
- 203 QRegularExpressionMatch match = i.next();
- 204 if (match.hasMatch()) {
- 205 device_name = match.captured(1);
- 206 deviceName.append(device_name);
- 207 qDebug()<<"设备名称："<<device_name<<endl;
- 208 }
- 209 }
- 210 }
- 211
- 212 /* 获取设备的连接状态 */
- 213 void Webapi::getConnectState(QString data)
- 214 {
- 215 QString pattern = ""data":"(\\S*)"";
- 216 QRegularExpression regularExpression(pattern);
- 217 QRegularExpressionMatch match = regularExpression.match(data, 0);
- 218 if(match.hasMatch()) {
- 219 qDebug()<<"设备连接状态"<<match.captured(1);
- 220 deviceConnectState.append(match.captured(1));
- 221 }
- 222 }
- 223
- 224 void Webapi::webSocketConnected()
- 225 {
- 226 qDebug()<<"webSocket连接原子云成功"<<endl;
- 227 }
- 228
- 229 void Webapi::OnBinaryMessageReceived(QByteArray str)
- 230 {
- 231
- 232 QString temp(str);
- 233 if (temp.contains("online")) {
- 234 for (int i = 0; i < deviceNumber.count() ; i++) {
- 235 if (temp.contains(deviceNumber</font><i><font size="4">)) {
- 236 /* 发送如客厅灯在线信号*/
- 237 emit deviceStateChanged(deviceName</font><i><font size="4"> + "|在线");
- 238 qDebug()<<deviceName</font><i><font size="4"> + "|在线"<<endl;
- 239 break;
- 240 }
- 241 }
- 242 }
- 243 }
- 244
- 245 /* 延时函数 */
- 246 void Webapi::sleep(double second)
- 247 {
- 248 usleep(second * 1000000);
- 249 }
- 250
- 251 void Webapi::OnTimerTimeOut()
- 252 {
- 253 static int i = 0;
- 254 if (i < groupID.count()) {
- 255 /* 获取分组下的设备列表 */
- 256 devOfGroupUrl = "https://cloud.alientek.com/api/orgs/"
- 257 + org_id + "/groups/"
- 258 + groupID</font><i><font size="4"> + "/devices";
- 259 dataString.clear();
- 260 getDevOfGroupUrl();
- 261 } else if (i >= groupID.count()
- 262 && i < groupID.count() + deviceID.count() ) {
- 263 timer->start(1000);
- 264 conStateUrl = "https://cloud.alientek.com/api/orgs/"
- 265 + org_id + "/devicestate/"
- 266 + deviceID[i - groupID.count()];
- 267 getConStateUrl();
- 268
- 269 } else {
- 270 /* 订阅设备的消息 */
- 271 for (int j = 0; j < deviceNumber.count(); j++) {
- 272 QByteArray cmd;
- 273 cmd[0] = 0x01;
- 274 sendCmd(deviceNumber[j], cmd);
- 275 }
- 276
- 277 timer->stop();
- 278 }
- 279
- 280 i++;
- 281 }
- 282
- 283 /* 订阅指定设备的消息，cmd = 0x01 */
- 284 void Webapi::sendCmd(QString number, QByteArray cmd)
- 285 {
- 286 QStringList list = number.split("");
- 287 for (int i = 0; i < list.count(); i++) {
- 288 if (!list</font><i><font size="4">.isEmpty()) {
- 289 cmd.append(list</font><i><font size="4">);
- 290 }
- 291 }
- 292
- 293 webSocket->sendBinaryMessage(cmd);
- 294 }
- 295
- 296 /* 发送消息到指定设备，cmd = 0x03 */
- 297 void Webapi::sendCmdMessage(QString number,
- 298 QByteArray cmd, QString message)
- 299 {
- 300 QStringList list = number.split("");
- 301 for (int i = 0; i < list.count(); i++) {
- 302 if (!list</font><i><font size="4">.isEmpty()) {
- 303 cmd.append(list</font><i><font size="4">);
- 304 }
- 305 }
- 306
- 307 cmd.append(message);
- 308
- 309 webSocket->sendBinaryMessage(cmd);
- 310 }
- 311
- 312 void Webapi::whichDeviceNameSendCmd(QString name,
- 313 QString message) {
- 314
- 315 for (int i = 0; i < deviceName.count(); i++) {
- 316 if (name == deviceName</font><i><font size="4">) {
- 317 QByteArray cmd;
- 318 cmd[0] = 0x03;
- 319 sendCmdMessage(deviceNumber</font><i><font size="4">, cmd, message);
- 320 break;
- 321 }
- 322 }
- 323 }</font></i></i></i></i></i></i></i></i></i></i>
第20行，需要填写自己的原子云平台帐号api_token信息，请在原子云》帐号信息中查看！
剩余的代码都按照原子云平台API文档编写，首先是通过网络请求networkRequest，访问需要访问的地址，然后通过网络回应对象newReply来接收网络回复的结果。结果是JSION格式的文本，编者使用正则表达式提取回复的内容，作为下一个地址的参数，如此反复，就可以将原子云服务器的帐号下的设备信息提取出来。
第159行，提取出来的信息转交webSocket对象，让webSocket获取原子云平台的鉴权，就可以实现通信了。
流程都是按照原子云平台API文档的走，剩下的就是webSocket通信了，与TCP，UDP的socket通信相似，这里就不多解释了，和第十一章的TCP/UDP Socket通信内容相似。重点是流程，再参考代码看。
24.6 物联网项目综合测试
打开4/01_smarthome/01_smarthome/01_smarthome.pro项目，此项目为智能家居物联网UI界面控制端。
打开4/01_smarthome/esp8266/esp8266.pro项目，此项目设备端（被控端）。
打开上面两个项目如下。
项目文件夹下内容解释：
01_smarthome项目下：
webapi文件夹为原子云平台的应用程序，主要用来与原子云通信。
Headers文件夹为界面设计的头文件。
Sources文件夹为界面设计的源文件。
esp8266项目下：
led文件夹为I.MX6U开发板控制LED的接口程序。
Headers文件夹为esp8266通信的头文件。
Sources文件夹为esp8266通信的源文件（使用串口通信）。
24.6.1 Ubuntu上运行
运行esp8266.pro项目前请确认ESP8266 WIFI模块已经使用USB-TTL模块通过T口USB连接线连接到Ubuntu上，并赋予/dev/ttyUSB0权限才能访问这个串口。运行后串口终端打印信息如下。若模块已经连接上原子云，重新运行程序时，需要将模块断电复位才能再次通信！
注意，需要修改程序中的个人的本地WIFI帐号及密码，以及原子云上的设备的编号及密码，特别注意，这个设备必须在一个新增的分组下。设备在分组才能被后面的原子云API接口获取到。
运行esp8266.pro项目，Qt Creator的应用程序窗口输出如下。连接原子云成功后就会启用定时器，每15s向原子云服务器发送一次心跳包，webSocket应用程序收到后就会显示此设备在线。
运行01_smarthome.pro项目前请确认原子云》帐号信息处的API TOKEN信息，请填写自己的原子云帐号API TOKEN。否则您将访问到编者的原子云帐号的设备信息。
点击“客厅”开关按钮，可以看到esp8266设备应用程序收到开关信息。这个信息是通过UI界面应用程序发送到原子云服务器，然后原子云服务器转发给WIFI模块设备的。
24.6.2 ALPHA/Mini开发板运行
正点原子的ALPHA/Mini Linux开发板交运行上面的01_smarthome项目和esp8266项目后，运行的结果与Ubuntu上面的是一样的，注意，主控开发板需要先连网(通过网线|USB WIFI模块|4G模块|SDIO WIFI模块)，可以将正点原子的ESP8266 WIFI插在同一块开发板上进行实验，这样，点击UI界面上的开关按钮，就相当于发信息到原子云上，原子云再转发给ESP8266 WIFI模块，进而控制开发板上的LED。这样就实现了将开发板实现连接到原子云里了。
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发表于 2021-7-20 12:19:41
发表于 2021-7-21 10:00:08
