[案例教程]【NB-IoT 物联网开发板ESP32 TinkerNode】智能家居

Hello，大家好。本次项目将会使用Esp32的板载LED灯，在阿里云平台上，借助阿里云的IoT Studio WEB可视化开发功能，搭建一个远程控制灯的开关以及亮度的系统，这也是智能家居系统中一个典型的远程开关控制场景。
项目的主要目的：
①初步了解阿里云平台的使用方法
②了解Esp32 & TinkerNode开发板的功能，熟悉使用过程。

视频教程

为了方便大家的学习，除了文字教程外，我们还制作了视频教程供大家参阅。

元件清单

FireBeetle 萤火虫 ESP32微控制器 X 1
ESP32扩展板 X 1
TinkerNode物联网开发板 X 1（可选）

如果你是第一次使用ESP32，请先参照ESP32的官方wiki进行环境配置 :ESP32官方wiki

1. 阿里云IoT注册与产品创建

本次项目选择的是阿里云IoT作为项目的云平台，所以需要大家注册一个阿里云IoT平台的账号，并跟随接下来的教程，熟悉阿里云IoT平台的使用方法。

注册新用户

首先，打开阿里云IoT的首页 https://iot.aliyun.com/ 。点击右上角的免费注册，创建一个阿里云IoT的账号。

开通物联网平台

登录阿里云平台，点击右上角的工作台，即可进入阿里云控制台首页。
在左上角的工具栏中，选择产品，在列表中找到物联网IoT，点击进入物联网应用开发。
注意：如果是第一次使用物联网应用开发，需要开通物联网应用开发的服务，这个服务在数据量不多或者不进行商用时是免费的。

阿里云平台管理体系

在开始制作项目之前，我们需要先来了解一下阿里云IoT平台中的设备管理体系，如下图所示。

在阿里云的物联网平台中，有项目、产品和设备三种概念，它们是一种从属关系。在物联网iot中可以创建多个项目；一个物联网项目可以包含多个产品；一个物联网产品也可以包含多个设备。在这其中，每一个项目、产品以及设备，都有自己独立的管理界面，方便我们进行调试和数据的查询。另外，需要注意的一点是，在阿里云IoT平台中，同一个设备可以从属于多个不同的产品，同一个产品也可以从属于多个不同的项目，这一点在我们进行多项目开发时，是十分便利的。
了解完阿里云平台的体系之后，接下来我们就可以开始项目的制作了。

新建项目

在物联网平台的页面左侧，选择IoT Studio -> 项目管理，点击新建项目，新建一个空白项目，如下图所示。

项目的名称，我们可以填写“智能家居”，如下图所示。

创建完成后，我们会进入“智能家居”项目的管理页面，如下图所示。

此时，我们就已经创建好了项目，接下来我们需要为这个项目添加产品和设备。

新建产品

在项目管理页面左侧的功能栏点击产品，在弹出的产品页面中选择创建产品，如下图所示。

产品的名称填写“物联网灯控”，所属品类选择“自定义品类”，其他选项默认，如下图所示。

完成后点击保存，此时我们已经在“智能家居”项目下创建了一个名为“物联网灯控”的新产品，如下图所示。

功能定义

接下来，我们需要对产品进行功能定义，这一步也叫作定义产品的“物模型”，物模型创建的过程就是通过协议描述产品的功能，定义产品有几组传感器数据，有什么控制功能，数据的类型是什么。
在产品页面，点击“物联网灯控”产品后的查看，如下图所示。

选择功能定义 -> 自定义功能 -> 添加自定义功能 ，如下图所示。

由于本次项目需要实现的目标是，通过云平台实现LED灯的开关，所以我们需要创建一个数据类型为bool类型的自定义功能（物模型）。
Ps：bool（布尔型）式编程语言的一种变量类型，布尔型变量的值只有两个，False（假）和True（真），即0和1。
所以在创建自定义功能时，我们的功能名称填写“灯工作状态”，标识符填写“LightStatus”，数据类型选择“bool（布尔型）”，布尔值0为关灯，1为开灯，读写类型选“读写”，如下图所示。

创建完成后，效果如下图所示。点击发布上线。

新增设备

完成了产品的功能定义之后，我们需要为“物联网灯控”产品，建立一个设备，这样我们就要可以将Esp32 开发板连接到阿里云平台了。
在项目管理页面左侧的功能栏点击设备，在弹出的设备页面中选择添加设备，如下图所示。

在弹出的窗口中，产品选择“物联网灯控”，添加方式选择自动生成，设备数量填写1，如下图所示。

到此，我们已经在阿里云平台上创建好了项目、产品和设备。

2. 代码调试

右击Arduino IDE图标，打开文件所在位置，点击libraries文件夹，下载并解压文末的库压缩包，把四个库文件夹复制到libraries文件夹下。重启Arduino IDE软件就可成功加载库环境。

在Arduino IDE中，点击文件->示例->DFRobot_IoT->Bedroom_Light，如下图所示。

在样例中，我们需要进行修改的有以下四个部分：
① WiFi名称和密码的设置
将当前设备所连接的WiFi名称和密码，填写在代码中的WIFI_SSID、WIFI_PASSWORD变量值的双引号内，即下列代码所示：

/*Set WIFI name and password*/
const char* WIFI_SSID       = "YOUR_WIFI_SSID";
const char* WIFI_PASSWORD   = "YOUR_WIFI_PASSWORD";复制代码

② 产品标识符设置
是用户在配置产品功能的过程中，自行设置的用以标识产品的名称或符号。
进入智能家居项目，在做左侧导航栏选择产品，在产品列表中找到名为智能灯光的产品，点击查看，复制我们刚刚设置的产品标识符，如下图所示：

将该产品的产品标识符复制到代码中的Identifier变量值的双引号内，即下列代码所示：

/*Product identifier that needs to be operated*/
String Identifier = "Your_Identifier";
复制代码

③ 设备证书信息设置
设备证书信息，包含阿里云IoT平台分配的ProductKey、DeviceSecret，以及DeviceName。
进入智能家居项目，在做左侧导航栏选择设备，在设备列表中找到刚刚创建的设备，点击查看，可以从设备管理页面查看该设备的设备证书信息，如下图所示：

将该设备的设备证书信息分别复制粘贴到代码中ProductKey、DeviceName、DeviceSecret变量值的双引号内，ClientId可设置任意参数，即下列代码所示：

/*Configure device certificate information*/
String ProductKey = "Your_Product_Key";
String ClientId = "12345";/*Custom id*/
String DeviceName = "Your_Device_Name";
String DeviceSecret = "Your_Device_Secret";复制代码

④ 发布和订阅Topic设置
是用户完成设备配置后，在阿里云IoT平台上进行发布和订阅所需要的Topic信息。
可以从设备的物模型Topic列表中查看设备发布和订阅的Topic信息，如下图所示：

将发布和订阅的Topic信息填写在代码中对应位置，如下列代码所示：

/*TOPIC that need to be published and subscribed*/
const char * subTopic = "Your_sub_Topic";//****/set
const char * pubTopic = "Your_pub_Topic";//******/post复制代码

至此，Arduino程序已经修改完成了，可以将代码上传至Esp32 开发板。
代码上传完成后，打开Arduino串口监视器，波特率设置为115200，可以看到WiFi和MQTT分别连接成功，如下图所示：

MQTT连接完成后，可以在设备管理界面看到设备显示在线，如下图所示：

至此，我们可以在阿里云IoT平台上对该设备进行在线调试。

在线调试

在设备管理界面选择在线调试，在调试设备栏选择调试真实设备，功能选择为“灯工作状态（LightStatus）”，方法选择为“设置”。在代码框中通过修改LightStatus的值为1，并点击发送指令，即可以实现控制Esp32板载LED开关的功能，如下图所示：

同时我们可以在Arduino IDE的串口监视器中看到TinkerNode收到阿里云iot平台发送的调试信息，如下图所示：

同时可以看到TinkerNode板载LED，随着LightStatus状态标识符的改变而变化。

至此，我们已经建立了Esp32与云平台的连接，并且可以通过云平台控制Esp32开发板上LED的开关状态。

3. IoT Studio Web可视化页面开发

在阿里云平台中，可以进行Web可视化页面的开发，这也是IoT Studio的核心功能，我们可以通过Web可视化页面开发，开发个性化的设备控制页面。接下来，就让我们为刚刚制作的智能家居项目，创建一个Web可视化页面吧！

在智能家居的项目管理页面，在左侧的功能菜单栏选择主页，在项目开发中选择Web应用，点击新建，如下图所示。

在弹出的窗口中，可以给新建的Web应用命名，这里我们命名为“智能家居控制页面”，如下图所示。

点击确认后，进入Web可视化开发的页面，我们可以看到，上方是基础的菜单栏，左侧为功能区，中间是可视化开发的画布，右侧是属性配置区，如下图所示。

在左侧的菜单栏，选择组件，如下图所示。

选择组件后，我们可以看到出现很多功能各异的组件，有指示灯、开关、按钮、仪表盘、时钟等，在这里阿里云还专门区分出了基础和工业组件，以及更细化的变配电组件。而工业组件相比基础组件，带有了更丰富的显示功能。如果是对工业场景有一定了解的朋友，这时候应该已经大概了解了可视化页面的功能，他与PLC中的组态是十分类似的。
Ps：如果有兴趣的话，可以点击查看组态的概念。在这次的项目中，我们需要用到开关和指示灯两个组件，通过开关控制LED灯的状态，并通过指示灯显示出来。
将开关和指示灯两个组件从左侧的组件栏拖到中间的画布中，如下图所示。

点击指示灯组件，在右侧的配置栏点击配置数据源，如下图所示。

选择我们创建的“物联网灯控”产品，点击确定，如下图所示。

在设备的选项中，选择指定设备，在弹出的窗口中选择我们刚刚创建的设备，点击确定，如下图所示。

在属性选项，点击选择属性，在弹出的窗口中选择我们在产品中定义的功能（物模型）“灯工作状态”，点击确定，如下图所示。

此时我们可以点击验证数据格式，如果配置正确，系统会提示数据格式验证成功，如下图所示。

最后点击确定，完成指示灯的数据源配置。
此时我们可以在右侧的配置栏看到“已配置数据源”的提示，并且我们可以修改指示灯的展示样式，可以是颜色或者图片，这里我们选择颜色。同时，我们可以在配置栏中自行配置开关灯时，指示灯的颜色，这里我们使用默认的颜色，大家可以根据自己的习惯修改。
到此我们已经完成了指示灯的相关配置。
接下来我们要进行开关的配置，同样的点击开关组件，在右侧的配置栏点击配置数据源，执行与配置指示灯相同的操作，如下图所示。

全部完成后点击确认，完成开关组件的配置。
Ps: 开关组件也可以自行配置颜色。
至此，我们已经完成了可视化页面的开发。我们点击右上角菜单栏的预览按钮，就可以预览我们制作的可视化页面功能，进行功能调试。点击预览页面中的开关，就可以看到Esp32 主控板上的LED和页面中的指示灯先后亮起。调试完成后，回到Web可视化开发界面，点击右上角菜单栏中的发布，如下图所示。

发布后，我们回到IoT Studio的主页，此时我们可以看到页面中多了一个名为“智能家居控制页面”的Web应用，并且发布状态已经变为“已发布”，此时我们可以点击右侧的发布地址，既可以进入该Web控制页面。

Esp32开发板上的LED灯了，最终发布页面的效果如下图所示。

另外，阿里云中也可以自行添加图片背景，大家可以自行尝试。

本项目同样适用于TinkerNode，请先参照TinkerNode的官方wiki进行环境配置:TinkerNode官方wiki，然后烧录TinkerNode版本代码。

老师您好！想问下您程序上传后串口监视器一直输出这个信息Recevice [/ext/error/a1jMWCbieSf/asGW8xB9ovLIN0zJh4Jw] {"code":520,"data":{"topic":"/sys/a1jMWCbieSf/${deviceName}/thing/event/property/post","productKey":"a1jMWCbieSf","deviceName":"${deviceName}"},"id":"123456","message":"no active session for a1jMWCbieSf&${deviceName}"}是怎么回事儿啊

aliteamer 发表于 2022-6-22 18:22
老师您好！想问下您程序上传后串口监视器一直输出这个信息Recevice [/ext/error/a1jMWCbieSf/asGW8xB9ovLIN ...

改一下topic.把${deviceName}改成DeviceName

String DeviceName = "led11";

/*需要上报和订阅的两个TOPIC*/
const char * subTopic = "/sys/a1UfuGOV44D/led11/thing/service/property/set";//****set
const char * pubTopic = "/sys/a1UfuGOV44D/led11/thing/event/property/post";//******post

哪里下载库文件呢？

keepreal 发表于 2022-8-9 17:04
哪里下载库文件呢？

加载板卡就行

教程写的很好，然而，随着阿里云的更新以及一些库文件的更新，此教程使用上出现了一些困难的地方。
首先，阿里云已将物联网应用开发移除产品首页，需要进入物联网网站方可寻找到，如附件截图所示。
其次，ArduinoJson库需要更新，默认ide版本为ArduinoJson5，需要升级到ArduinoJson6方可正常使用，希望能补充在教程内。
感谢修正

DFSyBM3-i4u 发表于 2022-8-4 11:25
改一下topic.把${deviceName}改成DeviceName

String DeviceName = "led11";

好的好的，谢谢您！就是现在阿里云studio不能免费用了，您有推荐免费的或者便宜一点的IoT平台嘛

aliteamer 发表于 2023-9-6 15:21
好的好的，谢谢您！就是现在阿里云studio不能免费用了，您有推荐免费的或者便宜一点的IoT平台嘛 ...

easyiot网址：https://iot.dfrobot.com/