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: 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：

4.3 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。

{

 "device_id": "62e732be3a884835598654f7_dev1",

 "secret": "12345678"

}

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。
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

4.5 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}}]}

4.6 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

#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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