【FPB-RA6E2 开发板】Zephyr 物联网温湿度计

本文介绍了瑞萨 FPB-RA6E2 开发板使用 Zephyr 开发环境结合 DHT11 传感器和 DTU 模块，通过 MQTT 上传数据实现物联网温湿度计的项目设计。

项目介绍

准备工作：硬件连接、流程图、开发环境准备等；
工程代码：包括主程序代码和配置文件代码；
编译上传：工程编译和固件上传等流程；
效果演示：MQTTX 接收开发板上传的数据，并上传至 Home Assistant 智能家居平台。

硬件连接

DHT11	FPB-RA6E2
VCC	3V3
DATA	P500（Arduino D4 引脚）
GND	GND

实物连接

流程图

否
是
开始
初始化
DHT传感器

就绪
结束
主循环
读取信息
解码器 API
解码温度通道
解码湿度通道
格式化温度值
格式化湿度值
MQTT上传
延时

环境准备

Zephyr 开发环境搭建流程详见：【FPB-RA6E2 开发板】介绍、Zephyr 环境搭建、工程测试 .

以管理员身份运行 PowerShell 终端；
进入 Zephyr 开发文件夹路径，并激活 Python 虚拟环境；

bash 复制代码

cd ...\Zephyr_Project\Renesas
Set-ExecutionPolicy -Scope Process -ExecutionPolicy Bypass # 每次打开新终端均需要执行该指令
.venv\Scripts\Activate.ps1

工程代码

打开 ...\zephyr\samples\sensor\dht_polling\src\main.c 主程序文件，代码如下

c++ 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <zephyr/device.h>
#include <zephyr/sys/util_macro.h>
#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/drivers/sensor.h>
#include <zephyr/drivers/sensor_data_types.h>
#include <zephyr/rtio/rtio.h>
#include <zephyr/dsp/print_format.h>

#define DHT_ALIAS(i) DT_ALIAS(_CONCAT(dht, i))
#define DHT_DEVICE(i, _)                                                      \
	IF_ENABLED(DT_NODE_EXISTS(DHT_ALIAS(i)), (DEVICE_DT_GET(DHT_ALIAS(i)),))

/* Support up to 10 temperature/humidity sensors */
static const struct device *const sensors[] = {LISTIFY(10, DHT_DEVICE, ())};

#define DHT_IODEV(i, _)                                                      \
	IF_ENABLED(DT_NODE_EXISTS(DHT_ALIAS(i)),                                 \
		(SENSOR_DT_READ_IODEV(_CONCAT(dht_iodev, i), DHT_ALIAS(i),           \
		{SENSOR_CHAN_AMBIENT_TEMP, 0},                                       \
		{SENSOR_CHAN_HUMIDITY, 0})))

LISTIFY(10, DHT_IODEV, (;));

#define DHT_IODEV_REF(i, _)                                                   \
	COND_CODE_1(DT_NODE_EXISTS(DHT_ALIAS(i)), (CONCAT(&dht_iodev, i)), (NULL))

static struct rtio_iodev *dht_iodev[] = { LISTIFY(10, DHT_IODEV_REF, (,)) };

RTIO_DEFINE(dht_ctx, 1, 1);

int main(void)
{
	int rc;

	for (size_t i = 0; i < ARRAY_SIZE(sensors); i++) {
		if (!device_is_ready(sensors[i])) {
			printk("sensor: device %s not ready.\n", sensors[i]->name);
			return 0;
		}
	}

	while (1) {
		for (size_t i = 0; i < ARRAY_SIZE(sensors); i++) {
			struct device *dev = (struct device *) sensors[i];

			uint8_t buf[128];

			rc = sensor_read(dht_iodev[i], &dht_ctx, buf, 128);

			if (rc != 0) {
				printk("%s: sensor_read() failed: %d\n", dev->name, rc);
				return rc;
			}

			const struct sensor_decoder_api *decoder;

			rc = sensor_get_decoder(dev, &decoder);

			if (rc != 0) {
				printk("%s: sensor_get_decode() failed: %d\n", dev->name, rc);
				return rc;
			}

			uint32_t temp_fit = 0;
			struct sensor_q31_data temp_data = {0};

			decoder->decode(buf,
					(struct sensor_chan_spec) {SENSOR_CHAN_AMBIENT_TEMP, 0},
					&temp_fit, 1, &temp_data);

			uint32_t hum_fit = 0;
			struct sensor_q31_data hum_data = {0};

			decoder->decode(buf,
					(struct sensor_chan_spec) {SENSOR_CHAN_HUMIDITY, 0},
					&hum_fit, 1, &hum_data);

			printk("{\"id\": \"%s\", \"temp\": %s%d.%d, \"humi\": %s%d.%d}\n", dev->name,
				PRIq_arg(temp_data.readings[0].temperature, 2, temp_data.shift),
				PRIq_arg(hum_data.readings[0].humidity,   2, hum_data.shift));
		}
		k_msleep(1000);
	}
	return 0;
}

保存代码。

配置文件

新建 ...\zephyr\samples\sensor\dht_polling\boards\fpb_ra6e2.overlay 文件，并添加如下代码

c++ 复制代码

/* SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 */

/ {
	aliases {
		dht0 = &dht11;
	};

	dht11: dht11 {
		compatible = "aosong,dht";
		dio-gpios = <&ioport5 0 GPIO_ACTIVE_LOW>; /* P500 */
		status = "okay";
	};
};

&ioport5 {
	status = "okay";
};

保存代码。

编译上传

代码和配置完成后，执行工程编译和固件上传指令。

固件编译

进入 zephyr 所在文件夹，构建目标工程

bash 复制代码

cd zephyr
west build -p always -b fpb_ra6e2 .\samples\sensor\dht_polling

固件上传

待编译完成，连接开发板，执行指令

bash 复制代码

west flash

效果演示

使用 MobaXterm 软件连接 J-LINK 虚拟串口，波特率115200，可获取 DHT11 采集的环境温湿度信息并以 JSON 报文格式打印；

MQTT

包括串口测试、DTU配置、硬件连接、MQTT测试。

串口测试

使用 USB 转 TTL 模块，RXD 连接开发板的 Arduino TX 引脚，串口调试软件打开模块对应的设备端口，立即接收到 JSON 格式的报文

ATK D20

这里使用 ATK-D20 WiFi DTU 模块实现串口 MQTT 透传。

详见：D20 WiFi DTU | 文档 .

硬件连接

FPB-RA6E2	DTU模块	说明
P410 (RXD)	TXD	Receive Data
P411 (TXD)	RXD	Transmit Data
GND	GND	Ground

MQTT 配置

检查硬件连接，打开 ATK-D2x 配置软件，打开串口；
进入左侧 模式配置 界面，工作模式选择 MQTT；
填写 MQTT 服务器用户名、密码、ip地址、订阅主题、发送主题等信息；
点击上方 保存所有参数 按钮，此时上位机自动发送 AT 指令，完成 MQTT 配置并自动重启；

MQTTX

使用 MQTTX 软件测试串口透传与服务器转发。

打开 MQTTX 软件，新建连接；
填写 MQTT 服务器地址、用户名信息等，点击 Connect 按钮；
新建订阅主题，输入 ATK-D20 上位机对应的发布主题信息，如 homeassistant/sensor/dht；
窗口不断弹出接收到的 MQTT 服务器转发的 DHT11 温湿度信息；

Home Assistant

在实现 MQTT 透传的基础上，进一步上传报文至 Home Assistant 平台。

YAML 配置

配置 HA 平台的 YAML 文件，根据主题添加相关参数；

YAML 文件代码

yaml 复制代码

mqtt:
  sensor:
    - name: "温度"
      state_topic: "homeassistant/sensor/dht"
      unit_of_measurement: "°C"
      value_template: "{{ value_json.temp }}"
    - name: "湿度"
      state_topic: "homeassistant/sensor/dht"
      unit_of_measurement: "%"
      value_template: "{{ value_json.humi }}"

进入 HA 概览页面，编辑仪表盘，添加对应的卡片即可；

总结

本文介绍了瑞萨 FPB-RA6E2 开发板使用 Zephyr 开发环境结合 DHT11 传感器和 DTU 模块，通过 MQTT 上传数据实现物联网温湿度计的项目设计，为相关产品在物联网领域的快速开发和应用设计提供了参考。