• CC2530_ZigBee+华为云IOT：设计一套属于自己的冷链采集系统

    摘要：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，上传到华为云物联网云平台，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。

    本文分享自华为云社区《基于CC2530_ZigBee+华为云IOT设计的冷链信息采集系统【玩转华为云】》，作者： DS小龙哥 。

    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。

    4.2 产品创建

    地址: 共建智能世界云底座-华为云

    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：

    4.3 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。

    1. {
    2.  "device_id": "62e732be3a884835598654f7_dev1",
    3.  "secret": "12345678"
    4. }

    4.4 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。
    使用MQTT.fx调测_设备接入 IoTDA_开发指南_设备侧开发_使用MQTT Demo接入_华为云

    工具的页面地址:
    Huaweicloud IoTDA Mqtt ClientId Generator工具的页面地址:
    Huaweicloud IoTDA Mqtt ClientId Generator
    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。

    1. ClientId 62e732be3a884835598654f7_dev1_0_0_2022080102
    2. Username  62e732be3a884835598654f7_dev1
    3. Password  13483ebeadd786ea107527a3c92c5463a8f3c71377cd33276143ffe2fb85c1dc

    4.5 MQTT主题订阅与发布格式

    1. //订阅主题: 平台下发消息给设备
    2. $oc/devices/62e732be3a884835598654f7_dev1/sys/messages/down
    3. //设备上报数据
    4. $oc/devices/62e732be3a884835598654f7_dev1/sys/properties/report
    5. //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)
    6. {"services": [{"service_id": "server_id","properties":{"温度":23.4}},{"service_id": "server_id","properties":{"湿度":80.5}}]}

    4.6 设备模拟登录测试

    4.7 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

    1. #include "uart.h"
    2. /*
    3. 函数功能：串口0初始化
    4. */
    5. void Init_Uart0(void)
    6. {
    7.  PERCFG&=~(1<<0); //串口0的引脚映射到位置1，即P0_2和P0_3
    8.  P0SEL|=0x3<<2; //将P0_2和P0_3端口设置成外设功能
    9.  U0BAUD = 216; //32MHz的系统时钟产生115200BPS的波特率
    10.  U0GCR&=~(0x1F<<0);//清空波特率指数
    11.  U0GCR|=11<<0; //32MHz的系统时钟产生115200BPS的波特率
    12.  U0UCR |= 0x80; //禁止流控，8位数据，清除缓冲器
    13.  U0CSR |= 0x3<<6; //选择UART模式，使能接收器
    14. }
    15. /*
    16. 函数功能：UART0发送字符串函数
    17. */
    18. void UR0SendString(u8 *str)
    19. {
    20.  while(*str!='\0')
    21.  {
    22.  U0DBUF = *str; //将要发送的1字节数据写入U0DBUF
    23.  while(UTX0IF == 0);//等待数据发送完成
    24.  UTX0IF = 0; //清除发送完成标志，准备下一次发送
    25.     str++;
    26.  }
    27. }
    28. /*
    29. 函数功能: 模仿printf风格的格式化打印功能
    30. */
    31. char USART0_PRINT_BUFF[200]; //格式化数据缓存数据
    32. void USART0_Printf(const char *format,...)
    33. {
    34.   char *str=NULL;
    35.  /*1. 格式化转换*/
    36.  va_list ap; // va_list---->char *
    37.  va_start(ap,format); //初始化参数列表
    38.  vsprintf(USART0_PRINT_BUFF,
    39.         format,
    40.         ap); //格式化打印
    41.  va_end(ap); //结束参数获取
    42.  /*2. 串口打印*/
    43.   str=USART0_PRINT_BUFF;//指针赋值
    44.  while(*str!='\0')
    45.  {
    46.  U0DBUF=*str; //发送一个字节的数据
    47.     str++; //指针自增，指向下一个数据
    48.  while(UTX0IF == 0);//等待数据发送完成
    49.  UTX0IF = 0; //清除发送完成标志，准备下一次发送
    50.  }
    51. }

    5.5 ESP8266.c代码

    1. #include "esp8266.h"
    2. uint lenU1 = 0;
    3. uchar tempRXU1;
    4. uchar  RecdataU1[MAXCHAR];
    5. //"AT+CIPSEND=0,10\r\n"   //长度10
    6. //返回">" 之后就可以正常发送数据了
    7. //发送成功返回 "SEND OK"
    8. //发送数据
    9. void ESP8266_SendData(char *p,int len)
    10. {
    11.    int i=0;
    12.    char buff[50];
    13.  sprintf(buff,"AT+CIPSEND=0,%d\r\n",len);
    14.  clearBuffU1();
    15.  Uart1_Send_String(buff); //发送指令
    16.  DelayMs(1000); //等待
    17.  for(i=0;i
    18.  {
    19.  Uart1_Send_Char(p[i]);
    20.  }
    21.  //等待发送完成
    22.  DelayMs(1000);
    23.    RecdataU1[lenU1]='\0';
    24.  UR0SendString(RecdataU1);
    25.  clearBuffU1();
    26. }
    27. /****************************************************************************
    28. * 名 称: SetWifi()
    29. * 功 能: 设置LED灯相应的IO口
    30. * 入口参数: 无
    31. * 出口参数: 无
    32. ****************************************************************************/
    33. void SetWifi(void)
    34. {
    35.  P0DIR |= 0x40; //P0.6定义为输出
    36.  IGT = 0; //高电平复位
    37.  DelayMs(500);
    38.  IGT = 1; //低电平工作
    39. }
    40. /*
    41. 设置WIFI为AP模式+TCP服务器
    42. */
    43. void SetESP8266_AP_TCP_Server()
    44. {
    45.  clearBuffU1();
    46.  Uart1_Send_String("AT\r\n");
    47.  DelayMs(2000);
    48.    RecdataU1[lenU1]='\0';
    49.  UR0SendString(RecdataU1);
    50.  clearBuffU1();
    51.  Uart1_Send_String("ATE0\r\n");
    52.  DelayMs(2000);
    53.    RecdataU1[lenU1]='\0';
    54.  UR0SendString(RecdataU1);
    55.  clearBuffU1();
    56.  Uart1_Send_String("AT+CWMODE=2\r\n");
    57.  DelayMs(2000);
    58.    RecdataU1[lenU1]='\0';
    59.  UR0SendString(RecdataU1);
    60.  clearBuffU1();
    61.  Uart1_Send_String("AT+RST\r\n");
    62.  DelayMs(2000);
    63.  DelayMs(2000);
    64.  DelayMs(2000);
    65.    RecdataU1[lenU1]='\0';
    66.  UR0SendString(RecdataU1);
    67.  clearBuffU1();
    68.  Uart1_Send_String("ATE0\r\n");
    69.  DelayMs(2000);
    70.    RecdataU1[lenU1]='\0';
    71.  UR0SendString(RecdataU1);
    72.  clearBuffU1();
    73.  Uart1_Send_String("AT+CWSAP=\"wifi_cc2530\",\"12345678\",1,4\r\n");
    74.  DelayMs(2000);
    75.  DelayMs(2000);
    76.  DelayMs(2000);
    77.  DelayMs(2000);
    78.    RecdataU1[lenU1]='\0';
    79.  UR0SendString(RecdataU1);
    80.  clearBuffU1();
    81.  Uart1_Send_String("AT+CIPMUX=1\r\n");
    82.  DelayMs(2000);
    83.  DelayMs(2000);
    84.    RecdataU1[lenU1]='\0';
    85.  UR0SendString(RecdataU1);
    86.  clearBuffU1();
    87.  Uart1_Send_String("AT+CIPSERVER=1,8089\r\n");
    88.  DelayMs(2000);
    89.  DelayMs(2000);
    90.    RecdataU1[lenU1]='\0';
    91.  UR0SendString(RecdataU1);
    92.  clearBuffU1();
    93.  Uart1_Send_String("AT+CIFSR\r\n");
    94.  DelayMs(2000);
    95.  DelayMs(2000);
    96.    RecdataU1[lenU1]='\0';
    97.  UR0SendString(RecdataU1);
    98. }
    99. unsigned char dataRecv;
    100. unsigned char Flag = 0;
    101. /*===================UR1初始化函数====================*/
    102. void Init_Uart1()
    103. {
    104.  PERCFG = 0x00;//位置1  P0.4/P0.5口
    105.  P0SEL |= 0x30;//P0.4,P0.5用作串口（外部设备功能）
    106.  U1CSR |= 0x80;//设置为UART方式
    107.  U1GCR |= 11;//BAUD_E        
    108.  U1BAUD |= 216;//BAUD_M 波特率设为115200
    109.  UTX1IF = 0; //UART1 TX中断标志初始置位0
    110.  U1CSR |= 0X40; //允许接收 
    111.  IEN0 |= 0x88; // 开总中断，UART1接收中断 
    112. }
    113. void clearBuffU1(void)
    114. {
    115.   int j;
    116.  for(j=0;j
    117.  {
    118.     RecdataU1[j]=0x00;
    119.  }
    120.   lenU1=0;
    121. }
    122. /*******************************************************************************
    123. 串口1发送一个字节函数
    124. *******************************************************************************/
    125. void Uart1_Send_Char(char Data)
    126. {
    127. U1CSR &= ~0x40; //禁止接收
    128. U1DBUF = Data;
    129. while(UTX1IF == 0);
    130. UTX1IF = 0;
    131. U1CSR |= 0x40; //允许接收
    132. }
    133. /*******************************************************************************
    134. 串口1发送字符串函数
    135. *******************************************************************************/
    136. void Uart1_Send_String(char *Data)
    137. {
    138.  while(*Data!='\0')
    139.  {
    140.  Uart1_Send_Char(*Data);
    141.         Data++;
    142.  }
    143. }
    144. /**************************************************************** 
    145. 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. 
    146. ****************************************************************/ 
    147. #pragma vector = URX1_VECTOR 
    148. __interrupt void UART1_ISR(void) 
    149. { 
    150.  if(lenU1<81)
    151.  {
    152.     tempRXU1 = U1DBUF;
    153.     RecdataU1[lenU1]=tempRXU1;
    154.  URX1IF = 0; // 清中断标志 
    155.     lenU1++;
    156.  }
    157. }

    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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