前言
這個(gè)是學(xué)校的SRP項(xiàng)目。去年12月做了大概3周。
直接摘個(gè)人總結(jié)報(bào)告如下：
在本次“學(xué)生研究計(jì)劃”項(xiàng)目，研究課題是“基于JAVA的智能家居公眾號(hào)”。根據(jù)課題要求之一：以微信作為媒介，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。為確定系統(tǒng)總體架構(gòu)，我先是尋找到了微信硬件平臺(tái)，并閱讀其開(kāi)發(fā)文檔中介紹的三種方案，經(jīng)過(guò)初步了解和后來(lái)的實(shí)際嘗試，最終確定應(yīng)該使用設(shè)備商云連接硬件云平臺(tái)的方案。在設(shè)備端方面，我尋找到一種性價(jià)比高的wifi開(kāi)發(fā)模塊ESP8266，并了解到了樂(lè)鑫官網(wǎng)和安信可官網(wǎng)，找到了NONOS-SDK，并在微信硬件云平臺(tái)找到相應(yīng)airkiss靜態(tài)庫(kù)，接觸到airkiss是微信關(guān)于物理網(wǎng)一鍵配置smartconfig技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)。剛開(kāi)始先嘗試微信硬件平臺(tái)直連云方案，成功在ESP8266上運(yùn)行與微信硬件云直接通信的代碼系統(tǒng)。
接著尋找設(shè)備商云端的實(shí)現(xiàn)方案，發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議當(dāng)前比較流行的有MQTT協(xié)議、COAP協(xié)議、uIP協(xié)議、google Weave協(xié)議等，經(jīng)過(guò)一番摸索比較，最終選用了輕量級(jí)的MQTT協(xié)議，適用于低帶寬、低功耗等設(shè)備條件環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了異步通信消息隊(duì)列，支持多層服務(wù)質(zhì)量Qos，還有基于topic主題的消息過(guò)濾認(rèn)證機(jī)制等特色。又摸索了解到不少開(kāi)源MQTT代理服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)，如Mosquito、rabbitmq mqtt、EMQ等，出于開(kāi)源性、成熟性、可擴(kuò)展性等方面的考慮，選用EMQ作為MQTT代理，并在本地嘗試運(yùn)行測(cè)試成功。
由于采用了MQTT作為物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，而現(xiàn)有微信硬件平臺(tái)與設(shè)備商云端的通信依然是基于HTTP的方式，這就需要我們?cè)谠O(shè)備商云端實(shí)現(xiàn)一個(gè)web應(yīng)用服務(wù)，支持接收微信硬件平臺(tái)消息并轉(zhuǎn)化為MQTT消息再發(fā)布到MQTT代理服務(wù)器上，并支持將訂閱到的MQTT消息轉(zhuǎn)化為HTTP消息發(fā)送回微信硬件云平臺(tái)。于是學(xué)習(xí)了比較流行的SpingMVC開(kāi)發(fā)框架和tomcat容器，并使用智能的IntelliJ IDEA開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行代碼開(kāi)發(fā)部署和調(diào)試。
再學(xué)習(xí)微信公眾號(hào)開(kāi)發(fā)的接入方法，找到了github上的基于SpringMVC的Java-mp-demo項(xiàng)目，和eclipse的paho系列開(kāi)源java項(xiàng)目中的MQTT客戶端實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目，該項(xiàng)目未實(shí)現(xiàn)硬件平臺(tái)相關(guān)的處理接口，于是在該項(xiàng)目基礎(chǔ)上增加實(shí)現(xiàn)了微信到MQTT代理的中轉(zhuǎn)服務(wù)。期間開(kāi)發(fā)調(diào)試遇到各種問(wèn)題，如配置servlet、bean、convertor等相關(guān)的坑。剛開(kāi)始使用的是遠(yuǎn)程部署到阿里云服務(wù)器，在線調(diào)試的方式，發(fā)現(xiàn)log打印只能在遠(yuǎn)程服務(wù)器上查看太麻煩，于是找到ngrok技術(shù)，一種將對(duì)域名訪問(wèn)請(qǐng)求代理轉(zhuǎn)發(fā)到自己本地電腦端口上再交由本地web服務(wù)處理的內(nèi)網(wǎng)穿透映射的服務(wù)。這樣在本地就能方便直接調(diào)試和查看log信息。
MQTT代理用的EMQ，其開(kāi)發(fā)文檔中有關(guān)與ACL訪問(wèn)控制的介紹，根據(jù)其原理，我設(shè)計(jì)了一套MQTT主題ACL訪問(wèn)控制機(jī)制，遠(yuǎn)期擴(kuò)展還可開(kāi)啟EMQ的auth-mysql插件，實(shí)現(xiàn)更安全的用戶系統(tǒng)。
在設(shè)備端移植了微信硬件云平臺(tái)的直連云方案的DEMO代碼，并移植了MQTT底層實(shí)現(xiàn)庫(kù)。
架構(gòu)圖
如圖所示，本項(xiàng)目主要分為微信客戶端、微信硬件云、設(shè)備商云、設(shè)備端四大部分。為實(shí)現(xiàn)以微信為媒介遠(yuǎn)程控制智能設(shè)備，本項(xiàng)目采用微信硬件平臺(tái)的“設(shè)備商云連接微信硬件云接入流程”方案，在微信硬件云與設(shè)備端兩者通信間加入一層設(shè)備商云，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)。其中微信綁定設(shè)備的操作使用微信硬件平臺(tái)的Airkiss協(xié)議，實(shí)現(xiàn)設(shè)備端在無(wú)需自啟AP熱點(diǎn)的硬件條件下獲取微信客戶端傳遞的WIFI設(shè)置信息從而聯(lián)網(wǎng)綁定。而設(shè)備商云與設(shè)備商的通信采用MQTT物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議方案，設(shè)備商云上使用MQTT代理服務(wù)器EMQ，并實(shí)現(xiàn)基于SpringMVC架構(gòu)的IoT云服務(wù)器端的中轉(zhuǎn)和處理服務(wù)，負(fù)責(zé)將從微信硬件云接收到的HTTP消息轉(zhuǎn)化成MQTT消息并發(fā)布到EMQ上，并負(fù)責(zé)訂閱相關(guān)主題，接收來(lái)自設(shè)備端發(fā)布上EMQ的異步消息并通過(guò)微信硬件云HTTP API接口上傳給微信硬件云，由微信硬件云負(fù)責(zé)與微信客戶端的通信。本方案使用的MQTT代理，亦可實(shí)現(xiàn)微信客戶端上基于微信JDK的H5頁(yè)面實(shí)現(xiàn)的自定義面板，直接與EMQ進(jìn)行通信。
設(shè)備商云服務(wù)端設(shè)計(jì)
最主要是MQTT EMQ和微信公眾號(hào)服務(wù)兩部分。如下：
MQTT EMQ配置：
MQTT代理服務(wù)器EMQ的配置
（1）在EMQ軟件目錄下的etc/plugins/emq_auth_username.conf文件中，配置如下：
auth.user.1.username = device
auth.user.1.password = password
auth.user.2.username = server
auth.user.2.password = password
（2）在dashboard控制臺(tái)網(wǎng)頁(yè)上，開(kāi)啟auth-username認(rèn)證插件。
（3）在EMQ軟件目錄下的etc/acl.conf中，設(shè)計(jì)如下ACL訪問(wèn)控制配置：
{allow, {user, "server"}, publish, ["server/bind/+","server/unbind/+","server/get/+","server/set/+"]}.
{allow, {user, "device"}, subscribe, ["server/bind/%c","server/unbind/%c","server/get/%c","server/set/%c"]}.
{allow, {user, "device"}, publish, ["device/%c/ack/bind","device/%c/ack/unbind","device/%c/ack/get","device/%c/ack/set","device/%c/notify"]}.
{allow, {user, "server"}, subscribe, ["device/+/#"]}.
{deny, all, subscribe, ["$SYS/#", {eq, "#"}]}.
{deny, all}.
設(shè)備商云端微信公眾號(hào)web服務(wù)
具體圖
本設(shè)備商云端微信公眾號(hào)web服務(wù)項(xiàng)目底層使用springMVC框架+tomcat容器，并基于開(kāi)源的java-mp-demo微信公眾號(hào)項(xiàng)目進(jìn)行擴(kuò)展開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)的代碼頂層包名為com.srpgroup.iot，分為6個(gè)模塊： 其中mqtt.config包為初始配置文件模塊、service包為服務(wù)模塊（包含微信硬件云到Mqtt的中轉(zhuǎn)服務(wù)Wx2MqttService和微信硬件云API接口服務(wù)WxIotDeviceService）、wx.bean包為微信硬件云API接口的數(shù)據(jù)模型，wx.controller為微信硬件平臺(tái)通信入口，wx.handler包下為publisher包和subscriber包，分別處理來(lái)自微信硬件云和設(shè)備端的消息。
設(shè)備端設(shè)計(jì)代碼框架圖
如代碼框架圖所示，最底層是ESP-NONOS-SDK代碼靜態(tài)庫(kù)，由樂(lè)鑫官網(wǎng)提供，中間層由三層模塊組成 ，最上層為產(chǎn)品層模塊，中間層的基本模塊有airkiss庫(kù)、mqtt庫(kù)、json庫(kù)和driver-key驅(qū)動(dòng)庫(kù)。其上層分別是與iot系統(tǒng)有關(guān)的四個(gè)模塊如下：
? Smartlink模塊：負(fù)責(zé)基于airkiss協(xié)議的配對(duì)發(fā)現(xiàn)功能；
? IOT-mqtt客戶端模塊：負(fù)責(zé)連接設(shè)備商云MQTT代理服務(wù)器；
? network模塊：負(fù)責(zé)當(dāng)前系統(tǒng)所處網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的處理的分配，由iot-platform進(jìn)行回調(diào)；包括定時(shí)器中斷，每隔一定時(shí)間檢測(cè)并更新?tīng)顟B(tài)信息。
? config配置模塊：負(fù)責(zé)存取配置信息；
再上層為Iot-platform模塊，負(fù)責(zé)調(diào)度下層模塊，并解耦product模塊與iot基礎(chǔ)模塊間的聯(lián)系。
最上層為應(yīng)用層，分別有如下模塊：
? user_main入口模塊：負(fù)責(zé)運(yùn)行初始化platform模塊和其他無(wú)關(guān)iot系統(tǒng)的操作。
? product模塊：各種產(chǎn)品功能可集中在此實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展；
? user_key等其他模塊：與硬件交互有關(guān)的其他功能，如user_key主要定義了負(fù)責(zé)開(kāi)啟airkiss的按鍵事件和開(kāi)關(guān)燈等物理操作事件相關(guān)的函數(shù)。
流程分析：
當(dāng)設(shè)備上電時(shí)，硬件調(diào)用user_main.c中的main()函數(shù)，對(duì)platform.c模塊進(jìn)行調(diào)用，platform.c模塊初始化函數(shù)中先調(diào)用config模塊，檢查是否已配置wifi熱點(diǎn)信息，并嘗試聯(lián)網(wǎng)，第一次運(yùn)行或嘗試聯(lián)網(wǎng)超時(shí)失敗，或用戶點(diǎn)擊相關(guān)按鈕事件時(shí)，會(huì)觸發(fā)platform模塊調(diào)用smartlink模塊進(jìn)入等待用戶配對(duì)狀態(tài)。當(dāng)聯(lián)網(wǎng)成功時(shí)，network.c調(diào)用iot-mqtt模塊嘗試連接MQTT代理并訂閱相關(guān)主題，由此進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。
//TODO
源代碼
設(shè)備端-源代碼和設(shè)備商云端-源代碼 已上傳
設(shè)備商云端 https://github.com/fightfa/weixin-java-mp-demo-springmvc
設(shè)備端 https://github.com/fightfa/SmartHome
參考文獻(xiàn)
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