1. 前言

  物联网平台提供安全可靠的设备连接通信能力，支持设备数据采集上云，规则引擎流转数据和云端数据下发设备端。此外，也提供方便快捷的设备管理能力，支持物模型定义，数据结构化存储，和远程调试、监控、运维。本章讲解OneNET物联网平台的使用方法，并讲解使用设备连接OneNET物联网平台。

  在以太网应用中使用 W5500 + MQTT应用协议让用户可以更加方便地在设备之间实现OneNET远程连接和通信。本教程将介绍W5500以太网MQTT连接OneNET的应用以及注意事项，帮助读者更好地掌握这一技术。

2. 简介

2.1 初步了解OneNET物联网平台创建产品步骤

  如何在OneNET平台创建产品：

  OneNET网址：中移坤灵 - 中国移动物联网开放平台 (10086.cn)

1. 进入之后，登录账号，然后点击右上角开发者中心，再点击产品开发界面下的创建产品，然后选择对应的参数即可。

   

2. 点击产品详情，在物模型界面添加一个自定义功能点

   

3. 点击下一步，在设备开发的Topic管理页面中记录物模型topic

   这里需要记录的四个topic对应的功能如下表所示：

   Topic名	设备操作权限	作用
   $sys/70TwP2gxl5/{device-name}/thing/property/post	发布	设备上报属性
   $sys/70TwP2gxl5/{device-name}/thing/property/post/reply	订阅	云端回复上报状态
   $sys/70TwP2gxl5/{device-name}/thing/property/set	订阅	云端设置设备属性
   $sys/70TwP2gxl5/{device-name}/thing/property/set_reply	发布	设备回复设置

   

4. 一直点击下一步，然后发布产品即可。

5. 之后在设备接入管理的设备管理界面下添加一个测试设备，

   

6. 然后记录以下参数：

   参数	值
   产品ID	70TwP2gxl5
   设备名	W5100S_W5500
   设备密钥	SXFUeWlDUjJqamN4bGNndWRHNmZYc0Eyc2ZTNWh2bWo=

7. 生成MQTT连接参数

   连接地址和端口号如下图所示：

   

   其他参数如下图所示：

   

计算password工具：https://open.iot.10086.cn/doc/iot_platform/images/tools/token.exe

打开之后按照下图所示生成password:

2.2 OneNET物模型讲解

1.定义

  物模型是对设备的数字化抽象描述，描述该型号设备是什么，能做什么，能对外提供哪些服务。
  物模型将物理空间中的实体设备数字化，在云端构建该实体的数据模型，即将物理空间的实体在云端进行格式化表示。

  如上图所示，物模型属于应用协议之上的语法语义层。在物联网平台中，物模型完成对终端产品形态，产品功能的结构化定义，包括终端设备业务数据的格式和传输规则

  物模型功能模块在物联网平台中的位置如图所示：

  物模型在业务逻辑属于物联网平台的设备管理模块。用于实现不同设备能够以统一的物模型标准对接应用平台，不同应用之间能够以统一物模型标准进行数据互通。

2.设备抽象模型

  物模型基础功能分为三类：属性、服务、事件，功能点数量不超过100个。

功能类型	说明
属性	用于描述设备的动态特征，包括运行时的状态，应用可发起对属性的读取和设置请求。
服务	用于描述终端设备可被外部调用的能力，可设置输入参数和输出参数。服务可实现复杂的业务逻辑，例如执行某项特定的任务；支持同步或异步返回结果。
事件	设备运行时可以被触发的上行消息，如设备运行的记录信息，设备异常时发出的告警、故障信息等；可包含多个输出参数。

3 WIZnet以太网芯片

  WIZnet 主流硬件协议栈以太网芯片参数对比

Model	Embedded Core	Host I/F	TX/RX Buffer	HW Socket	Network Performance
W5100S	TCP/IPv4， MAC & PHY	8bit BUS, SPI	16KB	4	Max.25Mbps
W6100	TCP/IPv4/IPv6, MAC & PHY	8bit BUS, Fast SPI	32KB	8	Max.25Mbps
W5500	TCP/IPv4, MAC & PHY	Fast SPI	32KB	8	Max 15Mbps

1. W5100S/W6100 支持 8bit数据总线接口，网络传输速度会优于W5500。
2. W6100 支持IPv6，与W5100S 硬件兼容，若已使用W5100S的用户需要支持IPv6，可以Pin to Pin兼容。
3. W5500 拥有比 W5100S更多的 Socket数量以及发送与接收缓存。

4 示例概述

4.1 流程图

  程序的运行框图如下所示：

4.2 准备工作核心

软件

• Visual Studio Code
• WIZnet UartTool
• OneNET平台

硬件

• W5100S IO模块 + RP2040 树莓派Pico开发板 或者 WIZnet W5100S-EVB-Pico开发板
• Micro USB 接口的数据线
• TTL 转 USB
• 网线

4.3 连接方式

• 通过数据线连接PC的USB口（主要用于烧录程序，也可以虚拟出串口使用）

• 通过TTL串口转USB，连接UART0 的默认引脚：

  • RP2040 GPIO0（UART0 TX） <----> USB_TTL_RX
  • RP2040 GPIO1（UART0 RX） <----> USB_TTL_TX

• 使用模块连接RP2040 进行接线时

  • RP2040 GPIO16 <----> W5100S MISO
  • RP2040 GPIO17 <----> W5100S CS
  • RP2040 GPIO18 <----> W5100S SCK
  • RP2040 GPIO19 <----> W5100S MOSI
  • RP2040 GPIO20 <----> W5100S RST

• 通过PC和设备都通过网线连接路由器LAN口

4.4 主要代码概述

  我们使用的是WIZnet官方的ioLibrary_Driver库。该库支持的协议丰富，操作简单，芯片在硬件上集成了TCP/IP协议栈，该库又封装好了TCP/IP层之上的协议，我们只需简单调用相应函数即可完成协议的应用。

第一步：mqtt_onenet.c文件中引用对应的库。

第二步：宏定义相关内容

第三步：定义一个mqtt连接参数的结构体并进行定义，这里给结构体赋的值是连接OneNET对应的参数以及物模型的订阅发布主题。

第四步: 设置预设IP地址信息以及标志位。

第五步：编写几个函数，包括网络初始化函数，1秒定时器回调函数，1毫秒定时器回调函数，MQTT初始化函数，MQTT接收消息回调函数，DNS解析函数以及json解析函数。

第六步：编写定时器回调处理函数，用于DHCP和MQTT 滴答定时器处理函数。

第七步：主函数先是对串口和SPI的初始化，然后写入W5100S的网络配置参数，初始化DHCP后开始DHCP获取IP，获取到就打印获取到的IP，获取次数超过最大获取次数时就使用静态IP，DNS解析域名，之后初始化MQTT，然后主循环是一个状态机的轮询，会按照流程图进行连接、订阅、定时上报消息、保活以及接收消息处理。

主函数代码如下所示：

int main()
{
    /* Variable definition */
    int ret;
    struct repeating_timer timer_1s;
    struct repeating_timer timer_1ms;
    uint8_t pubmsg[128] = {0};

    /*mcu init*/
    stdio_init_all();     /*Initialize the serial port*/
    wizchip_initialize(); /*Initialize the SPI*/

    /* LED init */
    gpio_init(LED_PIN);
    gpio_set_dir(LED_PIN, GPIO_OUT);

    /*timer init*/
    add_repeating_timer_ms(1000, repeating_timer_1s_callback, NULL, &timer_1s); // Add DHCP and DNS 1s Tick Timer handler
    add_repeating_timer_ms(1, repeating_timer_1ms_callback, NULL, &timer_1ms);  // Add MQTT 1ms Tick Timer handler

    /*dhcp init*/
    DHCP_init(SOCK_DHCP, ethernet_buf); // DHCP initialization

    /*dns init*/
    DNS_init(SOCK_DNS, ethernet_buf);

    /* Set the network address information */
    printf("wiznet chip mqtt of onenet example.\r\n");
    network_init(&net_info);              // Configuring Network Information
    print_network_information(&get_info); // Read back the configuration information and print it

    /* Resolve mqtt broker domain names using dns */
    do_dns(mqtt_params.mqttHostUrl, mqtt_params.server_ip);

    /*mqtt init*/
    mqtt_init();

    while (true)
    {
        switch (run_status)
        {
        case CONN:
        {
            ret = MQTTConnect(&c, &data); /* Connect to the MQTT server */
            printf("Connect to the MQTT server: %d.%d.%d.%d:%d\r\n", mqtt_params.server_ip[0], mqtt_params.server_ip[1], mqtt_params.server_ip[2], mqtt_params.server_ip[3], mqtt_params.port);
            printf("Connected:%s\r\n\r\n", ret == SUCCESSS ? "success" : "failed");
            if (ret != SUCCESSS)
            {
                run_status = ERROR;
            }
            else
            {
                run_status = SUB;
            }
            break;
        }
        case SUB:
        {
            ret = MQTTSubscribe(&c, mqtt_params.subtopic, mqtt_params.subQoS, messageArrived); /* Subscribe to Topics */
            printf("Subscribing to %s\r\n", mqtt_params.subtopic);
            printf("Subscribed:%s\r\n\r\n", ret == SUCCESSS ? "success" : "failed");
            if (ret != SUCCESSS)
            {
                run_status = ERROR;
            }
            else
            {
                run_status = KEEPALIVE;
            }
            ret = MQTTSubscribe(&c, mqtt_params.pubtopic_reply, mqtt_params.subQoS, NULL); /* Subscribe to Topics */
            printf("Subscribing to %s\r\n", mqtt_params.pubtopic_reply);
            printf("Subscribed:%s\r\n\r\n", ret == SUCCESSS ? "success" : "failed");
            if (ret != SUCCESSS)
            {
                run_status = ERROR;
            }
            else
            {
                run_status = KEEPALIVE;
            }
            break;
        }
        case PUB:
        {
            if (pub_time >= 5)
            {
                pub_time = 0;
                sprintf(pubmsg, "{\"id\": \"123\",\"version\": \"1.0\",\"params\": {\"LEDSwitch\": {\"value\":%s}}}", gpio_get(LED_PIN) == ON ? "true" : "false");
                pubmessage.payload = pubmsg;
                pubmessage.payloadlen = strlen(pubmessage.payload);
                ret = MQTTPublish(&c, mqtt_params.pubtopic, &pubmessage); /* Publish message */
                if (ret != SUCCESSS)
                {
                    run_status = ERROR;
                }
                else
                {
                    printf("publish:%s,%s\r\n\r\n", mqtt_params.pubtopic, pubmessage.payload);
                }
            }
            else
            {
                run_status = KEEPALIVE;
            }
            break;
        }
        case KEEPALIVE:
        {
            if (MQTTYield(&c, 30) != SUCCESSS) /* keepalive MQTT */
            {
                run_status = ERROR;
            }
            else
            {
                run_status = PUB;
            }
            sleep_ms(100);
            break;
        }
        case ERROR: /* Running error */
            printf("system ERROR!\r\n");
            sleep_ms(1000);
            break;

        default:
            break;
        }
    }
}

4.5 结果演示

1.打开WIZ UartTool，填入参数，获取到IP之后解析mqtt服务器域名，然后进行OneNET的连接，连接成功后会打印订阅的主题，并定时向服务器上报板载LED灯状态。

2.通过OneNET下发指令控制LED打开

3.平台物模型上也可以收到设备上的板载LED灯状态

5 注意事项

• 订阅和发布的物模型主题不要弄错了，否则会导致无法正常运行。
• 把OneNET的物模型主题复制过来时，需要把{device-name}替换成设备名
• 如果想用WIZnet的W5500来实现本章的示例，我们只需修改两个地方即可：

​ (1)在library/ioLibrary_Driver/Ethernet/下找到wizchip_conf.h这个头文件，将_WIZCHIP_ 宏定义修改为W5500。

​ (2)在library下找到CMakeLists.txt文件，将COMPILE_SEL设置为ON即可，OFF为W5100S，ON为W5500。

6 相关链接

WIZnet官网

WIZnet官方库链接

本章例程链接

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