【智能家居项目】RT-Thread版本——DHT11获取温湿度 | MQTT上传到服务器 | 服务器控制外设

🐱作者：一只大喵咪1201
🐱专栏：《智能家居项目》
🔥格言：你只管努力，剩下的交给时间！

这篇文章中，本喵将使用RT-Thread Studio来实现这个智能家居的项目，最终效果和前面的裸机版本以及FreeRTOS版本一样。在这里本喵将让大家体验到RT-Thread Studio的便利。

🏀创建工程

首先打开 RT-Thread Studio 软件，如何安装该软件本喵就不讲解了，直接去官网下载安装即可。

如上图，打开软件以后，关闭掉欢迎界面，然后按照图中的步骤来操作：

1. 点击左上角文件中的新建，选择 RT-Thread 项目。

• RT-Thread项目是标准工程，它包含RT-Thread的所有功能，可以安装大量的组件。
• RT-Thread Nano项目是简化版本，它包含的功能和FreeRTOS一样，仅支持任务，任务间通信等等，不支持组件。

2. 输入工程名字和工程文件保存路径。

• 如果使用缺省位置，则会保存到RT-Thread Studio的安装路径下的某一个文件中。

3. 选择芯片型号和控制台端口以及调试端口。

• 根据芯片的厂商，选择相应的型号，本喵这里选择的是STM32F103ZE。
• 选择控制台所用的串口，该控制台就像是板子上运行的一个shell。
• 选择调试器以及接口类型，有ST-Link和J-Link等等，根据自己的设备来选择。

4. 最后点击完成。

如上图，此时一个工程就创建好了，左边是项目资源管理器，包含该工程中的所有文件。

• RT-Thread Setting：双击这个会出现一个图形化界面，用来安装各种组件，后面会用到。
• CubeMX Setting：双击这个就会打开CubeMX，可以配置芯片的外设，生成HAL库的代码。
• drv_clk.c：在drivers目录下的drv_clk.c中，可以修改时钟源，生成的工程默认使用的是内部高速时钟HSI，可以修改代码配置成外部时钟源HSE，本喵这里就不配置了，直接使用内部高速时钟。

如上图所示，将工程进行编译，然后将程序下载到开发板中。

如上图所示，将开发板的uart1和电脑相连，并且打开串口助手，可以看到内核的打印信息(绿色框)，和main线程的打印信息，红色框中。

• 在RT-Thread中，任务被叫做线程。
• main函数仅是其中的一个线程。

main函数在applications目录下，可以看到，该函数中并没有像FreeRTOS一样的内核初始化和启动调度器等内容，仅仅是一个干干净净的main函数。

🏐RT-Thread启动流程

如上图所示RT-Thread的启动流程，本喵大概介绍一下：

• 第1个文件：startup_stm32f103xe.s

  • 调用SystemInit：系统初始化，比如初始化时钟
  • 调用__main：重定位，比如把代码段从Flash复制到内存，然后执行$Sub$$main

• 第2个文件：src\components.c

  • 执行一系列的初始化
  • 调用rt_application_init
    • 初始化RTT组件(包括创建SHELL线程)：因为有SHELL线程，所以即使main函数为空，也是可以操作开发板的
    • 调用main函数：可以写为空函数
  • 启动调度器：rt_system_scheduler_start

位置①处创建了SHELL线程，用户可以在串口上输入各种命令；所以位置②的main函数写为空函数也是可以的。

🏐添加DHT11软件包

如上图所示，增加DHT11的软件包：

1. 双击项目资源管理器中的RT-Thread Setting，弹出一个图形界面窗口。
2. 点击添加软件包，弹出软件包选择界面。
3. 搜索DHT11，出现多个软件包。
4. 找到下载次数最多的(绿色框)，然后点击相应软件包的添加。

如上图，此时软件包这里就会有一个dht11的图标，然后按下快捷键Ctrl + s保存，就会自动下载软件包并且构建到工程中。

如上图所示，此时在packages目录下就有一个dht11-latest的目录，里面包含几个.c和.h文件。其中dht11_sample.c是一个样例。

打开dht11_sample.c后，将#include "drv_gpio.h"修改成#include "drv_common.h"，这是由于版本原因，新版本和gpio相关的定义都放在了drv_common.h中。

还要修改读取DHT11温湿度数据的引脚，生成工程后默认使用的是PB12，查看原理图使用自己对应的引脚，本喵这里是PF6。

如上图，在编译的时候会报错找不到sensor.h头文件，所以需要将头文件的路径告诉编译器。

如上图，sensor.h头文件位于sensors文件夹中。点击最上边的c/c++项目，找到该文件，然后右键点击，在弹出的界面中进行添加构建。

• 添加构建就是在编译的时候，要编译这部分文件，否则不会编译这里的文件。

如上图所示，点击标号1的设置，然后选择标号2的路径和符合，最后添加sensor.h头文件所在路径。

• //${ProjName}表示的是工程文件名字，后面的是路径。

如上图所示，将程序重新编译好下载到板子中以后，在串口助手上就可以看到输出的温湿度数据了。

如上图所示，在我们安装软件包中的dht11_sample.c中，专门有一个线程read_temp_entry读取温湿度数据的线程，不断调用rt_device_read来读取DHT11温湿度传感器的数据，并且打印出来。

• rt_device_read是一个标准接口，就像写C语言代码中的open函数一样。
• DHT11的驱动框架是怎样的，本喵就不在这里讲解了。

此时我们就实现了温湿度的读取，可以看到，整个过程中也没有写多少代码，RT-Thread Studio中的软件包帮我们实现了这部分代码。

🏐添加ESP8266软件包

如上图所示，按照1~6的步骤添加一个AT设备，这是用来和ESP8266通信的。

• 第6步中，填入WIFI模块要连的WIFI名称和密码。
• 更改AT设备使用的串口为uart3，根据原理图来确定。

如上图所示，此时就自动有了一个AT DEVICE软件包和一个AT客户端组件(红色框)，然后点击绿色框中的libc使能C语言库，因为要用到C语言库中的函数。最后按下Ctrl + s保存。

如上图所示，要在drivers目录下的board.h中定义uart3，仿照uart1定义即可，根据原理图定义使用的引脚。

如上图，将main.c和dht11_sample.c中的打印信息注释掉，让它不要干扰串口助手的输出。

如上图所示，将程序编译下载到开发板后，可以从串口助手看到WIFI连接成功的消息。

在控制台使用ifconfig可以看到获得了IP地址，并且可以使用ping命令和www.baidu.com进行网络通信。此时ESP8266就设置成功了。

🏐添加MQTT软件包

MQTT是一种网络通信协议，适合于少量数据的传输，具体原理本喵就不在这里介绍了。

如上图所示，按照步骤1~3添加pahomqtt软件包。

如上图所示，在软件包处会有一个Paho MQTT，将鼠标移上去以后点击出现的配置项(步骤1)，然后在弹出的界面中使能MQTT示例(步骤2)。最后保存配置。

• 每次保存了新的配置以后，sensor.h文件又会找不到，这是该软件的一个BUG，所以需要重新添加路径和添加构建。

🏀与服务器建立连接

现在工程就配置好了，此时我们的开发板就是一个客户端，接下来就是需要让开发板和服务器进行连接和通信了。

如上图，本喵在阿里云平台配置了一个设备实例，打开该设备后，点击里面的MQTT连接参数后面的查看(红色框)，然后就会弹出参数。

如上图所示，在产品中有默认的订阅主题和发布主题，我们就直接订阅/user/get这个主题，以及发布/user/update这个主题。

如上图所示，将自动生成的mqtt_sample.c中的默认MQTT连接参数改成自己服务器的。

如上图所示，在mqtt_sart函数中，默认生成的代码是随机生成一个客户端ID，此时我们有固定的客户端ID，将我们前面服务器中的ID赋值过去。

如上图所示，将程序编译并下载到开发板中后，在串口助手中执行help命令，可以看到有几个mqtt打头的指令。

如上图所示，在串口助手中执行mqtt_start命令启动MQTT，会打印相关成功信息，并且此时服务器设备也显示在线状态，说明此时开发板这个客户端和服务器MQTT连接成功。

如上图所示，在服务器设备中的Topic列表里，点击发布消息，发布/user/get主题的消息给开发板客户端，然后在弹出来的框中填入发布的消息，最后点击完成(步骤1~5)。

如上图所示，此时在串口助手上就能看到服务器发布的信息了。

如上图所示，在串口助手中使用mqtt_publish命令发布消息到服务器。

如上图所示，在服务器设备中，根据步骤1~4可以查看到开发板客户端刚刚发布的消息。

此时我们的开发板就和服务器成功的建立了连接，并且可以进行通信了。

🏀服务器控制外设

如上图代码所示，在main.c文件中，定义LED以及风扇的引脚，并在device_init函数中进行初始化。

如上图代码所示，在device_control_callback回调函数中根据服务器发布的消息来控制外设，具体控制细节和前面FreeRTOS版本的一样。

• msh_exec：调用该函数和我们在串口助手上输入命令是一个效果。

如上图所示，在main函数中，读取温湿度传感器的数据，然后再向服务器发布，每两秒进行一次。

• 控制设备的回调函数谁在执行？

如上图代码所示，控制设备的device_control_callback回调函数在mqtt_sub_callback回调函数执行。

• 在启动mqtt_start的时候，会专门创建一个线程用来接收服务器发布的消息。
• 当服务器发布了消息以后，该线程就会读取，并且调用mqtt_sub_callback函数。

所以在控制设备的函数中就可以得到服务器发布的消息。

如上图代码所示，将原本dht11_sample.c中的dht11_read_temp_sample从段中移除，不让该函数执行，因为现在是在main.c读取温湿度数据的。

如上图所示，将程序编译下载到开发板中后，等待和服务器建立连接后，可以从服务器的日志信息中查看到开发板发布的温湿度数据。

消息格式	含义
{“dev”:“lamp1”,“status”:“1”}	点亮LED1,后面的status改为0则熄灭它 dev有多个取值：lamp1,lamp2,lamp3
{“dev”:“fan”,“status”:“1”}	转动风扇,后面的status改为0则停止它
{“dev”:“home”,“status”:“1”}	离开了家，后面的status改为0则表示回家
{“Temperature”:28,“Humidity”:88}	上报温度、湿度

开发板和服务器进行通信的消息格式如上表所示，在服务器发布控制消息，开发板就会做出相应的操作。

如上图所示，在服务器上发布一个这样的消息，开发板上的所有LED灯都会亮，并且风扇也会开始转动，最后面本喵会上传效果图。

🏀小程序控制外设

这里本喵使用百问网的小程序和服务器来控制开发板。

如上图所示，在mqtt_sample.c文件中定义百问网的三元组，不用定义客户端ID，所以要将前面注释掉的随机ID修改回来。

在main.c中，将发布消息的主题修改为/topic/humiture，其他的不用动。

将程序编译完成后下载到开发板中，此时开发板客户端就会自动和百问网的服务器相连。

如上图所示，在微信小程序中搜索百问网嵌入式物联网，选择双架构，然后就会出现这样一个页面。

第一步让小程序连接服务器，第二部订阅/topic/humiture主题，这个主题必须和开发板发布的主题一样。

然后就可以接收到开发板发来的温湿度数据，如绿色框中的内容。

如上图，点击这几个图形化按钮就会发布相应的/topic/ctrl，该主题是开发板订阅的主题。

温湿度图标无法点击，它仅显示开发板发布的温湿度数据。

如上图所示，点击小程序中的按钮，开发板的串口助手就会接收到订阅的控制主题消息，并且做出相应的控制。

如上图，此时开发板上的灯就亮了。

🏀总结

在整个智能家居实现的过程中，本喵自己根本就没有写多少代码，尤其是驱动层的代码，就没有写过，全部用的是RT-Thread的软件包和组件。这就是RT-Thread的强大之处，它可以屏蔽底层的细节，让我们注重于上层应用的开发。

这种通过服务器来实现智能家居，不再像FreeRTOS一样小程序和开发板必须处于同一个局域网中，此时开发板和小程序可以处于任意一个局域网中。

• 开发板和小程序订阅以及发布的消息是通过服务器进行转发的。