基于NB-IoT小熊派开发智慧路灯
场景说明
智慧路灯是城市智能化道路上重要一环，智慧路灯的实施具有节约公共照明能耗、减少因照明引起的交通事故等多种社会意义。路灯也是大家在日常生活中可以强烈感知到的公共设施，更易理解其智能化的场景。
在该文档中，我们基于华为一站式开发工具平台（VS code工具IoTlink插件），从设备（小熊派开发套件）、平台（IoTDA华为物联网平台）、端到端构建一款智慧路灯解决方案样例，带您体验十分钟快速上云。实现智慧路灯检测并上报光照强度，显示在IoTDA控制台，并在IoTDA控制台远程控制LED灯开关的功能。
开发环境
整体流程
智慧路灯案例的端到端整体流程如下图所示。
该场景主要描述的是设备可以通过LWM2M协议（NB卡）与物联网平台进行交互，应用侧可以查看设备侧属性变化，也可以给设备侧下发命令。
小熊派开发板简介
开发板在物联网系统架构中属于感知设备，该类设备通常由传感器、通信模组、芯片以及操作系统组成。为增加开发板的可扩展性，小熊派开发板没有采用传统的板载设计，而是使用了可更换传感器扩展板以及可更换通信模组扩展板设计，通信模组是数据传输的出入口，常用的通信模组包括NB-IoT，Wifi以及4G等，芯片是设备的主控设备，该开发板内置了一个低功耗的STM32L431单片机作为主控芯片，即MCU。操作系统使用的是华为的LiteOS操作系统，其提供了丰富的端云互通组件。
为了便于开发调试，如图1所示，该开发板板载了2.1版本的ST-Link，它具有在线调试烧录，拖拽下载以及虚拟串口等功能。开发板中间板载一块分辨率为240 * 240的LCD屏幕，其主要用于显示传感器数据以及调试日志。LCD屏幕下方是主控芯片。
开发板右上角具有一个拨码开关，将其拨至左侧AT-PC模式，通过电脑端的串口助手，发送AT指令调试通信模组。右侧AT-MCU模式，通过MCU发送AT指令与通信模组进行交互，将采集到的传感器数据通过通信模组发送到云端。
硬件连接
- 将NB卡插入到NB-IoT扩展板的SIM卡卡槽，确保插卡的时候卡的缺口朝外插入，如图1所示。
- 将光敏传感器以及NB-IoT扩展板插入到开发板上，注意安装方向，然后用USB数据线将小熊派开发板与电脑连接起来。显示屏有显示，电源灯被点亮，说明开发板通电成功。
安装IoT Link Studio插件
IoT Link Studio是针对IoT物联网端侧开发的IDE环境，提供了编译、烧录、调试等一站式开发体验，支持 C、 C++、汇编等多种开发语言，让您快速、高效地进行物联网开发。
- 以win10为例，获取电脑的系统配置：在运行窗口中输入pc，然后单击“属性”，查看系统配置，因为后续安装软件要选择操作系统。
图2 获取系统配置
- 访问 这里 ，根据您电脑系统配置，下载匹配的Visual Studio Code并安装。（本文以windows 10 64-bit系统Visual Studio Code为例。请下载1.49版本，其他版本不支持IoT Link）。
图3 下载Visual Studio Code
注：Visual Studio Code不支持苹果Mac系统。
- 安装成功后，打开VSCode 插件应用商店，搜索 IoT Link 找到IoT Link，然后单击安装。
图4 安装
- 首次启动配置。
IoT Link Studio 首次启动时会自动从网络下载最新的SDK包以及gcc依赖环境，请确保您的网络可用。安装过程中请不要关闭窗口，耐心等待。安装完成后重启VSCode使插件生效。
若您的网络需要配置代理，请在VSCode主页，选择左下角
-设置-应用程序-代理服务器，在Proxy Support下拉框中选择“on”。如果仍然无法访问网络导致自动下载SDK失败，可从手动下载SDK，下载完成后解压至默认安装路径 C:\Users\用户名\.iotlink\sdk，（如果安装路径有更改，请找到VS Code的安装路径，把手动下载的“IoT_LINK”解压后拷贝到\.iotlink\sdk下）。
配置IoT link Studio工程
- 单击VSCode底部工具栏的“Home”。
- Home：管理IoT Link工程；
- Serial：输入AT指令检查开发板状态；
- Build：编译示例代码（步骤2后可见）；
- Download：把编译后的代码烧录到MCU（步骤2后可见）。
- 在弹出界面中单击“创建 IoT 工程”，输入工程名称，工程目录，并选择开发板的硬件平台和示例工程模板。
- 工程名称：自定义，如QuickStart。
- 工程目录：可以使用工具安装的默认路径，也可以选择系统盘以外的其他盘，如D:\。
- 硬件平台：当前提供的demo只适配STM32L431_BearPI硬件平台，请选择STM32L431_BearPI。
- 示例工程：本示例中，我们以智慧路灯为例，请选择oc_streetlight_template，否则烧录的demo样例和在控制台定义的产品模型不匹配，无法上报数据。如果您需要适配智慧烟感等其他场景，请选择对应的oc_smoke_template demo样例。
- 单击“确定”，导入完成。
编译并烧录代码
由于提供的demo样例中已配置好和华为云物联网平台的对接信息，您可以直接编译（代码不用做任何修改），并烧录到小熊派开发板MCU，节省开发时间。
- 单击VSCode底部工具栏的“Build”，等待系统编译完成。编译成功后，界面显示“编译成功”。
- 使用USB数据线，将小熊派开发与电脑连接，开发板右上角的拨测开关拨到右侧“AT-MCU模式”。
- 单击VSCode底部工具栏的“Download”，等待系统烧录完成。烧录成功后，界面显示“烧录成功”。
- （可选）安装ST-Link驱动。
使用AT指令定位模组通信问题
IoT Link在与物联网平台连接使用时，可使用AT指令快速定位模组与云端连通性问题，提高开发效率。本节以“小熊派开发板”为例，介绍如何使用AT指令检测通信模组常见问题，如设备无法上线，数据上报不成功等。
- 小熊派开发板和电脑已正常连接（确保驱动已安装），并将开发板右上角的拨测开关切换到AT-PC模式。
- 单击VSCode底部工具栏的“Serial”。
- 选择2中查看的端口号，波特率设置为9600，然后单击“打开”。
- 输入“AT+CGATT?”，然后单击“发送”，若返回“+CGATT:1”，表示网络附着成功（附着成功代表NB-IoT联网正常），返回“+CGATT:0”表示网络附着失败（附着失败代表NB-IoT联网异常），请查看SIM卡是否插入正确，或联系运营商检查网络状态。
使用AT指令检测完模组通信后，请将拨测开关拨到AT-MCU模式，以便完成控制台的开发后，将采集到的传感器数据通过通信模组发送到平台。
PC模式是开发板与电脑串口通信，AT指令读写开发板的状态等数据；MCU模式是开发板通过模组上插的SIM连接网络，实现NB-IoT通信。
- “AT+CSQ<CR>”指令用于检查网络信号强度和SIM卡情况。输入“AT+CSQ<CR>”，然后单击“发送”，返回 “+CSQ:**,##” 。其中**应在 10 到 31 之间，数值越大表明信号质量越好，##为误码率,值在 0 到 99 之间。若返回的值不在这个范围，应检查天线或 SIM 卡是否正确安装。
注：本文仅列举两个通用的AT指令，用于检测模组的网络状况。更多AT指令，您可以参考小熊派模组的说明书，进行调测。
控制台操作概览
在完成实体设备硬件连接和代码编译烧录之后，我们需要在设备接入服务控制台创建产品、定义产品模型、开发编解码插件和注册设备。
- 创建产品：在物联网平台上规定好某一款产品的协议类型、数据格式、厂商名称、设备类型。此处我们需要按照智慧路灯的特征，在控制台创建智慧路灯的产品。
- 定义产品模型：产品模型是用来描述设备能力的文件，通过JSON的格式定义了设备的基本属性、上报数据和下发命令的消息格式。定义产品模型，即在物联网平台构建一款设备的抽象模型，使平台理解该款设备支持的属性信息。此处，我们需要在控制台上，定义开关灯控制、光照强度、信号质量等。
- 编解插件开发：编解码插件是供物联网平台调用，完成二进制格式和JSON格式相互转换的。它将设备上报的二进制数据解码为JSON格式供应用服务器“阅读”，将应用服务器下行的JSON格式命令编码为二进制格式数据供终端设备（UE）“理解执行”。智慧路灯的数据格式是二进制，因此我们需要开发编解码插件，让物联网能够理解智慧路灯上报的数据，智慧路灯也能理解物联网平台下发的命令。
- 注册设备：将小熊派智慧路灯注册到物联网平台。
创建产品
某一类具有相同能力或特征的设备的集合称为一款产品。除了设备实体，产品还包含该类设备在物联网能力建设中产生的产品信息、产品模型（Profile）、编解码插件等资源。下面，我们按照小熊派智慧路灯的基本特征，在控制台上创建智慧路灯产品。
- 访问设备接入服务，单击“立即使用”进入设备接入控制台。
- 选择左侧导航栏的“产品”，单击右上角下拉框，选择新建产品所属的资源空间。
- 单击右上角的“创建产品”，创建一个基于CoAP协议的产品，参考下表填写参数后，单击“确定”，完成产品的创建。
基本信息
所属资源空间
选择您需要归属到的资源空间
产品名称
自定义，如“BearPi_StreetLight”
协议类型
选择“LwM2M/CoAP”
数据格式
选择“二进制码流”
厂商名称
自定义，如“BearPi”
所属行业
无
设备类型
StreetLight
- 产品创建成功后，单击产品进入产品界面，进行后面操作。
上传产品模型
产品模型是用来描述设备能力的文件，通过JSON的格式定义了设备的基本属性、上报数据和下发命令的消息格式。定义产品模型，即在物联网平台构建一款设备的抽象模型，使平台理解该款设备的功能。我们已提供开发好的产品模型，帮助您快速体验上云流程，如果您想体验产品模型的开发流程，可参考开发产品模型。
操作步骤：
- 在产品详情“模型定义”页面，单击“上传模型文件”。
- 在弹出的页面中，上传提供的产品模型（本示例的产品模型），然后单击“确认”。
图5 上传模型文件
编解码插件开发
上一步，我们在控制台上定义了产品所具备的功能，包括设备上报的属性和能理解的命令。由于智慧路灯的数据格式是二进制，而物联网平台的数据格式为JSON格式。因此我们需要开发编解码插件，让物联网能够理解智慧路灯上报的数据，智慧路灯也能理解物联网平台下发的命令。
本文提供离线导入编解码插件方式，帮助您快速体验上云流程，如果您想体验编解码插件开发流程，可参考开发编解码插件。
- 在产品详情插件开发页面，选择“离线开发”，单击加载图标，上传提供的编解码插件（本示例的编解码插件）。
图6 上传编解码插件
- 单击“上传插件”，单击“确认”，完成编解码插件的导入。
图7 完成上传
注册设备
本文介绍集成NB模组设备的注册方法，将小熊派智慧路灯在物联网平台注册。
- 在产品详情页面，选择“在线调试”，单击“新增测试设备”，此处新增的是非安全的NB-IoT设备。
- 在新增测试设备页面，选择“真实设备”，完成设备参数的填写后，单击“确定”。
图8 新增测试设备
- 设备名称：自定义。
- 设备标识码：设备的IMEI号，用于设备在接入物联网平台时携带该标识信息完成接入鉴权，可在NB模组上查看。您也可以将拨测开关拨到AT-PC模式，选择STM的端口，波特率设置为9600，输入指令“AT+CGSN=1”获取IMEI号。
注：获取IMEI注册完设备后，需要将开发板的拨测开关拨到“AT-MCU”模式，因为开发板在MCU模式下才会通过NB卡连接网络。
- 设备注册方式：不加密。
- 设备创建成功，可在页面看到创建的设备。
图9 查看创建设备
数据上报
平台和开发板建立连接后，根据烧录至开发板的代码，小熊派智慧路灯每隔2秒（上报频率可根据业务需要在demo中自行设置）上报光照传感器数据。您可以通过用手遮挡光线改变光照强度，查看设备上报给平台的光照强度数据的实时变化。
注：先检查确认开发板的拨测开关是“AT-MCU”模式。
命令下发
- 登录设备接入服务控制台，选择这里创建的产品，单击产品进入产品界面。
- 选择“在线调试”，单击这里注册的设备进入调试页面。
- 设置命令参数后，单击“命令发送”。
- 小熊派板子灯被点亮，下发OFF命令后，灯熄灭。
至此，基于NB-IoT小熊派开发智慧路灯的最佳实践，端到端流程就全部体验完成了。
更多参考
- 开发产品模型
在产品详情“模型定义”页面，单击“自定义模型”，配置产品的服务。
产品模型设计思路：
表1 设备服务列表 服务类型（ServiceID）
服务描述
Button
实时按键检测
LED
LED灯控制
Sensor
实时检测光照强度
Connectivity
实时检测信号质量
服务能力如下表所示。
表2 Button 能力描述
属性名称
数据类型
数据范围
属性列表
toggle
int
0 ~ 65535
表3 LED命令列表 能力描述
命令名称
命令字段
字段名称
类型
数据长度
枚举
命令列表
Set_LED
下发命令
LED
string
3
ON、OFF
响应命令
Light_state
string
3
ON、OFF
表4 Sensor 能力描述
属性名称
数据类型
数据范围
属性列表
luminance
int
0 ~ 65535
表5 Connectivity 能力描述
属性名称
数据类型
数据范围
属性列表
SignalPower
int
-140 ~ -44
ECL
int
0 ~ 2
SNR
int
-20 ~ 30
CellID
int
0 ~ 65535
- 新增服务类型Button
- 进入“添加服务”页面，填写“服务ID”、“服务类型”和“服务描述”，单击“确定”。
- “服务ID”：Button
- “服务类型”：建议和服务ID保持一致
- “服务描述”：实时按键检测
- 在“Button”的下拉菜单下单击“添加属性”，填写相关信息，单击“确定”。
- “属性名称”：toggle
- “属性描述”：不填写
- “数据类型”：int(整型)
- “访问权限”：可读、可写
- “取值范围”：0~65535
- “步长”：0
- “单位”：不填写
- 进入“添加服务”页面，填写“服务ID”、“服务类型”和“服务描述”，单击“确定”。
- 新增服务类型LED
- 在“模型定义”下单击“添加服务”，填写“服务ID”、“服务类型”和“服务描述”，单击“确定”。
- “服务ID”：LED
- “服务类型”：建议和服务ID保持一致
- “服务描述”：LED灯控制
- 在“LED”的下拉菜单下单击“添加命令”，输入命令名称“Set_LED”。
图10 新增命令
- 在“新增命令”弹框，分别单击“新增输入参数”和“新增响应参数”，填写相关信息后，单击“确定”。
图11 新增输入参数LED
图12 新增响应参数Light_state
- 在“模型定义”下单击“添加服务”，填写“服务ID”、“服务类型”和“服务描述”，单击“确定”。
- 新增服务类型Sensor
- 在“模型定义”下单击“添加服务”，填写“服务ID”、“服务类型”和“服务描述”，单击“确定”。
- “服务ID”：Sensor
- “服务类型”：和服务ID保持一致
- “服务描述”：实时检测光照强度
- 在“Sensor”的下拉菜单下单击“添加属性”，填写相关信息，单击“确定”。
- “属性名称”：luminance
- “属性描述”：不填写
- “数据类型”：int（整型）
- “访问权限”：可读、可写
- “取值范围”：0~65535
- “步长”：不填写
- “单位”：lux
- 在“模型定义”下单击“添加服务”，填写“服务ID”、“服务类型”和“服务描述”，单击“确定”。
- 新增服务类型Connectivity
- 在“模型定义”下单击“添加服务”，填写“服务ID”、“服务类型”和“服务描述”，单击“确定”。
- “服务ID”：Connectivity
- “服务类型”：建议和服务ID保持一致
- “服务描述”：实时检测信号质量
- 在“Connectivity”的下拉菜单下依次单击“添加属性”，分别添加SignalPower，ECL，SNR，CellID属性，填写相关信息，单击“确定”。
图13 新增SignalPower属性
图14 新增ECL属性
图15 新增SNR属性
图16 新增CellID属性
- 在“模型定义”下单击“添加服务”，填写“服务ID”、“服务类型”和“服务描述”，单击“确定”。
- 新增服务类型Button
- 开发编解码插件
- 在产品详情插件开发页面，选择“图形化开发”，单击“图形化开发”。
- 在“在线开发插件”区域，单击“新增消息”。
请按照本文档提供的操作开发编解码插件，确保添加字段的顺序和本文档提供的顺序保持一致。
- 新增消息Report_Connectivity，配置示例如下：
- 消息名：Report_Connectivity
- 消息类型：数据上报
- 添加响应字段：是
- 响应数据：AAAA0000（默认）
图17 配制示例
- 在“新增消息”页面，单击“添加字段”，勾选“标记为地址域”，添加地址域字段messageId，然后单击“确认”。
图18 添加地址域字段
- 单击“添加字段”，添加SignalPower字段，填写相关信息后，单击“确认”。
- 名字：SignalPower
- 数据类型：int16s（16位有符号整型）
图19 添加SignalPower字段
- 单击“添加字段”，添加ECL字段，填写相关信息后，单击“确认”。
- 名字：ECL
- 数据类型：int16s（16位有符号整型）
图20 添加ECL字段
- 单击“添加字段”，添加SNR字段，填写相关信息后，单击“确认”。
- 名字：SNR
- 数据类型：int16s（16位有符号整型）
图21 添加SNR字段
- 单击“添加字段”，添加CellID字段，填写相关信息后，单击“确认”。
- 名字：CellID
- 数据类型：int32s（32位有符号整型）
图22 添加CellID字段
完成消息Report_Connectivity的配置后，单击“确认”。
- 新增消息Report_Toggle，配置示例如下：
- 消息名：Report_Toggle
- 消息类型：数据上报
- 添加响应字段：是
- 响应数据：AAAA0000（默认）
图23 新增消息
- 在“新增消息”页面，单击“添加字段”，勾选“标记为地址域”，添加地址域字段messageId，然后单击“确认”。
图24 添加字段
- 单击“添加字段”，添加toggle字段，填写相关信息后，单击“确认”。
- 名字：toggle
- 数据类型：int16u（16位无符号整型）
图25 添加toggle字段
完成消息Report_Toggle的配置后，单击“确认”。
- 新增消息Report_Sensor，配置示例如下：
- 消息名：Report_Sensor
- 消息类型：数据上报
图26 新增消息
- 在“新增消息”页面，单击“添加字段”，勾选“标记为地址域”，添加地址域字段messageId，然后单击“确认”。
图27 添加字段
- 单击“添加字段”，添加data字段，填写相关信息后，单击“确认”。
- 名字：data
- 数据类型：int16u（16位无符号整型）
图28 添加data字段
完成消息Report_Sensor的配置后，单击“确认”。
- 新增消息Set_LED，配置示例如下：
- 消息名：Set_LED
- 消息类型：命令下发
- 添加响应字段：是
图29 新增消息
- 在“新增消息”页面，单击“添加字段”，勾选“标记为地址域”，添加地址域字段messageId，然后单击“确认”。
图30 添加字段
- 单击“添加字段”，勾选“标记为响应标识字段”，添加响应标识字段 mid，然后单击“确认”。
图31 添加字段
- 单击“添加字段”，添加“LED”字段，然后单击“确认”。
- 名字：LED
- 数据类型：string
- 长度：3
图32 添加字段
- 在“新增消息”页面，单击“添加响应字段”，勾选“标记为地址域”，添加地址域字段 messageId，然后单击“确认”。
- 单击“添加响应字段”，勾选“标记为响应标识字段”，然后单击“确认”。
- 单击“添加响应字段”，勾选“标记为命令执行状态字段”，添加命令执行状态字段 errcode，然后单击“确认”。
图33 添加字段
- 单击“添加响应字段”，添加Light_state响应字段，填写相关信息，单击“确认”。
- 字段名称：Light_state
- 数据类型：string
- 长度：3
图34 添加字段
完成消息 Set_LED 的配置后，单击“确认”。
- 拖动右侧“设备模型”区域的属性字段、命令字段和响应字段，与数据上报消息、命令下发消息和命令响应消息的相应字段建立映射关系。
- 单击“保存”，并在插件保存成功后单击“部署”，将编解码插件部署到物联网平台。
