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物联网实战--入门篇之(十)安卓QT--后端开发

作者：Cpp五条 | 2024-04-13 19:56:22

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物联网实战--入门篇之(十)安卓QT--后端开发

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。

  1. #include "BaseMqtt.h"
  2.  
  3.  
  4. BaseMqtt::BaseMqtt(QObject *parent) : QObject(parent)
  5. {
  6.     isConnected=false;
  7.     checkTimer = new QTimer(this);
  8.     checkTimer->setInterval(1*100);//心跳检测
  9.     checkTimer->start();
  10.     m_heartTime=0;
  11.     connect(checkTimer, SIGNAL(timeout()),this,SLOT(slotCheckTimeout()));
  12.  
  13.     m_mqttClient=nullptr;
  14.     m_hostAddress="";
  15. }
  16. BaseMqtt::~BaseMqtt(void)
  17. {
  18.     qDebug()<<"~BaseMqtt, hostName="<<m_connectParam.hostName;
  19. }
  20.  
  21. void BaseMqtt::slotLookUpHost(QHostInfo info)
  22. {
  23.    if(info.error() == QHostInfo::NoError)
  24.    {
  25.        foreach (QHostAddress address, info.addresses())
  26.        {
  27.             m_hostAddress=address.toString();
  28.             qDebug()<<m_connectParam.hostName<<" mqtt found ip= "<<m_hostAddress;
  29.             break;
  30.        }
  31.    }
  32. }
  33.  
  34. void BaseMqtt::slotCheckTimeout(void)
  35. {
  36.     m_heartTime++;
  37.     if(m_hostAddress.isEmpty())
  38.     {
  39.         if(m_heartTime%10==0)
  40.         {
  41.             qDebug("mqtt start dns!");
  42.             QHostInfo::lookupHost(m_connectParam.hostName, this, SLOT(slotLookUpHost(QHostInfo)));
  43.         }
  44.         return;
  45.     }
  46.     if(m_mqttClient==nullptr)
  47.     {
  48.         if(!m_connectParam.certPath.isEmpty())//使用SSL连接
  49.         {
  50.             QFile file;
  51.             QByteArray client_key_text, client_crt_text, root_crt_text;
  52.             QString certPath=m_connectParam.certPath;
  53.             QSslSocket ssl_socket;
  54.             
  55.             file.setFileName(certPath+"/client.key");
  56.             file.open(QIODevice::ReadOnly | QIODevice::Text);
  57.             client_key_text = file.readAll();
  58.             file.close();
  59.             
  60.             file.setFileName(certPath+"/client.crt");
  61.             file.open(QIODevice::ReadOnly | QIODevice::Text);
  62.             client_crt_text = file.readAll();
  63.             file.close();
  64.  
  65.             file.setFileName(certPath+"/rootCA.crt");
  66.             file.open(QIODevice::ReadOnly | QIODevice::Text);
  67.             root_crt_text = file.readAll();
  68.             file.close();
  69.             
  70.             QSslKey client_key(client_key_text, QSsl::Rsa);
  71.             QSslCertificate client_crt(client_crt_text);            
  72.  
  73.             ssl_socket.setPrivateKey(client_key);
  74.             ssl_socket.setLocalCertificate(client_crt);
  75.             
  76.             QSslConfiguration ssl_config=QSslConfiguration::defaultConfiguration();
  77.             ssl_config.setCaCertificates(QSslCertificate::fromData(root_crt_text)); //QSslCertificate::fromPath(certPath+"/rootCA.crt"); 
  78.             ssl_config.setPrivateKey(ssl_socket.privateKey());
  79.             ssl_config.setLocalCertificate(ssl_socket.localCertificate());
  80.             ssl_config.setPeerVerifyMode(QSslSocket::QueryPeer);
  81.             ssl_config.setPeerVerifyDepth(10);
  82.             ssl_config.setProtocol(QSsl::TlsV1_2);
  83.  
  84.             m_mqttClient = new QMQTT::Client(m_hostAddress, m_connectParam.hostPort, ssl_config, true, this);
  85. //            qDebug()<<"\n###SSL PrivateKey="<<ssl_config.privateKey();
  86. //            qDebug()<<"###SSL Certificate="<<ssl_config.localCertificate();
  87. //            qDebug()<<"###SSL rootCA="<<ssl_config.caCertificates();
  88. //            qDebug()<<"hostName="<<m_hostAddress<<", hostPort="<<m_connectParam.hostPort;
  89. //            qDebug()<<"userName="<<m_connectParam.userName<<", passWord="<<m_connectParam.passWord<<", clientID="<<m_connectParam.clientID;
  90.         }
  91.         else//普通连接
  92.         {
  93.             QHostAddress host(m_hostAddress);
  94.             m_mqttClient = new QMQTT::Client(host, m_connectParam.hostPort, this);
  95.         }
  96.         signalSlotInit();
  97.         m_mqttClient->setUsername(m_connectParam.userName);
  98.         m_mqttClient->setPassword(m_connectParam.passWord);
  99.         m_mqttClient->setClientId(m_connectParam.clientID);
  100.         m_mqttClient->setAutoReconnect(true);
  101.         m_mqttClient->setCleanSession(true);
  102.         m_mqttClient->setKeepAlive(30);
  103.         m_mqttClient->connectToHost();
  104.     }
  105.     else if(this->mqttIsConnected())
  106.     {
  107.         for(auto iter : m_subTopicList)//订阅话题
  108.         {
  109.             if(iter.isSubed==false)
  110.             {
  111.                 mqttSubscribeMessage(iter.subTopic, iter.qos);
  112.                 break;
  113.             }
  114.         }
  115.         if(m_heartTime%200==0)//保持连接
  116.         {
  117. //            qDebug()<<"mqtt send keep";
  118.             mqttPublishMessage("dev/sub/data1", QByteArray("heart"));
  119.         }
  120.     }
  121.     else
  122.     {
  123. //        qDebug()<<"BaseMqtt no connected!";
  124.     }
  125. }
  126.  
  127. void BaseMqtt::mqttConnect(QString hostName, u16 hostPort, QString userName, QByteArray passWord, QString clientID, QString certPath)
  128. {
  129.     clientID=clientID+QString("_")+takeHostMac().remove(":");
  130.     m_connectParam.hostName=hostName;
  131.     m_connectParam.hostPort=hostPort;
  132.     m_connectParam.userName=userName;
  133.     m_connectParam.passWord=passWord;
  134.     m_connectParam.clientID=clientID;
  135.     m_connectParam.certPath=certPath;
  136.  
  137.     u8 *pData=(u8*)hostName.toUtf8().data();
  138.     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
  139.     {
  140.         m_hostAddress=hostName;
  141.     }
  142. }
  143.  
  144. bool BaseMqtt::mqttIsConnected(void)
  145. {
  146. //    if(m_mqttClient!=nullptr)
  147. //        return m_mqttClient->isConnectedToHost();
  148.     return isConnected;
  149. }
  150.  
  151. void BaseMqtt::mqttPublishMessage(QString topicFilter, QByteArray msgBa)
  152. {
  153.     if(m_mqttClient==nullptr || m_mqttClient->isConnectedToHost()==false)
  154.        return;
  155.     QMQTT::Message message;
  156.     message.setTopic(topicFilter);
  157.     message.setPayload(msgBa);
  158.     m_mqttClient->publish(message);
  159. }
  160.  
  161. void BaseMqtt::mqttPingresp(void)
  162. {
  163. //    m_mqttClient->pingresp();
  164. }
  165.  
  166. void BaseMqtt::mqttSubscribeMessage(QString topicFilter, quint8 qos)
  167. {
  168.     if(m_mqttClient==nullptr)
  169.        return;
  170.     m_mqttClient->subscribe(topicFilter, qos);
  171. }
  172.  
  173. void BaseMqtt::mqttUnsubscribeMessage(QString topicFilter)
  174. {
  175.     if(m_mqttClient==nullptr)
  176.        return;
  177.     m_mqttClient->unsubscribe(topicFilter);
  178. }
  179.  
  180. void BaseMqtt::signalSlotInit(void)
  181. {
  182.     connect(m_mqttClient, SIGNAL(connected()), this, SLOT(slotMqttConnected()));
  183.     connect(m_mqttClient, SIGNAL(disconnected()), this, SLOT(slotMqttDisconnected()));
  184.     connect(m_mqttClient, SIGNAL(error(QMQTT::ClientError)), this, SLOT(slotMqttError(QMQTT::ClientError)));
  185.     connect(m_mqttClient, SIGNAL(pingresp()), this, SLOT(slotMqttPingresp()));
  186.     connect(m_mqttClient, SIGNAL(published(QMQTT::Message,quint16)), this, SLOT(slotMqttPuslished(QMQTT::Message,quint16)));
  187.     connect(m_mqttClient, SIGNAL(received(QMQTT::Message)), this, SLOT(slotMqttReceived(QMQTT::Message)));
  188.     connect(m_mqttClient, SIGNAL(subscribed(QString,quint8)), this, SLOT(slotMqttSubscribed(QString,quint8)));
  189.     connect(m_mqttClient, SIGNAL(unsubscribed(QString)), this, SLOT(slotMqttUnsubscribed(QString)));
  190. }
  191.  
  192. void BaseMqtt::mqttAddTopic(QString topic, u8 qos)
  193. {
  194.     for(auto iter : m_subTopicList)
  195.     {
  196.         if(iter.subTopic==topic)
  197.         {
  198.             qDebug()<<"have the same topic="<<topic;
  199.             return;
  200.         }
  201.     }
  202.     SubTopicStruct tag_subTopic;
  203.     tag_subTopic.subTopic=topic;
  204.     tag_subTopic.isSubed=false;
  205.     tag_subTopic.qos=qos;
  206.     m_subTopicList.append(tag_subTopic);
  207.     qDebug()<<"mqttAddTopic="<<topic;
  208. }
  209.  
  210. void BaseMqtt::mqttDelTopic(QString topic)
  211. {
  212.     int i=0;
  213.     for(auto iter : m_subTopicList)
  214.     {
  215.         if(topic==iter.subTopic)
  216.         {
  217.             if(iter.isSubed==true)
  218.             {
  219.                 this->mqttUnsubscribeMessage(topic);
  220.             }
  221.             m_subTopicList.removeAt(i);
  222.             qDebug()<<"remove topic="<<topic;
  223.             return;
  224.         }
  225.         i++;
  226.     }
  227. }
  228.  
  229. void BaseMqtt::slotMqttConnected(void)
  230. {
  231.     isConnected=true;
  232.     emit sigMqttConnected();
  233.     qDebug()<<"clientId="<<m_mqttClient->clientId()<<"connected";
  234. }
  235.  
  236. void BaseMqtt::slotMqttDisconnected(void)
  237. {
  238.     isConnected=false;
  239.     int nSize=m_subTopicList.size();
  240.     for(int i=0; i<nSize; i++)
  241.     {
  242.         m_subTopicList[i].isSubed=false;
  243.     }
  244.     qDebug()<<"clientId="<<m_mqttClient->clientId()<<"disconnected";
  245.     emit sigMqttDisconnected();
  246. }
  247.  
  248. void BaseMqtt::slotMqttError(const QMQTT::ClientError error)
  249. {
  250.     qDebug()<<"clientId="<<m_mqttClient->clientId()<<"slotMqttError="<<error;
  251. }
  252.  
  253. void BaseMqtt::slotMqttPingresp(void)
  254. {
  255. //    qDebug("BaseMqtt::slotMqttPingresp");
  256. }
  257.  
  258. void BaseMqtt::slotMqttPuslished(const QMQTT::Message &message, quint16 msgid)
  259. {
  260.     msgid=message.id();
  261.     msgid=msgid;
  262. //    qDebug("BaseMqtt::slotMqttPuslished, msgid=%d ", msgid);
  263. //    qDebug()<<"msg="<<message.payload().toHex();
  264. }
  265.  
  266. void BaseMqtt::slotMqttReceived(const QMQTT::Message &message)
  267. {
  268.     emit sigtMqttReceived(message);
  269.  
  270. }
  271.  
  272. void BaseMqtt::slotMqttSubscribed(const QString &topic, const quint8 qos)
  273. {
  274.     int i=0;
  275. //    qDebug()<<"slotMqttSubscribed, topic="<<topic<<", qos="<<qos;
  276.     for(auto iter : m_subTopicList)
  277.     {
  278.         if(iter.subTopic==topic)
  279.         {
  280.             m_subTopicList[i].isSubed=true;
  281.             break;
  282.         }
  283.         i++;
  284.     }
  285.     emit sigMqttSubscribed(topic, qos);
  286. }
  287.  
  288. void BaseMqtt::slotMqttUnsubscribed(const QString &topic)
  289. {
  290.     int i=0;
  291.     for(auto iter : m_subTopicList)
  292.     {
  293.         if(iter.subTopic==topic)
  294.         {
  295.             m_subTopicList[i].isSubed=false;
  296.             break;
  297.         }
  298.         i++;
  299.     }
  300.     emit sigMqttUnsubscribed(topic);
  301. }
  302.  
  303. QString BaseMqtt::takeHostMac(void)
  304. {
  305.     DrvCommon drv_com;    
  306.     return drv_com.takeRandMac();
  307. }
  308.  
  309.

        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。

  1.  
  2. void MainInterface::slotMqttReceived(const QMQTT::Message &message)
  3. {
  4.     QByteArray msg_ba=message.payload();
  5.     u8 *pData=(u8*)msg_ba.data();
  6. //    qDebug()<<"mqtt recv="<<msg_ba.toHex(':');
  7.     u8 head[2]={0xAA, 0x55};
  8.    pData=drv_com.memstr(pData, msg_ba.size(), head, 2);
  9.     if(pData!=nullptr)
  10.     {
  11.       u16 total_len=pData[2]<<8 | pData[3];
  12.       u16 crcValue=pData[total_len]<<8 | pData[total_len+1];
  13.       if(crcValue==drv_com.crc16(pData, total_len))
  14.       {
  15.         pData+=4;
  16.         u32 device_sn=pData[0]<<24|pData[1]<<16|pData[2]<<8|pData[3];
  17.         pData+=4;
  18.         m_currDevSn=device_sn;
  19.         u8 cmd_type=pData[0];
  20.         pData+=1;
  21.         qDebug("recv device_sn=%08X, cmd_type=%d", device_sn, cmd_type);
  22.         m_keepTime=m_secCounts;
  23.         switch(cmd_type)
  24.         {
  25.             case AIR_CMD_HEART:
  26.             {
  27.     
  28.                 break;
  29.             }
  30.             case AIR_CMD_DATA:
  31.             {
  32.                 int temp=pData[0]<<8|pData[1];//温度 原始数据
  33.                 float temp_f=(temp-1000)/10.f;//温度浮点数据
  34.                 pData+=2;
  35.                 int humi=pData[0]<<8|pData[1];
  36.                 float humi_f=humi/10.f;
  37.                 pData+=2;
  38.                 int pm25=pData[0]<<8|pData[1];
  39.                 pData+=2;
  40.                 u8 speed=pData[0];
  41.                 pData+=1;
  42.                 u8 state=pData[0];
  43.                 pData+=1;
  44.                 qDebug("temp_f=%.1f C, humi_f=%.1f%%, pm25=%d ug/m3, speed=%d, state=%d", temp_f,  humi_f, pm25, speed,state);
  45.                 QString dev_sn_str=QString::asprintf("%08X", device_sn);
  46.                 QString temp_str=QString::asprintf("%.0f", temp_f);
  47.                 QString humi_str=QString::asprintf("%.0f", humi_f);
  48.                 QString pm25_str=QString::asprintf("%03d", pm25);
  49.                 
  50.                 int alarm_level=0;
  51.                 if(pm25<20)alarm_level=0;
  52.                 else if(pm25<30)alarm_level=1;
  53.                 else alarm_level=2;
  54.                 
  55.                 emit siqUpdateSensorValues(dev_sn_str, temp_str, humi_str, pm25_str);
  56.                 emit siqUpdateAlarmLevel(alarm_level);
  57.                 emit siqUpdateSwitchState(state);
  58.                 break;
  59.             }
  60.             case AIR_CMD_SET_SPEED:
  61.             {
  62.     
  63.                 break;
  64.             }
  65.         }
  66.       }
  67.     }
  68. }

        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。

  1.  
  2. void MainInterface::airSendLevel(u32 dev_sn, int cmd_type, u8 *cmd_buff, u16 cmd_len)
  3. {
  4.     u8 make_buff[500]={0};
  5.     u16 make_len=0;
  6.     
  7.     make_buff[make_len++]=0xAA;
  8.     make_buff[make_len++]=0x55;
  9.     make_buff[make_len++]=0;
  10.     make_buff[make_len++]=0;
  11.     make_buff[make_len++]=dev_sn>>24;
  12.     make_buff[make_len++]=dev_sn>>16;
  13.     make_buff[make_len++]=dev_sn>>8;
  14.     make_buff[make_len++]=dev_sn;
  15.     make_buff[make_len++]=cmd_type;
  16.     memcpy(&make_buff[make_len], cmd_buff, cmd_len);
  17.     make_len+=cmd_len;
  18.     make_buff[2]=make_len>>8;
  19.     make_buff[3]=make_len;
  20.     u16 crcValue=drv_com.crc16(make_buff, make_len);
  21.     make_buff[make_len++]=crcValue>>8;
  22.     make_buff[make_len++]=crcValue;
  23.     QByteArray msg_ba((char*)make_buff, make_len);
  24.     QString topic=QString::asprintf("air/dev/sub/%08X", dev_sn);
  25.     if(m_mqttClient)
  26.     {
  27.         m_mqttClient->mqttPublishMessage(topic, msg_ba);
  28.     }
  29. }
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。

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   写于2024-4-2

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