物联网实战--平台篇之(二)基础搭建

news2024/12/24 0:37:28

目录

一、Qt工程创建

二、数据库知识

三、通信协议

四、名词定义

本项目的交流QQ群:701889554

物联网实战--入门篇https://blog.csdn.net/ypp240124016/category_12609773.html

物联网实战--驱动篇https://blog.csdn.net/ypp240124016/category_12631333.html

一、Qt工程创建

        Qt方面有三个工程需要创建，分别是应用服务器程序、数据服务器程序和客户端APP，他们各自的作用在上一篇已经说过了，这一篇主要创建工程的基础结构，主要是MQTT通讯和数据库相关等基础文件。对于应用服务器和数据服务器程序是不需要界面的，用控制台程序即可，所以它们的.pro文件都有一个：

QT -= gui

        对于MQTT之前已经有大概讲解过了，可以去参考之前的文章，我们这里主要还是对开源库进行封装，把域名解析、话题订阅、证书添加等内容进行内部处理。在这里我们主要介绍下数据库相关的内容。

物联网实战--入门篇之(七)嵌入式-MQTT_mqtt嵌入式-CSDN博客

项目工程集合 https://download.csdn.net/download/ypp240124016/89248704

二、数据库知识

        QT对各类数据库进行封装，可以驱动很多类型的数据，包括ODBC、SQLite、MySQL、PostgreSQL、SQL Server、Oracle等，不同类型的数据库驱动类型略有区别，一般数据库都需要另外安装软件，比如MySQL，可以参考这篇文章Mysql的安装配置教程（非常详细）从零基础入门到精通，看完这一篇就够了_mysql安装教程-CSDN博客

        对于没接触过数据库的同学会觉得比较麻烦，所以我们这个项目为了方便，直接使用SQLite作为数据库了，它无需额外安装软件，生成的数据库是独立文件，就像普通配置文件一样。数据库的操作，核心就是增删改查，利用数据库语句进行操作，这里可以大概看下教程SQLite 教程 | 菜鸟教程

        以下是数据库驱动SQLite的封装文件和代码：

#include "BaseSqlite.h"

BaseSqlite::BaseSqlite(QObject *parent) : QObject(parent)
{
}

BaseSqlite::~BaseSqlite()
{
//    closeDataBase();
}

void BaseSqlite::closeDataBase(void)
{
//    qDebug()<<m_dbName<<" ## "<<m_connName<<"closeDataBase";
//    QSqlDatabase::removeDatabase(m_connName);
    m_sqlDataBase.close();
}

//打开数据库
bool BaseSqlite::openDataBase(QString db_name, QString conn_name)
{
    if(m_sqlDataBase.isOpen())
    {
        qDebug()<<m_dbName<<" "<<m_connName<< " is opened.";
        return false;
    }
    m_dbName=db_name;
    m_connName=conn_name;

    if(QSqlDatabase::contains(m_connName))
      m_sqlDataBase = QSqlDatabase::database(m_connName);
    else
      m_sqlDataBase = QSqlDatabase::addDatabase("QSQLITE", m_connName);

//    m_sqlDataBase = QSqlDatabase::addDatabase("QSQLITE", conn_name);
    m_sqlDataBase.setDatabaseName(db_name);
    if(!m_sqlDataBase.open())
    {
        qDebug()<<m_dbName<<" "<<m_connName<< "Error: Failed to connect database." << m_sqlDataBase.lastError();
        return false;
    }
    else
    {
        m_sqlQuery = QSqlQuery(m_sqlDataBase);
//        qDebug()<<m_dbName<<" "<<m_connName<< "Succeed to open database." ;
    }
    return true;
}

bool BaseSqlite::isOpened(void)
{
    return m_sqlDataBase.isOpen();
}

//执行语句
bool BaseSqlite::runSqlQuery(QString str_query)
{
//    QSqlQuery query(m_sqlDataBase);

    if(!m_sqlQuery.exec(str_query))
    {
        qDebug()<<m_sqlQuery.lastError();
    }
    else
    {
        return true;
    }
    return false;
}

//启动事务
bool BaseSqlite::beginTransaction(void)
{
    QString str_query = "BEGIN TRANSACTION";
    if(runSqlQuery(str_query)==false)
    {
        return false;
    }
    return true;
}

//停止事务
bool BaseSqlite::endTransaction(void)
{
    QString str_query = "COMMIT";
    if(runSqlQuery(str_query)==false)
    {
        return false;
    }
    return true;
}

        看起来也很简单，主要就是打开、关闭数据库，执行数据库语句；另外还有启动和停止事务，主要是用于数据流比较大的场景，比如数据服务器的数据保存，用数据库的事务功能可以避免频繁打开、关闭数据库，浪费时间，可以累积数据或者定时写入数据，提高效率。

三、通信协议

        这里的通讯协议指的是应用层的协议，理论上各个公司都是自定义的，没有标准。在这里，我们从实际需求出发，也自定义了一种协议，具体如下：

        协议看着比较复杂，分成两部分来看，一个是整体定义，一个是数据包内容。首先协议采用二进制传输，整体上包含帧头，便于检索，校验码、数据长度该有的也都有了；1~16字节内容都是明文，都有相应解释，其中app_id和dev_sn稍后详细说明；17~N的数据区需要加密，我们整个系统采用一型多密的方案，即一种型号配套多组密码，根据自己需要使用，密码在设备生产定义时确定，需要注意保护，协议中的索引就是密码索引，这样可以明确数据包内用了哪一组的密码。

        协议的核心还是数据区里的内容，这里使用的是一种嵌套的思想，因为在实际项目中我们经常会用到无线组网的方式，一个网关加多个节点，对于节点数据是需要通过网关转发的，那就相当于把节点数据嵌套在网关数据内部，这时候网关的顶层命令固定为100，意思就是本次数据包是转发的节点数据，要根据数据包的内容进一步解析；下行的时候也是一样，节点的控制指令需要经过网关进行转发，转发命令固定为200，网关解析后会把数据提取出来，至于怎么转发是网关跟节点之间的事了，后面在做LoRa组网的时候会具体演示。

        理论上可以一直嵌套下去，不过一般就一层，网关+节点，节点后面再挂载节点的情况比较少见了。

        对于不同的设备会包含不同的命令类型，需要从设备的实际需求出发，一般来讲，针对每一种类型的设备或者新产品，都要有规范的协议文档，这样在开发和维护过程中比较清晰，出现问题容易定位。

        协议内容都是字节序的形式传输，避免大小端的问题，我们约定数据高位先传输，比如协议里的app_id是四个字节，以AABB1122为例，那传输顺序就是AA、BB、11、22；对于数据的定义可以参考之前的净化器数值，简单讲就是我们只传输正整数，产品定义的时候就要把某个数据的范围和精度确定好，这样就可以把这个数据转为正整数了，然后传输依然是高位在前，低位在后的原则。这样，整个协议的统一性就很高了，对于具体的代码在后续合适的章节会体现，不会很复杂。

四、名词定义

        整个体系会有一些专有名词，这里统一做一下解释。

        账户：这个不用过多解释了，就像微信号一样，在整个系统里是唯一的，一般采用字符和数字的形式，我们这个系统以手机号为核心，注册的时候需要跟手机绑定，用验证码的方式注册，属于比较常规的。

        子账户：有时候手机号就一个，账户又想要多个，那么就可以用主账户去新建子账户，子账户的使用上跟主账户类似，但是子账户不能再创建子账户了。

        应用ID：就是协议里的app_id，长度是4个字节，每个账户下可以创建多个应用，每个应用下包含多个设备，举例说明，一般来讲，智能家居中一套房子创建一个应用，这个应用下有空调、冰箱、净化器等设备，这时候假设你有多套房子，每套房子都要整一套智能家居产品，显然，如果把所有设备都放在一个应用下就不太好管理了，这时候就可以为每套房子新建一个应用，各自的设备放在对应的应用下，彼此就很好管理了，这就是应用ID存在的意义。从技术角度来讲，设备发布消息的话题形式是这样的dev/pub/data/123001，其中123001就是应用ID，这样对于用户端APP来讲，只要根据app_id来订阅，该应用下的设备数据就会发到正确的用户端。所以说，app_id在整个系统的管理上起到了一个很关键的作用。

        设备序列号：就是协议里的dev_sn，是设备的身份标识，长度是4个字节，对于dev_sn是需要规范的，不能随便定义，在这里我们定义，高2字节代表设备类型，低2字节代表地址码，例如16进制A3010001，其中A301代表设备类型，比如四路主机，这个在产品定义时就要确定，那么0001就是地址码，这是在生产时确定的，于是四路主机所有的序列号就是A3010001~A301FFFF，理论上可以生产6万多个。实际上，再加上app_id的区分，其实不要在同一个应用里使用相同的dev_sn就行了，这样一来，在实际项目中都是够用的了。我们的密码体系是一型多密原则，这里的型就是指dev_sn的高2字节，理论上可以创建6万多种型号，够用了。总体来讲，app_id和dev_sn是我们整个系统设计的核心，一切都是围绕这两个概念展开的。

        解析插件：每一种型号的设备对应一个解析插件，主要就是负责对设备数据进行解析和操作，后期的产品开发主要就是设备端和对应解析插件的开发，这也是端到端开发模式的由来。解析插件主要是对用户端APP的不断扩充，包含两个内容，一个是后端C++对数据进行解析，一个是前端QML做该型号设备的展示界面，就像入门篇里所展示的净化器界面一样。这样，平台端无需增加开发，一个简单的物联网开发模式就形成了。

        网关/主机：这一类设备是直接跟服务器连接的，它们一般带有网口、WIFI或者4G等互联网接口，设备端的加密/解密也是在这类设备中完成的；它们有时候是独立的个体，比如WiFi空调，有时候是作为其它设备的数据中转站，比如LoRa网关，主要作用就是对LoRa节点设备的数据进行转发。

        节点：与上面所述的网关配合使用，节点的特点一般是数量较多，每个都有联网功能的话成本较高，所以选择用网关作为统一的联网媒介，比如485温湿度、LoRa门磁等等。

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