串口屏4G应用--MQTT连接阿里云

一、适用范围

本文档适合大彩PM 4G系列串口屏产品使用。

二、开发环境版本

VisualTFT软件版本：V3.0.1.1133及以上的版本。

版本查看：

打开VisualTFT软件启动页面如图2-1软件版本，右上角会显示的软件版本号；
打开VisualTFT，在软件右下角可以查看软件版本图2-2软件版本。

串口屏硬件版本：M系列固件 >= V6.3.257.00。

版本查看：

查看屏幕背面版本号贴纸；
VisualTFT与屏幕联机成功后，右下角显示的版本号。

三、概述

阿里云IoT提供的一款针对生活领域的物联网平台，以解决家电设备快速智能化的问题。平台针对家电智能化的设备连接、移动端控制、设备管理、数据统计等问题，提供了一整套配置化方案，大幅减低设备-云-APP的开发成本。了解阿里云平台更多信息，详细介绍请参考阿里云官网上《关于生活物联网平台》文档。

本例程主要介绍，PW-4G系列如何用一机一密方式连接阿里云。以空调为例，对空调的温度、开关机、模式、滤网时间等参数进行数据交互。

四、参考资料

《LUA 脚本API V1.4》可通过以下链接下载物联型开发包获取:

http:/www.gz-dc.com/index.php?s=/List/index/cid/19.html

2.《LUA基础学习》可通过以下链接下载物联型开发包获取:

http:/www.gz-dc.com/index.php?s=/List/index/cid/19.html

LUA脚本初学者可以通过下面链接进行学习。

http://www.runoob.com/lua/lua-arrays.html

五、教程实现

本章节主要串口屏-阿里云-APP数据交互的配置流程，将分为以下3个阶段讲述教程DEMO是如何实现：

准备工程素材；
阿里云平台配置；
配置串口屏工程；

5.1

准备工作

5.1.1 准备工程素材

在实现例程前需要作以下3个准备：

硬件平台；
软件平台；
UI素材；

该例程使用大彩M系列7寸串口屏DC80480M070_1111_0T为验证开发平台。如图5-1所示；

串口屏4G应用--MQTT连接阿里云

温馨提示：其他尺寸的串口屏均可借鉴此教程。

5.1.2 软件平台

使用大彩自主研发的上位机软件VisualTFT配置工程，登录官网下载。如图5-2所示；

串口屏4G应用--MQTT连接阿里云

5.2

阿里云平台配置

阿里云生活物联网平台配置流程主要包括以下7个步骤：

注册账号
创建工程
创建产品
功能定义
设备调试
人机交互
批量投产

详细到配置流程，可参考大彩《WIFI-连接阿里云教程》相应阿里云平台配置章节说明，或可参考直接登录阿里云官网，文档中心查阅更多内容。

5.3

配置串口屏工程

本文主要介绍以下2点：

(1) 画面配置

(2) LUA编辑

5.3.1 准备工程素材

在画面ID0中，信号运营商、APP QR Code、APP交互变量组成。

信号运营商：图标件ID12表示信号等级、文本控件ID13表示运营商

APP QR Code：二维码控件，使用手机云智能APP（阿里云公办APP）扫码，由于是一型一密，用户扫码需要开发者分享授权。

APP 交互的变量：控件ID1~ID10用于显示、设置开/关机、滤网时间、温度、设备模式等。画面配置如图5-3所示：

注意：其他非关键控件不在一一介绍，下文不在累述

串口屏4G应用--MQTT连接阿里云

5.3.2 LUA编辑

本例程中，屏幕上电执行初始化操作，如加载4G AT 指令的库、初始化和4G模块的交互的函数、初始化4G模块、开启定时器获取运营商和信号值。

4G模块初始化完成后，提交阿里云认证，并设置mqtt相关参数、服务IP和端口等等，屏幕发出请求会话通知。一切就绪后，屏幕和云端可以进行数据交互。

串口屏4G应用--MQTT连接阿里云

初始化

调用系统函数on_init（）执行代码如程序清单 1所示：

程序清单 1初始化

--[[*********************************************************************
** Function name:  on_init
** Descriptions :  系统初始化时，执行此回调函数。
*********************************************************************--]]
function on_init()
    dofile('air724at.lua') --加载 http.lua 文件
    uart_set_baudrate3(115200) --设置与4G模块通讯的串口3的波特率为115200

    --设置4G库函数的命令发送函数，命令回调函数、调试信息打印函数
    air_set_callback(on_air_send_cb,on_air_resp_callback,on_air_log_cb)
    air_hw_int()     --4G模块初始化设置
    air_get_iccid()  –- 获取卡号
    --开启自动获取型号强度
    start_timer(timerId_Sig_Weather, 1000 , 0, 0)
end

--[[*********************************************************************
** Function name:  on_timer
** Descriptions :  定时器超时回到调函数。
** @ timer_id    :  定时器ID
*********************************************************************--]]
function on_timer(timer_id)
    on_air_timer(timer_id) --4G库函数的定时处理

    --自动获取型号强度
    if timer_id == timerId_Sig_Weather
    then
        --定时器计数，timer0_notify_cnt 每秒+1。计时长度30min
        timer0_notify_cnt = timer0_notify_cnt + 1 
        if timer0_notify_cnt%15 == 0
        then
            --每15s调用一次，更新信号值
            at_cops_csq()
        end
    end
end

--[[*********************************************************************
** Function name : at_cops_csq
** Descriptions  : 获取运营商信息、信号强度
** @return       : nil,无返回值
*********************************************************************--]]
function at_cops_csq()
    air_cmd_add('AT+COPS?','OK',1000) –获取运营商
    air_cmd_add('AT+CSQ'  ,'OK',1000) –获取信号
end

--[[*********************************************************************
** Function name:  on_air_resp_callback
** Descriptions :  4G模块-数据回调接口
** @key         :  屏幕->4G模块的发送请求
** @value       :  4G模块->返回的数据
*********************************************************************--]]
function on_air_resp_callback(key, value)  
     if value == nil
     then 
         return              --value为空时退出
     end
     ......
     if key ~= nil
     then
         return              -- key为空时退出
     end

    ......
    --***************************************************************
    --条件：    4G初始化完成
    --功能：    使用使用AT指令获取信号强度和运营商。
    --          使用 MQTT 提交三元组，阿里云认证。
    --调用函数：at_cops_csq()
    --函数功能：获取信号强度和运营商
    --调用函数：aliyun_get_iot_token()
    --函数功能：提交阿里云认证
    --********************************************************************
    if string.find(key,'+SAPBR=1,1') ~= nil and string.find(value,'OK') ~= nil 
    then
        at_cops_csq()           --获取信号强度
        aliyun_get_iot_token() –提交阿里云认证
    end
    ......
end

--[[**********************************************************************
** Function name: on_uart_recv_data3
** Descriptions : 接收串口3数据回调函数，连接4G模块。
**********************************************************************--]]
function on_uart_recv_data3(packet)
    --4G AT指令库API
    on_air_recv_data(packet)
end

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核心API函数

dofile (filename)

加载文件：本例程中加载4G AT 指令的库

filename ：文件名

uart_set_baudrate3(speed)

设置串口3的波特率：串口3为屏幕和4G模块通讯的串口

speed ：通讯的波特率

on_air_recv_data(packet)

串口接收4G模块的返回数据的回调。

packet ：形参为表，字节数据。

air_set_callback (on_air_send_cb,on_air_resp_callback,on_air_log_cb)

设置4G库函数的回调。形参类型为函数，参数依次为命令发送函数，命令回调函数、调试信息打印函数，可自定义函数名。

on_air_send_cb ：屏幕向4G模块发送回调函数

on_air_resp_callback ：4G向屏幕返回数据回调函数

on_air_log_cb ：用户调试信息回调函数调试

at_cops_csq()

自定义封装函数，获取运行商和信号值
air_cmd_add(sendstr,ackstr,timeout,retry,callback)

屏幕向4G模块发送AT指令

sendstr ：屏幕向4G模块发送AT指令

ackstr ：4G模块应答屏幕的请求

timeou ：应道超时时间

retry ：超时重发次数，可选

callback ：应答回调函数，可选

注：如果没有设置超时重发次数，则超时时直接发送队列中的下一条指令。

on_air_resp_callback(key, value)

4G应答屏幕回调函数：屏幕发送AT指令，4G应答后均会回调该函数，本函数如air_set_callback(on_air_send_cb,on_air_resp_callback,on_air_log_cb)函数设置。

key ：屏幕->4G模块，发送请求的AT指令

value ：4G模块->屏幕，返回的数据

相关AT指令：

本例程中，初始化部分在on_air_resp_callback(key, value)回调函数中，需要判断4G收发的相关AT指令，如下所示：

获取运营商：

屏幕发送：AT+COPS?

屏幕接收：OK
获取信号值AT：

屏幕发送：AT+CSQ

屏幕接收：OK
网络数据是否激活：

屏幕发送：AT+SAPBR=1,1

屏幕接收：OK

提交阿里云认证

当4G初始化完成后，提交阿里云认证（三元组），代码如程序清单 2所示：

程序清单 2初始化

--出厂工程测试使用的阿里云服务器的登录id和三元组
local clientId      = '862991419835242'             --无限制
local productKey    = 'a1D2E9vaSuZ'                 --三元组的 productKey
local deviceName    = 'tuOVqg3nrVZnR2oMWwev'        --三元组的 deviceName
local deviceSecret = '36c51acc5e3a7e410fe55831fd5e899d'         --三元组的 deviceSecret 
--[[**********************************************************************
** Function name: aliyun_get_iot_token
** Descriptions : 连接Aliyun
** return         : nil,无返回值
**********************************************************************--]]
function aliyun_get_iot_token() 
    local msg  = 'clientId'..clientId..
                 'deviceName'..deviceName..
                 'productKey'..productKey
    local sign = md5_hmac(msg,deviceSecret)   --计算哈希值
    local http_data = 'productKey='..productKey..
                      '&sign='..sign..
                      '&clientId='..clientId..
                      '&deviceName='..deviceName
    --提交Aliyun认证
    air_http_post(
            'https://iot-auth.cn-shanghai.aliyuncs.com/auth/devicename',
            'application/x-www-form-urlencoded',
            http_data,
            on_aliyun_get_iot_token_cb
            )

    --设置二维码
    qrstring = 
        'https://g.aliplus.com/ilop/static/download/ilopdownload.html?
         locale=zh-CN&pk='..productKey..'&dn='..deviceName
    set_text( screen_ac_control, 11, qrstring)
end

--[[*********************************************************************
** Function name:  on_aliyun_get_iot_token_cb
** Descriptions :  Aliyun认证回调函数
**                    成功时发送命令 AT+MCONFIG 和 AT+SSLMIPSTART
*********************************************************************--]]
function on_aliyun_get_iot_token_cb(key, value) 
    if key=='data' then
        local jsondata = cjson.decode(table2str(value)) --json解码
        if jsondata ~= nil and jsondata['code'] == 200
        then
            iotId = jsondata['data']['iotId']
            iotToken = jsondata['data']['iotToken']

            mqtt_config(clientId,iotId,iotToken)
            mqtt_tcp_start(
                productKey .. '.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com',
                1883,
                True )
        end
    end
end

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核心API函数

aliyun_get_iot_token()

提交阿里云认证（三元组）和设置二维码。
air_http_post (url,content_type,post_data,callback)

HTTP POST操作，例程中次数用于提交阿里云认证（三元组）。

url：网页URL

content_type：自定义，参数值

post_data：写数据

callback：4G数据回调函数

on_aliyun_get_iot_token_cb(key, value)

Aliyun认证回调函数，当云端反馈正常认证后，调用系统4G AT 指令的库

的mqtt_config（）设置MTQQ参数、mqtt_tcp_start（）设置服务器IP和端口。

key：云端恢复的类型

Value:云端恢复的数据

设置云端IP和端口

当云端认证成功和设置mqtt相关参数后，调用mqtt_config() 、mqtt_tcp_start() 设置云端IP和端口，调用mqtt_connect() 与服务器建立会话连接，代码如程序清单 3所示：

程序清单 3 设置云端IP和端口

--[[*********************************************************************
** Function name:  on_aliyun_get_iot_token_cb
** Descriptions :  Aliyun认证回调函数
**                 成功时发送命令 AT+MCONFIG 和 AT+SSLMIPSTART
*********************************************************************--]]
function on_aliyun_get_iot_token_cb(key, value)
    ......
    mqtt_config(clientId,iotId,iotToken)
    mqtt_tcp_start(productKey ..
                 '.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com', 1883, true)
    ......
end

--[[*********************************************************************
** Function name:  on_air_resp_callback
** Descriptions :  4G模块-数据回调接口
** @key          :  屏幕->4G模块的发送请求
** @value        :  4G模块->返回的数据
*********************************************************************--]]
function on_air_resp_callback(key, value)  

    my_print('on_air_resp_callback()')
    ......
    --****************************************************************
    --条件：    连接Aliyun，AT+SSLMIPSTART 成功
    --功能：    发送AT+MCONNECT=...
    --********************************************************************
    if string.find(key, '+SSLMIPSTART') ~= nil and 
       string.find(value, 'CONNECT OK') ~= nil
    then
        my_print('mqtt_connect(1,600)')
        mqtt_connect(1,600)
    end
end

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核心API函数

mqtt_config(clientid,username,password,will_qos,will_retain,will_topic,will_message)

设置 MQTT 相关参数，本例程，只需要填写客户身份、登陆服务器的用户名以及密码，其中这三个参数是有阿里云认证反馈回来的。

status：客户身份

username：登录服务器的用户名

password：登录服务器的密码

will_qos：将要发送的信息的服务质量

will_retain：保留标志

will_topic：将要发送的消息的话题

will_message：将要发送的消息内容

mqtt_tcp_start(srvaddr,port,ssl)

设置服务器的IP、端口

srvad：服务器 IP 地址或 DNS 地址

port：服务器端口

ssl：设置为 true 时，使用SSL链接

mqtt_connect()

客户端向服务器请求会话连接

clean_session：会话状态

keepalive ：保持时间

当屏幕向云端发送设置服务器IP、端口请求的时候，云端回应数据，触发回调函数on_air_resp_callback(key, value)，应答‘CONNECT OK’后，发起请求连接mqtt_connect(1,600)

发起连接请求

当客户端向服务器请求会话连接成功后，客户端对服务器订阅主题，代码如程序清单 4所示：

程序清单 4 发起连接请求

--[[*********************************************************************
** Function name:  on_air_resp_callback
** Descriptions :  4G模块-数据回调接口
** @key           :  屏幕->4G模块的发送请求
** @value        :  4G模块->返回的数据
*********************************************************************--]]
function on_air_resp_callback(key, value)  
    ......
    --********************************************************************
    --条件：     接收 Aliyun 发布消息
    --功能：     在 cloud_on_property_set(payload) 中对消息进行处理。
    --调用函数：cloud_on_property_set(payload)
    --*******************************************************************
    if string.find(key, '+MCONNECT') ~= nil 
        and string.find(value,'CONNACK OK')~=nil
   then
        mqtt_sub(
            '/sys/'..productKey..'/'..deviceName..'/thing/service/property/set',
            0 ) 
        mqtt_sub_bit = 'sub_OK'
    end
end

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核心API函数

mqtt_sub(topic,qos)

本命令从客户端到服务器，用于一个或多个订阅主题，当向服务器请求

topic：应用程序消息的主题

qos：申请消息的服务质量

接收云端信息

当用户手机APP设置数据的时候，云端自动将数据下发给屏幕，代码如程序清单 5所示：

程序清单 5 接收云端数据

--[[*********************************************************************
** Function name:  on_air_resp_callback
** Descriptions :  4G模块-数据回调接口
** @key           :  屏幕->4G模块的发送请求
** @value         :  4G模块->返回的数据
*********************************************************************--]]
function on_air_resp_callback(key, value)  
    if value == nil
    then 
        return              --value为空时退出
    end

if key == nil
then
        return
end

    --********************************************************************
    --条件：     接收 Aliyun 发布消息
    --功能：     在 cloud_on_property_set(payload) 中对消息进行处理。
    --调用函数：cloud_on_property_set(payload)
    --********************************************************************
    if string.find(value,'+MSUB') ~= nil and key == nil
    then
        local index = string.find(value,'{')

        my_print('index: '..index)

        if index ~= nil
        then
            local payload = string.sub(value, index,-1)
            if payload ~= nil 
            then
                cloud_on_property_set(payload)
            end
        end
    end
end

--[[*********************************************************************
** Function name:  cloud_on_property_set
** Descriptions :  接收云端数据
** @payload      :  数据字符串，Json格式
*********************************************************************--]]
function cloud_on_property_set(payload)
    my_print('cloud_on_property_set')

    --payload = string.gsub(payload,'22','"');

    local data = cjson.decode(payload) --解析JSON数据

    if data == nil 
    then 
        return 
    end

    if data['params'] == nil 
    then 
        return 
    end

    --开关机按钮
    local powerstate = tonumber(data['params']['powerstate'])
    if powerstate ~= nil
    then 
        set_value(screen_ac_control,1,powerstate)
    end

    --滤网时间进度条
    local filter_time = tonumber(data['params']['filter_time'])
    if filter_time ~= nil
    then 
        set_value(screen_ac_control,3,filter_time)
    end

    --温度文本
    local targetTemperature = tonumber(data['params']['targetTemperature'])
    if targetTemperature ~= nil
    then 
        set_value(screen_ac_control,4,targetTemperature)
    end

    --模式选择控件
    local mode = tonumber(data['params']['mode'])
    if mode ~= nil
    then 
        set_text(screen_ac_control,8,my_resp_mode[mode])
    end
end

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核心API函数

cloud_on_property_set(payload)

接收云端的数据

payload：Json格式的字符串

本例程中，假设用户通过APP设置设备的模式，下发Json格式的字符串，数据原型如下所示：

+MSUB:"/sys/a1D2E9vaSuZ/PlYPGnoYWeUJujy0li2a/thing/service/property/set",95

byte,{“method”:“thing.service.property.set”,“id”:“2032042748”,“params”:{“mode”:3},“version”:“1.0.0”}

通过Json库函数cjson.decode(payload)解压数据，则data[‘params’][‘mode’] 为模式的值，在将值设置到对应的滑动选择控件上：

set_text(screen_ac_control,8,my_resp_mode[mode])

发送云端信息

当用户触碰控件修改值时候，屏幕会自动将数据打包成Json格式发给云端，代码如程序清单 6所示。

程序清单 6 发送数据到云端

local params = {}
local property = {}
local post_id = 1               --屏发布的消息次数ID
--[[*********************************************************************
** Function name:  aliyun_pub
** Descriptions :  屏发布消息时，此函数处理消息内容，并发送
** @screen      : aliyun 画面ID
** @control     : 控件ID
** @value       : 控件值
** @return      : nil,无返回值
*********************************************************************--]]
function aliyun_pub(screen, control, value) 
    params   = nil
    property = nil
    params   = {} 
    property = {}
    property['method'] = 'thing.event.property.post'
    property['id'] = ''..post_id
    property['version'] = '1.0'
    post_id = post_id + 1

    if screen == screen_ac_control
    then
        --按下开关按钮
        if control == 1
        then
            local PowerSwitchName = 'powerstate'
            params[PowerSwitchName] = value --在表写入按钮数值
            property['params'] = params
            local jsonStr = cjson.encode(property)
            --发布消息
            mqtt_pub(
'/sys/'..productKey..'/'..deviceName..'/thing/event/property/post',
            0,
            0,
            jsonStr
            )
        end 
    end 
    if screen == screen_ac_control
    then
        --按下滑块
        if control == 3
        then
            local PowerSwitchName = 'filter_time'
            params[PowerSwitchName] = value --在表写入滑块数值
            property['params'] = params
            local jsonStr = cjson.encode(property)
            --发布消息
            mqtt_pub(
'/sys/'..productKey..'/'..deviceName..'/thing/event/property/post',
            0,
            0,
            jsonStr
            )
        end 
    end 

    if screen == screen_ac_control
    then
        --按下温度设置按钮，温度减
        if control == 6 and value == 1
        then
            temp_value = tonumber(get_text(screen_ac_control,4))
            temp_value = temp_value-1
            if temp_value<16 then
                temp_value = 16
            end
            set_text(screen_ac_control,4,temp_value)

        --按下温度设置按钮，温度加
        elseif control == 7 and value == 1
        then
            temp_value = tonumber(get_text(screen_ac_control,4))
            temp_value = temp_value+1
            if temp_value>32 then
                temp_value = 32
            end
            set_text(screen_ac_control,4,temp_value)
        end
        local PowerSwitchName = 'targetTemperature'
        params[PowerSwitchName] = temp_value --在表写入温度数值
        property['params'] = params     
        local jsonStr = cjson.encode(property)
        --发布消息
        mqtt_pub(
'/sys/'..productKey..'/'..deviceName..'/thing/event/property/post',
        0,
        0,
        jsonStr
        )

    end 

    if screen == screen_ac_control
    then
        if control == 10
        then
            local PowerSwitchName = 'mode'
            params[PowerSwitchName] = value
            property['params'] = params     
            local jsonStr = cjson.encode(property)    
            mqtt_pub(
'/sys/'..productKey..'/'..deviceName..'/thing/event/property/post',
            0,
            0,
            jsonStr
            )
        end 
    end 
end


--[[**********************************************************************
** Function name : on_control_notify
** Descriptions  : 系统回调函数，用户通过触摸修改控件后，执行此回调函数。
**                 点击按钮控件，修改文本控件、修改滑动条都会触发此事件。
** @return       : nil,无返回值
**********************************************************************--]]
function on_control_notify(screen,control,value)

    --********************************************************************
    --位置：    空调控制器
    --********************************************************************
    if screen == screen_ac_control 
    then
        if control == 1 or 
           control == 3 or
           control == 6 or
           control == 7 or 
           control == 10
        then
            --屏发布消息
            aliyun_pub(screen,control,value)
        end
    end
end

▲下滑查看

核心API函数

mqtt_pub (topic,qos,retain,message)

发送数据到云端，传送应用消息

topic ：应用程序消息的主题

qos ：申请消息的服务质量

retain ：保留标志

message：消息内容

本例程中，假设用户修改模式，则将数据Json格式上传到云端，，数据原型如下所示：

AT+MPUB="/sys/a1D2E9vaSuZ/PlYPGnoYWeUJujy0li2a/thing/event/property/post",0,0,"{22version22:221.022,22params22:{22mode22:0,22targetTemperature22:27},22id22:226122,22method22:22thing.event.property.post22}"

通过Json库函数jsonStr = cjson.encode(payload)打包成Json格式的数据，则jsonStr为上传的数据。

5.4

下载工程

工程编译成功后在输出窗口会提示编译成功，如图5-4所示。编译成功后点击菜单栏中【工具】→【量产向导】，如图5-5所示；

串口屏4G应用--MQTT连接阿里云

在菜单栏中，文件→打开工程目录，在‘dciot_build’目录的‘private’文件夹拷贝到SD卡中，如图5-6和图5-7所示；把SD卡接上串口屏后重新上电，等到提示烧录工程成功后，拔掉SD卡重新上电即可。

串口屏4G应用--MQTT连接阿里云