物联网实战--入门篇之(十)安卓QT--后端开发

项目中心2024-04-10 0:08

目录

一、项目配置

二、MQTT连接

三、数据解析

四、数据更新

五、数据发送

六、指令下发

一、项目配置

按常规新建一个Quick空项目后，我们需要对项目内容稍微改造、规划下。

首先根据我们的需要在.pro文件内添加必要的模块，其中quick就是qml了，core那是核心模块，必须的，network是网络模块，MQTT需要使用网络。

然后就是为QML文件和图片文件各自建立一个资源文件，这样编译的时候会把这些资源带上，否则的话打包发布的时候你需要把QML文件和图片文件放到指定文件夹内，这在安卓里就不方便了。

最后就是如何加载前端QML文件的问题了，如下图所示，后端通过QML加载引擎QQmlApplicationEngine把QML主文件加载进来就能显示界面了，下一行是前端到后端的设置接口名称，这样在QML文件里就可以用theMainInterface这个名称引用后端的函数了，完成开关、调速等动作。

在新工程默认的文件里，加载前端文件这一步是在main.c文件里完成的，我们这里为了整体前后端的交互，特意建了一个MainInterface的类，在主函数中直接定义这个类的变量即可，这样整个工程结构比较清晰。

二、MQTT连接

QT标准库里没有mqtt，需要自己单独下载GitCode - 开发者的代码家园，我的项目里已经集成了，只要右键添加进来即可，这里主要是要写个自己的MQTT管理类，把状态保活、话题订阅等任务内部处理掉，就是BaseMqtt类了，里面还有个内容是域名解析需要处理。

cpp 复制代码 
#include "BaseMqtt.h"


BaseMqtt::BaseMqtt(QObject *parent) : QObject(parent)
{
    isConnected=false;
    checkTimer = new QTimer(this);
    checkTimer->setInterval(1*100);//心跳检测
    checkTimer->start();
    m_heartTime=0;
    connect(checkTimer, SIGNAL(timeout()),this,SLOT(slotCheckTimeout()));

    m_mqttClient=nullptr;
    m_hostAddress="";
}
BaseMqtt::~BaseMqtt(void)
{
    qDebug()<<"~BaseMqtt, hostName="<<m_connectParam.hostName;
}

void BaseMqtt::slotLookUpHost(QHostInfo info)
{
   if(info.error() == QHostInfo::NoError)
   {
       foreach (QHostAddress address, info.addresses())
       {
            m_hostAddress=address.toString();
            qDebug()<<m_connectParam.hostName<<" mqtt found ip= "<<m_hostAddress;
            break;
       }
   }
}

void BaseMqtt::slotCheckTimeout(void)
{
    m_heartTime++;
    if(m_hostAddress.isEmpty())
    {
        if(m_heartTime%10==0)
        {
            qDebug("mqtt start dns!");
            QHostInfo::lookupHost(m_connectParam.hostName, this, SLOT(slotLookUpHost(QHostInfo)));
        }
        return;
    }
    if(m_mqttClient==nullptr)
    {
        if(!m_connectParam.certPath.isEmpty())//使用SSL连接
        {
            QFile file;
            QByteArray client_key_text, client_crt_text, root_crt_text;
            QString certPath=m_connectParam.certPath;
            QSslSocket ssl_socket;
            
            file.setFileName(certPath+"/client.key");
            file.open(QIODevice::ReadOnly | QIODevice::Text);
            client_key_text = file.readAll();
            file.close();
            
            file.setFileName(certPath+"/client.crt");
            file.open(QIODevice::ReadOnly | QIODevice::Text);
            client_crt_text = file.readAll();
            file.close();

            file.setFileName(certPath+"/rootCA.crt");
            file.open(QIODevice::ReadOnly | QIODevice::Text);
            root_crt_text = file.readAll();
            file.close();
            
            QSslKey client_key(client_key_text, QSsl::Rsa);
            QSslCertificate client_crt(client_crt_text);            

            ssl_socket.setPrivateKey(client_key);
            ssl_socket.setLocalCertificate(client_crt);
            
            QSslConfiguration ssl_config=QSslConfiguration::defaultConfiguration();
            ssl_config.setCaCertificates(QSslCertificate::fromData(root_crt_text)); //QSslCertificate::fromPath(certPath+"/rootCA.crt"); 
            ssl_config.setPrivateKey(ssl_socket.privateKey());
            ssl_config.setLocalCertificate(ssl_socket.localCertificate());
            ssl_config.setPeerVerifyMode(QSslSocket::QueryPeer);
            ssl_config.setPeerVerifyDepth(10);
            ssl_config.setProtocol(QSsl::TlsV1_2);

            m_mqttClient = new QMQTT::Client(m_hostAddress, m_connectParam.hostPort, ssl_config, true, this);
//            qDebug()<<"\n###SSL PrivateKey="<<ssl_config.privateKey();
//            qDebug()<<"###SSL Certificate="<<ssl_config.localCertificate();
//            qDebug()<<"###SSL rootCA="<<ssl_config.caCertificates();
//            qDebug()<<"hostName="<<m_hostAddress<<", hostPort="<<m_connectParam.hostPort;
//            qDebug()<<"userName="<<m_connectParam.userName<<", passWord="<<m_connectParam.passWord<<", clientID="<<m_connectParam.clientID;
        }
        else//普通连接
        {
            QHostAddress host(m_hostAddress);
            m_mqttClient = new QMQTT::Client(host, m_connectParam.hostPort, this);
        }
        signalSlotInit();
        m_mqttClient->setUsername(m_connectParam.userName);
        m_mqttClient->setPassword(m_connectParam.passWord);
        m_mqttClient->setClientId(m_connectParam.clientID);
        m_mqttClient->setAutoReconnect(true);
        m_mqttClient->setCleanSession(true);
        m_mqttClient->setKeepAlive(30);
        m_mqttClient->connectToHost();
    }
    else if(this->mqttIsConnected())
    {
        for(auto iter : m_subTopicList)//订阅话题
        {
            if(iter.isSubed==false)
            {
                mqttSubscribeMessage(iter.subTopic, iter.qos);
                break;
            }
        }
        if(m_heartTime%200==0)//保持连接
        {
//            qDebug()<<"mqtt send keep";
            mqttPublishMessage("dev/sub/data1", QByteArray("heart"));
        }
    }
    else
    {
//        qDebug()<<"BaseMqtt no connected!";
    }
}

void BaseMqtt::mqttConnect(QString hostName, u16 hostPort, QString userName, QByteArray passWord, QString clientID, QString certPath)
{
    clientID=clientID+QString("_")+takeHostMac().remove(":");
    m_connectParam.hostName=hostName;
    m_connectParam.hostPort=hostPort;
    m_connectParam.userName=userName;
    m_connectParam.passWord=passWord;
    m_connectParam.clientID=clientID;
    m_connectParam.certPath=certPath;

    u8 *pData=(u8*)hostName.toUtf8().data();
    if(pData[0]>='0' && pData[0]<='9')//判断是否为域名,使用域名时 域名的第一个字符不能是数字
    {
        m_hostAddress=hostName;
    }
}

bool BaseMqtt::mqttIsConnected(void)
{
//    if(m_mqttClient!=nullptr)
//        return m_mqttClient->isConnectedToHost();
    return isConnected;
}

void BaseMqtt::mqttPublishMessage(QString topicFilter, QByteArray msgBa)
{
    if(m_mqttClient==nullptr || m_mqttClient->isConnectedToHost()==false)
       return;
    QMQTT::Message message;
    message.setTopic(topicFilter);
    message.setPayload(msgBa);
    m_mqttClient->publish(message);
}

void BaseMqtt::mqttPingresp(void)
{
//    m_mqttClient->pingresp();
}

void BaseMqtt::mqttSubscribeMessage(QString topicFilter, quint8 qos)
{
    if(m_mqttClient==nullptr)
       return;
    m_mqttClient->subscribe(topicFilter, qos);
}

void BaseMqtt::mqttUnsubscribeMessage(QString topicFilter)
{
    if(m_mqttClient==nullptr)
       return;
    m_mqttClient->unsubscribe(topicFilter);
}

void BaseMqtt::signalSlotInit(void)
{
    connect(m_mqttClient, SIGNAL(connected()), this, SLOT(slotMqttConnected()));
    connect(m_mqttClient, SIGNAL(disconnected()), this, SLOT(slotMqttDisconnected()));
    connect(m_mqttClient, SIGNAL(error(QMQTT::ClientError)), this, SLOT(slotMqttError(QMQTT::ClientError)));
    connect(m_mqttClient, SIGNAL(pingresp()), this, SLOT(slotMqttPingresp()));
    connect(m_mqttClient, SIGNAL(published(QMQTT::Message,quint16)), this, SLOT(slotMqttPuslished(QMQTT::Message,quint16)));
    connect(m_mqttClient, SIGNAL(received(QMQTT::Message)), this, SLOT(slotMqttReceived(QMQTT::Message)));
    connect(m_mqttClient, SIGNAL(subscribed(QString,quint8)), this, SLOT(slotMqttSubscribed(QString,quint8)));
    connect(m_mqttClient, SIGNAL(unsubscribed(QString)), this, SLOT(slotMqttUnsubscribed(QString)));
}

void BaseMqtt::mqttAddTopic(QString topic, u8 qos)
{
    for(auto iter : m_subTopicList)
    {
        if(iter.subTopic==topic)
        {
            qDebug()<<"have the same topic="<<topic;
            return;
        }
    }
    SubTopicStruct tag_subTopic;
    tag_subTopic.subTopic=topic;
    tag_subTopic.isSubed=false;
    tag_subTopic.qos=qos;
    m_subTopicList.append(tag_subTopic);
    qDebug()<<"mqttAddTopic="<<topic;
}

void BaseMqtt::mqttDelTopic(QString topic)
{
    int i=0;
    for(auto iter : m_subTopicList)
    {
        if(topic==iter.subTopic)
        {
            if(iter.isSubed==true)
            {
                this->mqttUnsubscribeMessage(topic);
            }
            m_subTopicList.removeAt(i);
            qDebug()<<"remove topic="<<topic;
            return;
        }
        i++;
    }
}

void BaseMqtt::slotMqttConnected(void)
{
    isConnected=true;
    emit sigMqttConnected();
    qDebug()<<"clientId="<<m_mqttClient->clientId()<<"connected";
}

void BaseMqtt::slotMqttDisconnected(void)
{
    isConnected=false;
    int nSize=m_subTopicList.size();
    for(int i=0; i<nSize; i++)
    {
        m_subTopicList[i].isSubed=false;
    }
    qDebug()<<"clientId="<<m_mqttClient->clientId()<<"disconnected";
    emit sigMqttDisconnected();
}

void BaseMqtt::slotMqttError(const QMQTT::ClientError error)
{
    qDebug()<<"clientId="<<m_mqttClient->clientId()<<"slotMqttError="<<error;
}

void BaseMqtt::slotMqttPingresp(void)
{
//    qDebug("BaseMqtt::slotMqttPingresp");
}

void BaseMqtt::slotMqttPuslished(const QMQTT::Message &message, quint16 msgid)
{
    msgid=message.id();
    msgid=msgid;
//    qDebug("BaseMqtt::slotMqttPuslished, msgid=%d ", msgid);
//    qDebug()<<"msg="<<message.payload().toHex();
}

void BaseMqtt::slotMqttReceived(const QMQTT::Message &message)
{
    emit sigtMqttReceived(message);

}

void BaseMqtt::slotMqttSubscribed(const QString &topic, const quint8 qos)
{
    int i=0;
//    qDebug()<<"slotMqttSubscribed, topic="<<topic<<", qos="<<qos;
    for(auto iter : m_subTopicList)
    {
        if(iter.subTopic==topic)
        {
            m_subTopicList[i].isSubed=true;
            break;
        }
        i++;
    }
    emit sigMqttSubscribed(topic, qos);
}

void BaseMqtt::slotMqttUnsubscribed(const QString &topic)
{
    int i=0;
    for(auto iter : m_subTopicList)
    {
        if(iter.subTopic==topic)
        {
            m_subTopicList[i].isSubed=false;
            break;
        }
        i++;
    }
    emit sigMqttUnsubscribed(topic);
}

QString BaseMqtt::takeHostMac(void)
{
    DrvCommon drv_com;    
    return drv_com.takeRandMac();
}

对于应用层就很简单了，就是创建对象、连接和添加订阅话题即可。其中有个槽函数slotMqttReceived就是用来接收设备发来的数据的。

三、数据解析

数据解析跟嵌入式端是差不多的，下面是代码，像剥洋葱一样，查找帧头、校验、根据命令类型执行解析。

cpp 复制代码 
void MainInterface::slotMqttReceived(const QMQTT::Message &message)
{
    QByteArray msg_ba=message.payload();
    u8 *pData=(u8*)msg_ba.data();
//    qDebug()<<"mqtt recv="<<msg_ba.toHex(':');
    u8 head[2]={0xAA, 0x55};
   pData=drv_com.memstr(pData, msg_ba.size(), head, 2);
    if(pData!=nullptr)
    {
      u16 total_len=pData[2]<<8 | pData[3];
      u16 crcValue=pData[total_len]<<8 | pData[total_len+1];
      if(crcValue==drv_com.crc16(pData, total_len))
      {
        pData+=4;
        u32 device_sn=pData[0]<<24|pData[1]<<16|pData[2]<<8|pData[3];
        pData+=4;
        m_currDevSn=device_sn;
        u8 cmd_type=pData[0];
        pData+=1;
        qDebug("recv device_sn=%08X, cmd_type=%d", device_sn, cmd_type);
        m_keepTime=m_secCounts;
        switch(cmd_type)
        {
            case AIR_CMD_HEART:
            {
    
                break;
            }
            case AIR_CMD_DATA:
            {
                int temp=pData[0]<<8|pData[1];//温度 原始数据
                float temp_f=(temp-1000)/10.f;//温度浮点数据
                pData+=2;
                int humi=pData[0]<<8|pData[1];
                float humi_f=humi/10.f;
                pData+=2;
                int pm25=pData[0]<<8|pData[1];
                pData+=2;
                u8 speed=pData[0];
                pData+=1;
                u8 state=pData[0];
                pData+=1;
                qDebug("temp_f=%.1f C, humi_f=%.1f%%, pm25=%d ug/m3, speed=%d, state=%d", temp_f,  humi_f, pm25, speed,state);
                QString dev_sn_str=QString::asprintf("%08X", device_sn);
                QString temp_str=QString::asprintf("%.0f", temp_f);
                QString humi_str=QString::asprintf("%.0f", humi_f);
                QString pm25_str=QString::asprintf("%03d", pm25);
                
                int alarm_level=0;
                if(pm25<20)alarm_level=0;
                else if(pm25<30)alarm_level=1;
                else alarm_level=2;
                
                emit siqUpdateSensorValues(dev_sn_str, temp_str, humi_str, pm25_str);
                emit siqUpdateAlarmLevel(alarm_level);
                emit siqUpdateSwitchState(state);
                break;
            }
            case AIR_CMD_SET_SPEED:
            {
    
                break;
            }
        }
      }
    }
}

这里我们需要把数据送到前端去显示，所以定义了几个信号内容，如下图所示，从上到下依次是状态数据，污染等级和开关状态，这些数据都是设备端发送上来的，通过后端处理加工后发到前端显示。这里对于污染等级的数值可以自定义，我这边为了方便测试是20、30两个分界线，小米的净化器应该是30和80两条线。

四、数据更新

对于前端显示，这里先提一下如何接收后端发来的数据的，如下图所示。以Connections对象为基础，设置它的属性target为theMainInterface，这个其实就是我们加载QML文件时候设置的前后端交互名称，这里用上了，相当于是信号发射者；信号接收器就是C++文件里定义的信号函数前面加个on，然后首字母改成大写就可以了，这里是s改为S，这样这里就能接收到后端发送过来的传感器数据了，很简单吧。至于如何显示，放到前端部分再讲解。

五、数据发送

数据发送底层就是跟嵌入式端一样，组合后通过mqtt发送出去就行了，有点区别就是这时候要带上目标的序列号dev_sn，这样带有序列号的话题设备端才能收到数据。

cpp 复制代码 
void MainInterface::airSendLevel(u32 dev_sn, int cmd_type, u8 *cmd_buff, u16 cmd_len)
{
    u8 make_buff[500]={0};
    u16 make_len=0;
    
    make_buff[make_len++]=0xAA;
    make_buff[make_len++]=0x55;
    make_buff[make_len++]=0;
    make_buff[make_len++]=0;
    make_buff[make_len++]=dev_sn>>24;
    make_buff[make_len++]=dev_sn>>16;
    make_buff[make_len++]=dev_sn>>8;
    make_buff[make_len++]=dev_sn;
    make_buff[make_len++]=cmd_type;
    memcpy(&make_buff[make_len], cmd_buff, cmd_len);
    make_len+=cmd_len;
    make_buff[2]=make_len>>8;
    make_buff[3]=make_len;
    u16 crcValue=drv_com.crc16(make_buff, make_len);
    make_buff[make_len++]=crcValue>>8;
    make_buff[make_len++]=crcValue;
    QByteArray msg_ba((char*)make_buff, make_len);
    QString topic=QString::asprintf("air/dev/sub/%08X", dev_sn);
    if(m_mqttClient)
    {
        m_mqttClient->mqttPublishMessage(topic, msg_ba);
    }
}
六、指令下发

在应用层，主要就是开关和调速两个功能，这里要看下这两个函数的定义，比较特别，在头文件定义的函数名称前多了Q_INVOKABLE，添加了这个关键字后，这个函数就可以在QML文件里直接调用了，是不是很方便。置于函数的内容应该比较简单了，就是组合下报文给底层函数发送出去就行了，这里的命令定义跟嵌入式端是一样的，两边有改动的话一定要及时同步，不然就乱了。对于调速设置，函数的输入是0~1的浮点数，当小于0.1的时候会强制等于0.1，这样调速最低时才不会停掉，只是慢速转动。

对于这里的后端，总的来说没什么难点，主要还是做好前后端数据交互的准备。这里有个细节提一下，细心的也会发现，有个定时器槽函数slotCheckTimeout()，虽然这里没什么用，但是在其他有复杂任务或者多线程的时候很有用，它可以定时执行任务，相当于局部的main函数了，以后有机会再慢慢学习。

本项目的交流QQ群:701889554

写于2024-4-2

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