【物联网实战】基于华为云平台的智慧社区气象监测与路灯智能控制系统
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一、项目背景
随着智慧城市建设的推进，社区管理也逐渐向智能化、自动化方向发展。本项目旨在通过物联网技术，构建一个集气象监测与路灯智能控制于一体的系统，实现对社区环境的实时监测与智能调控，提升居民生活品质，同时达到节能减排的目的。
二、系统构成
系统由以下四个核心部分组成：
-
物联网小型气象站：采集温度、湿度、光照、风速、风向、降雨量、气压等数据。
-
物联网云服务器：采用华为云IoT平台，接收并处理气象数据，实现数据存储与设备联动。
-
微信小程序控制平台：提供可视化操作界面，支持手动控制与日志查看。
-
物联网可控路灯：通过4G网络接收云平台指令，实现远程开关控制。
三、技术方案
3.1 产品分析
系统通过传感器实时采集环境数据，上传至云平台，平台根据预设逻辑自动控制路灯开关，同时支持管理员通过微信小程序进行手动干预。
3.2 物联网四层架构
| 应用层 | 智慧社区气象监测与路灯智能控制系统 微信小程序 | |||||||
| 平台层 | IoT物联网华为云平台 | |||||||
| 网络层 | 4G网络 | |||||||
| 感知层 | 检测设备（传感器） 控制设备 | |||||||
| 光线强度 | 空气温度 | 空气湿度 | 风速 | 风向 | 降雨量 | 气压 | 开关 | |
3.3 功能设计
系统功能流程如下图所示：
-
数据采集：各类传感器周期性采集环境数据。
-
云平台处理：华为云平台接收数据并进行分析存储。
-
设备联动：根据环境数据自动控制路灯开关。
-
小程序控制：管理员可通过小程序手动控制路灯，查看操作日志。
四、系统可行性分析
-
技术选型：华为云IoT平台 + MQTT协议，成熟稳定。
-
网络连接：4G网络覆盖广，支持远程可靠通信。
-
数据安全：SSL/TLS加密传输，设备身份认证。
-
系统稳定性：云平台高可用，设备经严格测试，支持日志监控。
五、华为云平台配置
5.1 MQTT物模型定义
定义了两个服务：
-
BasicData：包含光照、温湿度、风速等属性。
-
LightControl：包含路灯开关命令。
物模型属性表如下：
| 序号 | 服务 ID | 描述 | 属性名称 | 数据类型 | 访问方式 | 例子 |
| 1 | BasicData | 光线强度 | luminance | int(整型) | 可读，可写 | 30 |
| 2 | BasicData | 空气温度 | temperature | decimal(小数) | 可读，可写 | 27.3 |
| 3 | BasicData | 空气湿度 | AirHumidity | decimal(小数) | 可读，可写 | 80 |
| 4 | BasicData | 风速 | WindSpeed | decimal(小数) | 可读，可写 | 4 |
| 5 | BasicData | 风向 | WindDirection | string(字符串) | 可读，可写 | South west Wind |
| 6 | BasicData | 降雨量 | Rainfall | decimal(小数) | 可读，可写 | 906 |
| 7 | BasicData | 气压 | AirPressure | int(整型) | 可读，可写 | 814 |
| 8 | BasicData | 开关 | button | enum(枚举) | 可读，可写 | 0 |
表 属性表
| 序号 | 服务 ID | 描述 | 命令名称 | 下发参数名称 | 数据类型 | 例子 |
| 1 | LightControl | 路灯开关 | Switch | value | string(字符串) | ON, OFF |
| … | … |
表 命令表
注册物联网小型气象站、物联网可控路灯设备，设备标识码为本人学号，通过 MQTT 调试软件，对物联网小型气象站、物联网可控路灯进行数据上报（按照题目二中例子参数），附设备信息（截图）、MQTT 连接参数（文本）、阿里云物模型数据（截图）、指令（文本）、MQTT 调试软件连接成功（截图）。
5.2 设备注册与连接
通过MQTT调试软件连接华为云平台，成功上报数据并接收指令。
设备信息截图：
5.3 连接参数示例
| clientId | 676bf797ef99673c8ad94bd6_202202090134_0_0_2024122609 |
| username | 676bf797ef99673c8ad94bd6_202202090134 |
| password | e5f92c857eea639b33162c84914f4bbf67913904ba712f32d01483491cdcedd2 |
| hostname | 3b1dbbb468.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com |
| port | 8883 |
5.4 数据上报指令示例
{
"services": [{
"service_id": "BasicData",
"properties": {
"luminance": 30,
"temperature": 27.3,
"AirHumidity": 80,
"WindSpeed": 4,
"WindDirection":"South west Wind",
"Rainfall": 906,
"AirPressure": 814,
"button": 1
}
}
]
}5.5 MQTT调试软件连接成功截图
六、云平台联动控制
当出现大雾（湿度值＞90%），天黑（光线强度＜50Lux），需要开启路灯。当天亮（光线强度＞150Lux）,需要关闭路灯。请根据该联动控制逻辑，对阿里云 IoT 平台联动进行设置，并进行测试，附联动设置（截图）及三种状态测试上报数据。
设置设备联动规则：
-
开启路灯：湿度 > 90% 且光照 < 50 Lux
-
关闭路灯：光照 > 150 Lux
6.1 命令下发配置
6.2 设备联动配置
6.3 开启路灯测试
当出现大雾（湿度值＞90%），天黑（光线强度＜50Lux）
上报数据模拟大雾天黑环境：
{
"services": [{
"service_id": "BasicData",
"properties": {
"luminance": 48,
"temperature": 27.3,
"AirHumidity": 93,
"WindSpeed": 4,
"WindDirection":"South west Wind",
"Rainfall": 906,
"AirPressure": 814
}
}
]
}
6.4 关闭路灯测试
当天亮（光线强度＞150Lux）
上报数据模拟天亮环境：
{
"services": [{
"service_id": "BasicData",
"properties": {
"luminance": 152,
"temperature": 27.3,
"AirHumidity": 80,
"WindSpeed": 4,
"WindDirection":"South west Wind",
"Rainfall": 906,
"AirPressure": 814
}
}
]
}
七、微信小程序开发
小程序包含四个页面：
7.1 页面设计
7.1.1 "连接到平台"页面
var app = getApp();
var self;
var mqtt = require('../../js/mqtt.js');
var CryptoJS = require('../../js/hmac-sha256.js');
Page({
/**
* 页面的初始数据
*/
data: {
host: '3b1dbbb468.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com',
deviceId:'676bf797ef99673c8ad94bd6_202202090134',
password:'95e201b217caed1468b7b4f2849b9af8',
log:''
},
getHost(e) {
this.setData({
host: e.detail.value
})
},
getDeviceId(e) {
this.setData({
deviceId: e.detail.value
})
},
getPassword(e) {
this.setData({
password: e.detail.value
})
},
//事件处理函数
connect: function (e) {
self = this;
var serverUrl = 'wxs://3b1dbbb468.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com/mqtt'; //IoT平台mqtt对接地址
var deviceId = '676bf797ef99673c8ad94bd6_202202090134'; //请填写在平台注册的设备ID
var secret = '95e201b217caed1468b7b4f2849b9af8'; //请填写在平台注册的设备密钥
//退避重连参数
var minBackoff = 1000;
var maxBackoff = 30 * 1000;
var defaultBackoff = 1000;
var retryTimes = 0;
//连接参数设置
var timestamp = dateFormat('YYYYmmddHH', new Date())
const options = {
username: deviceId,
password: CryptoJS.HmacSHA256(secret, timestamp).toString(),
clientId: getClientId(deviceId),
keepalive: 120, //120s
clean: true, //cleanSession不保持持久会话
reconnectPeriod: 0,
connectTimeout: 1000,
protocolVersion: 4 //MQTT v3.1.1
}
startConnect();
function startConnect() {
var client = mqtt.connect(serverUrl, options);
app.globalData.client = client;
app.globalData.deviceId = deviceId;
client.on('connect', () => {
log('mqttOverWebsocket onConnect');
});
client.on('error', (e) => {
log('mqtt error: ' + e);
reconnect();
});
client.on('close', () => {
log('mqtt server is disconnected');
reconnect();
});
client.on('offline', () => {
log('mqtt client is offline');
reconnect();
});
}
function reconnect() {
log("reconnect is starting");
//退避重连
let lowBound = Number(defaultBackoff)*Number(0.8);
let highBound = Number(defaultBackoff)*Number(1.2);
let randomBackOff = parseInt(Math.random()*(highBound-lowBound+1),10);
let backOffWithJitter = (Math.pow(2.0, retryTimes)) * (randomBackOff + lowBound);
let waitTImeUtilNextRetry = (minBackoff + backOffWithJitter) > maxBackoff ? maxBackoff : (minBackoff + backOffWithJitter);
log("next retry time: " + waitTImeUtilNextRetry);
setTimeout(()=> {
startConnect();
}, waitTImeUtilNextRetry);
retryTimes++;
}
function getClientId(deviceId) {
return deviceId + '_0_0_' + timestamp;
}
function dateFormat(fmt, date) {
let ret;
const opt = {
'Y+': date.getFullYear().toString(), // 年
'm+': (date.getMonth() + 1).toString(), // 月
'd+': date.getDate().toString(), // 日
'H+': date.getHours().toString(), // 时
'M+': date.getMinutes().toString(), // 分
'S+': date.getSeconds().toString(), // 秒
// 有其他格式化字符需求可以继续添加，必须转化成字符串
};
for (let k in opt) {
ret = new RegExp('(' + k + ')').exec(fmt);
if (ret) {
fmt = fmt.replace(
ret[1],
ret[1].length === 1
? opt[k]
: opt[k].padStart(ret[1].length, '0')
);
}
}
return fmt;
}
function log(msg) {
console.log(new Date() + ' - ' + msg);
//this.data.password
self.data.log = self.data.log + new Date() + ' - ' + msg + '\r\n';
self.setData({
log: self.data.log
})
}
}
})
7.1.2 "上报数据"页面
// miniprogram/pages/userAuth.js
var app = getApp();
var self;
var mqtt = require('../../js/mqtt.js');
Page({
/**
* 页面的初始数据
*/
data: {
topic: '',
payload: '',
log: ''
},
onLoad: function (options) {
this.setData({
topic: '$oc/devices/676bf797ef99673c8ad94bd6_202202090134/sys/properties/report',
payload: '{"services": [{ "service_id": "BasicData", "properties": {"button": 0}}]}'
});
},
getTopic(e) {
this.setData({
topic: e.detail.value
})
},
getPayload(e) {
this.setData({
payload: e.detail.value
})
},
//事件处理函数
reportData: function (e) {
const client = app.globalData.client;
if (client == null || client.connected == false) {
this.log('device is not connect to platform');
return;
}
this.log('topic:' + this.data.topic);
client.publish(this.data.topic, this.data.payload);
this.log('publish message successful');
},
log: function (msg) {
console.log(new Date() +' -'+ msg);
this.data.log = this.data.log + new Date() +' -'+ msg + '\r\n';
this.setData({
log: this.data.log
});
}
});
7.1.3 "订阅topic"页面
// miniprogram/pages/userAuth.js
var app = getApp();
var mqtt = require('../../js/mqtt.js');
Page({
/**
* 页面的初始数据
*/
data: {
topic: '',
log: ''
},
onLoad: function (options) {
var self = this;
self.setData({
topic: '$oc/devices/676bf797ef99673c8ad94bd6_202202090134/commands/#'
});
},
getTopic(e) {
this.setData({
topic: e.detail.value
})
},
//事件处理函数
subscribe: function (e) {
self = this;
const client = app.globalData.client;
console.log(app.globalData.deviceId);
if (client == null || client.connected == false) {
log('device is not connect to platform');
return;
}
log('subscribe topic:' + self.data.topic);
client.subscribe(self.data.topic, {qos: 1}, function (err, granted) {
if (!err) {
log('subscribe message successful');
}
});
client.on('message', (topic, message, packet) => {
log('receive message topic:' + topic);
log('receive message content:' + message.toString());
const messageData = JSON.parse(message.toString());
// 根据消息中的操作类型处理响应
if (messageData.operation === 'open') {
sendResponse(topic.split("=")[1], 'open');
} else if (messageData.operation === 'close') {
sendResponse(topic.split("=")[1], 'close');
}
});
function sendResponse(requestId, operation) {
let responseReqJson;
if (operation === 'open') {
responseReqJson = {
result_code: 0,
response_name: 'COMMAND_RESPONSE',
paras: {result: 'success', action: 'open'}
};
} else if (operation === 'close') {
responseReqJson = {
result_code: 0,
response_name: 'COMMAND_RESPONSE',
paras: {result: 'success', action: 'close'}
};
}
let responseReq = JSON.stringify(responseReqJson);
log('receive message topic：' + getResponseTopic(requestId));
log('receive message content：' + responseReq);
client.publish(getResponseTopic(requestId), responseReq);
}
function getResponseTopic(requestId) {
return (
'$oc/devices/' +
app.globalData.deviceId +
'/sys/commands/response/request_id=' +
requestId
);
}
function log(msg) {
console.log(new Date() + ' - ' + msg);
self.data.log = self.data.log + new Date() + ' - ' + msg + '\r\n';
self.setData({
log: self.data.log
});
}
}
});
7.1.4 "控制"页面
// pages/control/control.js
var app = getApp();
Page({
/**
* 页面的初始数据
*/
data: {
topic: '',
payload: '',
log: ''
},
onLoad: function (options) {
this.setData({
topic: '$oc/devices/' + app.globalData.deviceId + '/sys/properties/report'
});
},
openStreetLight: function () {
const client = app.globalData.client;
if (client == null || client.connected == false) {
this.log('device is not connect to platform');
return;
}
const payload = '{"services": [{"service_id": "BasicData", "properties": {"button": 0}}]}';
this.log('topic: ' + this.data.topic);
client.publish(this.data.topic, payload);
this.log('publish message successful: ' + payload);
},
turnOffStreetLight: function () {
const client = app.globalData.client;
if (client == null || client.connected == false) {
this.log('device is not connect to platform');
return;
}
const payload = '{"services": [{"service_id": "BasicData", "properties": {"button": 1}}]}';
this.log('topic: ' + this.data.topic);
client.publish(this.data.topic, payload);
this.log('publish message successful: ' + payload);
},
log: function (msg) {
console.log(new Date() + ' - ' + msg);
this.setData({
log: this.data.log + new Date() + ' - ' + msg + '\r\n'
});
}
});7.2 连接设备
7.3 上报数据
7.4 命令下发
7.5 开启路灯测试
7.5.1 大雾天黑条件触发
当出现大雾（湿度值＞90%），天黑（光线强度＜50Lux）
7.5.2 开关状态触发（button=0）
7.5.3 手动点击"打开路灯"
7.6 关闭路灯测试
7.6.1 天亮条件触发
当天亮（光线强度＞150Lux）
7.6.2 开关状态触发（button=1）
7.6.3 手动点击"关闭路灯"
八、总结
本项目基于华为云IoT平台，结合MQTT协议与微信小程序，实现了社区气象监测与路灯智能控制的完整闭环。系统具备高可靠性、易扩展性和良好的用户体验，适用于智慧社区、园区等场景。
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