基于LiteOS的智慧農(nóng)業(yè)案例實(shí)驗(yàn)分享

最近在指導(dǎo)一位讀者朋友做畢業(yè)設(shè)計(jì)，該畢設(shè)是關(guān)于端云互通的，基于小熊派+LiteOS+華為云。

在指導(dǎo)他的過程中我也學(xué)到了不少東西，這里通過一個(gè)案例實(shí)驗(yàn)（智慧農(nóng)業(yè)）給大家分享一些知識(shí)。

實(shí)驗(yàn)框圖

相關(guān)模塊簡介

1、STM32L431RCT6

2、LiteOS

LiteOS是華為開發(fā)的輕量級(jí)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：

LiteOS源碼GitHub倉庫鏈接：

https://github.com/LiteOS/LiteOS

其源碼一級(jí)目錄結(jié)構(gòu)如下：

其內(nèi)核包括任務(wù)管理、內(nèi)存管理、時(shí)間管理、通信機(jī)制、中斷管理、隊(duì)列管理、事件管理、定時(shí)器等操作系統(tǒng)基礎(chǔ)組件，可以單獨(dú)運(yùn)行。

Huawei LiteOS是一個(gè)支持多任務(wù)的操作系統(tǒng)。在Huawei LiteOS中，一個(gè)任務(wù)表示一個(gè)線程。 其任務(wù)是搶占式調(diào)度機(jī)制，同時(shí)支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度方式。

高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)可打斷低優(yōu)先級(jí)任務(wù)，低優(yōu)先級(jí)任務(wù)必須在高優(yōu)先級(jí)任務(wù)阻塞或結(jié)束后才能得到調(diào)度。

創(chuàng)建任務(wù)示例：

左右滑動(dòng)查看全部代碼>>>

UINT32 creat_test_task(VOID)
{
  UINT32 uwRet = LOS_OK;
  TSK_INIT_PARAM_S task_init_param;
  UINT32 TskHandle;

  task_init_param.usTaskPrio = TASK_PRIO; /* 任務(wù)優(yōu)先級(jí) */
  task_init_param.pcName = "test_task"; /* 任務(wù)名稱 */
  task_init_param.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)test_task; /* 任務(wù)入口函數(shù) */
  task_init_param.uwStackSize = STACK_SIZE; /* 任務(wù)棧大小 */

  /* 任務(wù)創(chuàng)建 */
  uwRet = LOS_TaskCreate(&TskHandle, &task_init_param);
  if(LOS_OK != uwRet)
  {
      return uwRet;
  }
  return uwRet;
}

3、華為云平臺(tái)

本次實(shí)驗(yàn)的云平臺(tái)為華為的OceanConnect物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)：

其云端開發(fā)框圖如下：

我們主要是用來做實(shí)驗(yàn)，著重關(guān)注紅框里的內(nèi)容。

下面簡單介紹一下Profile文件、編解碼器插件這兩塊大家可能比較陌生的部分：

（1）Profile文件開發(fā)

Profile（即產(chǎn)品模型）是用來描述一款產(chǎn)品中的設(shè)備“是什么”、“能做什么”以及“如何控制該設(shè)備”的文件。

在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)集成對(duì)接中需要先創(chuàng)建Profile，因?yàn)镻rofile里面定義了設(shè)備上報(bào)的數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)器下發(fā)的命令包含了哪些字段。

定義Profile，即在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)構(gòu)建一款設(shè)備的抽象模型，使平臺(tái)理解該款設(shè)備支持的服務(wù)、屬性、命令、升級(jí)能力等信息。

Profile主要包含產(chǎn)品信息、服務(wù)能力和維護(hù)能力三部分：

本次實(shí)驗(yàn)我們主要關(guān)注紅框部分，其具體表現(xiàn)如：

（2）編解碼插件開發(fā)

一款產(chǎn)品的設(shè)備上報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)，如果“數(shù)據(jù)格式”為二進(jìn)制碼流，則該產(chǎn)品需要進(jìn)行編解碼插件開發(fā)；如果“數(shù)據(jù)格式”為JSON，則該產(chǎn)品下不需要進(jìn)行編解碼插件開發(fā)。兩種數(shù)據(jù)舉例：

作為物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備，比較講究的就是功耗問題了，這個(gè)問題也關(guān)乎到通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的問題。

上圖舉例的兩種數(shù)據(jù)格式其實(shí)代表著同樣的信息，雖然對(duì)于我們程序員而言，我們更容易讀懂JSON格式的數(shù)據(jù)包含的信息；但是對(duì)于設(shè)備而言，其更喜歡二進(jìn)制流格式的數(shù)據(jù)了。

因?yàn)槭褂枚M(jìn)制流來表示的話傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就會(huì)小很多，進(jìn)而可以降低功耗。其實(shí)這個(gè)二進(jìn)制流格式也很好理解，是按照特定格式的，比如：

本次實(shí)驗(yàn)我們?cè)O(shè)備端發(fā)送與接收的數(shù)據(jù)均為二進(jìn)制流格式數(shù)據(jù)，因此需要進(jìn)行云端編碼器插件的開發(fā)。下面是設(shè)備數(shù)據(jù)上報(bào)的流程：

4、BH1750光強(qiáng)度傳感器

BH1750是一種用于兩線制串行總線接口的16位數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路。利用它的高分辨率可以探測較大范圍的光強(qiáng)度變化。（1lx~65535lx）。

主要特性：

• 支持 IIC BUS 接口
• 光源依賴性弱
• 有兩種可選的 IIC slave 地址
• 最小誤差變動(dòng)在±20%

5、SHT30溫濕度模塊

溫濕度傳感器 SHT30的溫度范圍為-40℃~125℃ ，濕度范圍為0%RH~100%RH。

主要特性：

• 完全校準(zhǔn)的線性化，溫度補(bǔ)償式的數(shù)字輸出
• 電壓范圍 2.4V-5.5V
• 通信速度高達(dá) 1MHz 的 IIC 接口，兩個(gè)可選的用戶地址
• 相對(duì)濕度誤差± 2%RH
• 溫度誤差± 0.3%

6、補(bǔ)光燈模塊

與普通的LED的控制一樣，通過一個(gè)GPIO來控制其亮、滅。

7、直流電機(jī)模塊

通過一個(gè)GPIO來控制其轉(zhuǎn)、停。

重要步驟解析

我們可以用Keil MDK來編寫、編譯代碼，也可以使用LiteOS Studio來編寫、編譯代碼。

在解析重要步驟之前有必要介紹一下LiteOS Studio。

LiteOS Studio是LiteOS集成開發(fā)環(huán)境，一站式開發(fā)工具，支持C、C++、匯編等語言，讓您快速，高效的進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)。

主題默認(rèn)是大家都喜歡的暗黑色，使用起來也比較簡單，其用Makefile來管理工程，使用時(shí)添加新的源文件需要同步更新Makefile文件：

1、讀取傳感器數(shù)據(jù)并顯示至LCD

準(zhǔn)備BH1750與SHT30傳感器驅(qū)動(dòng)。這里跟初學(xué)者分享一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，看這些傳感器驅(qū)動(dòng)代碼的時(shí)候不要只看代碼。

這種與實(shí)際硬件（芯片）密切相關(guān)的代碼光看代碼是沒有多大意義的，只會(huì)越看越懵。

因此正確姿勢應(yīng)該是對(duì)照著datasheet一起看，需要寫出這些代碼得好好研讀datasheet。

一般比較成熟的傳感器驅(qū)動(dòng)網(wǎng)上都有很多現(xiàn)成的可以直接用的，多數(shù)情況下我們很少去親自寫這個(gè)。

特別是工作之后，能copy的代碼堅(jiān)決不自己寫，老板可不看你代碼寫得多秀，只看你任務(wù)完成得怎么樣。

但是還是有必要了解一下這些驅(qū)動(dòng)代碼怎么寫出來的方法，萬一某天需要我們自己寫呢。下面我們從例程代碼中扣出一些核心代碼：

我們最終要用到的就是最后一個(gè)函數(shù)來讀取傳感器數(shù)據(jù)，然后顯示在LCD上，核心代碼：

結(jié)果：

這個(gè)結(jié)果多了一個(gè)煙感數(shù)據(jù)。這里簡單說明一下：寫這篇筆記時(shí)用的是智慧農(nóng)業(yè)的模塊。后來才加了一個(gè)煙感模塊，改起來比較麻煩就沒去改了，所以上面的一些圖的說明沒有煙感模塊。

2、云端配置

在設(shè)備端接入云端之前，遇到對(duì)云端進(jìn)行相應(yīng)的配置。這里也是抽取出重要的步驟，具體的步驟可以查看華為云上相關(guān)的文檔，很詳細(xì)：

文檔鏈接：

https://support.huaweicloud.com/devg-IoT/iot_02_9994.html

（1）創(chuàng)建產(chǎn)品：

有幾種方式創(chuàng)建產(chǎn)品，這里我們選擇自定義的方式，學(xué)會(huì)了自定義的方式創(chuàng)建產(chǎn)品了，其它幾種方式就更簡單了。

（2）Profile、編解碼器插件開發(fā)

接著進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，主要是進(jìn)行Profile文件與編解碼器插件的開發(fā)。

Profile文件有兩種開發(fā)方式：離線的方式與在線的方式。我們使用在線的方式創(chuàng)建，創(chuàng)建的Profile文件如下：

編解碼器插件的開發(fā)依賴與Profile文件，我們創(chuàng)建的編解碼器插件如下：

（3）調(diào)測

接著驗(yàn)證我們的Profile文件與編解碼器插件，這里有兩種方法驗(yàn)證.

一是創(chuàng)建真實(shí)的設(shè)備，這個(gè)需要我們真實(shí)的設(shè)備端進(jìn)行連接測試，下面我們?cè)僮鲞@一步；

二是使用虛擬的設(shè)備。這里我們使用虛擬的設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證：

3、設(shè)備端開發(fā)

設(shè)備端我們使用LiteOS SDK端云互通組件agent tiny對(duì)接IoT平臺(tái)。

借助這個(gè)組件我們只需要調(diào)用幾個(gè)API函數(shù)就可以很方便地連接華為IOT平臺(tái)，其重要接口函數(shù)如下：

左右滑動(dòng)查看全部代碼>>>

/* LiteOS SDK端云互通組件的初始化接口 */
int atiny_init(atiny_param_t* atiny_params, void** phandle);
/* LiteOS SDK端云互通組件的主函數(shù)體 */
int atiny_bind(atiny_device_info_t* device_info, void* phandle);
/* LwM2M標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象向設(shè)備下發(fā)命令的統(tǒng)一入口 */
int atiny_cmd_ioctl(atiny_cmd_e cmd, char* arg, int len);
/* LiteOS SDK端云互通組件數(shù)據(jù)上報(bào)接口 */
int atiny_data_report(void* phandle, data_report_t* report_data);

設(shè)備對(duì)接IOT平臺(tái)的流程示意圖：

其實(shí)本云端互通實(shí)驗(yàn)主要圍繞的就是一個(gè)agent_tiny任務(wù)，其任務(wù)入口函數(shù)就是這個(gè)流程圖上的agent_tiny_entry函數(shù)。

這個(gè)入口函數(shù)里面主要做的內(nèi)容是：atiny的初始化、對(duì)于入?yún)tiny_params的設(shè)定（要根據(jù)具體的業(yè)務(wù)來進(jìn)行）。

還有創(chuàng)建一些子任務(wù)（數(shù)據(jù)采集任務(wù)、數(shù)據(jù)上報(bào)任務(wù)、下發(fā)命令的應(yīng)答任務(wù)），最后進(jìn)行到。

核心代碼如端云互通組件的主函數(shù)體，具體核心代碼如：

左右滑動(dòng)查看全部代碼>>>

void agent_tiny_entry(void)
{
  UINT32 uwRet = LOS_OK;
  atiny_param_t *atiny_params;
  atiny_security_param_t  *iot_security_param = NULL;
  atiny_security_param_t  *bs_security_param = NULL;

  atiny_device_info_t *device_info = &g_device_info;

  //  省略部分內(nèi)容。。。。。。。。。。。。
  device_info->endpoint_name = g_endpoint_name;
  atiny_params = &g_atiny_params;
  atiny_params->server_params.binding = "UQ";
  //  省略部分內(nèi)容。。。。。。。。。。。。

  /* LiteOS SDK端云互通組件的初始化接口 */
  if(ATINY_OK != atiny_init(atiny_params, &g_phandle))
  {
      return;
  }

  /* 創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集任務(wù) */
  uwRet = creat_collection_task();
  if (uwRet != LOS_OK)
  {
      return ;
  }

  /* 創(chuàng)建數(shù)據(jù)上報(bào)任務(wù) */
  uwRet = creat_report_task();
  if(LOS_OK != uwRet)
  {
      return;
  }

  /* 創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量 */
  uwRet = LOS_SemCreate(0,&reply_sem);
  if (uwRet != LOS_OK)
  {
  return ;
  }

  /* 創(chuàng)建下發(fā)命令的應(yīng)答任務(wù) */
  uwRet = creat_reply_report_task();
  if (uwRet != LOS_OK)
  {
      return ;
  }

  /* LiteOS SDK端云互通組件的主函數(shù)體 */
  (void)atiny_bind(device_info, g_phandle);
  }

更具體的代碼就不展開了，篇幅好像有點(diǎn)長了。。。

除此之外，在對(duì)接云端之前，還需要一個(gè)可以聯(lián)網(wǎng)的媒介，這里我們選用的是ESP8266，使用AT設(shè)備框架來管理我們的ESP8266設(shè)備：

現(xiàn)在，我們就可以使用真實(shí)的設(shè)備對(duì)接云端了，對(duì)接云端需要一個(gè)設(shè)備標(biāo)識(shí)碼，用ESP8266模塊時(shí)需要我們自己創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)識(shí)碼。

用其它聯(lián)網(wǎng)模塊如NB-IOT模塊則只需使用模塊出廠自帶的設(shè)備碼即可。這里我們創(chuàng)建的設(shè)備標(biāo)識(shí)碼為：

這個(gè)標(biāo)識(shí)碼其實(shí)就是在我們上面的agent_tiny_entry函數(shù)中有配置給device_info設(shè)備結(jié)構(gòu)體了。然后使用這個(gè)標(biāo)識(shí)碼在云端創(chuàng)建設(shè)備：

4、web應(yīng)用開發(fā)

上面在調(diào)試階段已經(jīng)可以上傳云端到IOT平臺(tái)了，也可以看到數(shù)據(jù)了。但是那些數(shù)據(jù)對(duì)于用戶來說總歸是看不習(xí)慣吧，我們開發(fā)產(chǎn)品就是為了給用戶使用、給用戶看的。

所以最終體現(xiàn)出來給用戶的不應(yīng)該是一堆數(shù)據(jù)，而是一個(gè)對(duì)用戶較友好的可視化界面。

華為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)也給我們提供了web應(yīng)用開發(fā)的環(huán)境：

這里的應(yīng)用開發(fā)也比較簡單，通過拖拽一些空間，簡單修改一下控件的一些屬性即可：

最終效果：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果演示視頻

總結(jié)

以上就是本次分享的智慧農(nóng)業(yè)案例實(shí)驗(yàn)，本次實(shí)驗(yàn)用了華為IOT平臺(tái)，其實(shí)其它平臺(tái)用起來也是類似的，之后有時(shí)間再分享其它云平臺(tái)的案例實(shí)驗(yàn)。

上面分享的很多步驟其實(shí)不算詳細(xì)，關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)更詳細(xì)的步驟內(nèi)容可以聯(lián)系我獲取相關(guān)文檔資料、包括代碼。

原創(chuàng)不易，感謝閱讀，期待在看、分享~

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