HarmonyOS IoT设备开发实战

本书主要介绍如何使用HarmonyOS（鸿蒙操作系统）开发物联网设备端软件，具体包括外设控制、网络编程、物联网平台接入等。本书的实例程序均在HiSpark Wi-Fi IoT开发套件上进行测试和演示，部分章节内容也适用于其他支持HarmonyOS的物联网设备。 本书共8章，分为4篇，即环境准备篇、外设控制篇、传输协议篇、物联网应用篇。环境准备篇包含第1章，主要内容为如何搭建HarmonyOS（鸿蒙操作系统）开发环境。外设控制篇包含第2章～第4章，主要内容为如何使用HarmonyOS（鸿蒙操作系统）控制外设。传输协议篇包含第5章和第6章，主要内容为如何使用HarmonyOS控制Wi-Fi，以及如何使用HarmonyOS（鸿蒙操作系统）进行网络编程。物联网应用篇包含第7章和第8章。通过学习第7章，读者能够对内核对象有比较深刻的理解。第8章的主要内容包括如何集成MQTT客户端SDK，以及如何开发一个物联网应用。 本书适合物联网设备开发、测试工程师阅读，也适合开设相关课程的院校师生阅读，还适合对HarmonyOS（鸿蒙操作系统）生态未来发展趋势感兴趣的推动者、从业者和潜在的生态建设参与者阅读。

江苏润和软件股份有限公司（证券代码：300339），是中国领先的产品与解决方案提供商和平台运营商。公司主营业务横跨金融科技、物联网两大领域，以国产化、数字化为核心，以信息技术为依托，致力于向国内外客户提供从芯片、硬件、底层软件到应用平台的综合解决方案与优质科技服务，公司已与多家行业头部客户建立了密切的战略伙伴关系，全面赋能企业的数字化转型。公司业务遍及中国、日本、东南亚、北美等区域，拥有全球化的技术洞察、技术资源与服务达到能力，能够为客户提供全面、即时、高效、前沿的数字化科技服务。

环境准备篇

第1章 搭建HarmonyOS开发环境 3

1.1 海思Hi3861芯片简介 4

1.2 Wi-Fi IoT开发套件简介 5

1.2.1　核心板简介 6

1.2.2　底板简介 7

1.2.3　交通灯板简介 8

1.2.4　炫彩灯板简介 9

1.2.5　环境检测板简介 10

1.2.6　OLED显示屏板简介 11

1.2.7　NFC扩展板简介 11

1.3 准备HarmonyOS开发环境 12

1.3.1　开发环境简介 12

1.3.2　硬件准备 13

1.3.3　软件准备 14

1.4 搭建HarmonyOS编译环境 15

1.4.1　安装编译环境依赖的软件包 15

1.4.2　下载编译和构建工具 16

1.4.3　安装编译和构建工具 16

1.4.4　安装Samba服务 17

1.5 下载和编译HarmonyOS源代码 18

1.5.1　获取HarmonyOS源代码 19

1.5.2　HarmonyOS 源代码目录简介 19

1.5.3　编译HarmonyOS源代码 20

1.6 使用HUAWEI DevEco Device Tool 21

1.6.1　下载HUAWEI DevEco Device Tool及其依赖的软件 21

1.6.2　安装HUAWEI DevEco Device Tool 23

1.6.3　映射Samba服务的共享目录到本地磁盘 26

1.6.4　用HUAWEI DevEco Device Tool导入项目 28

1.7 使用串口调试工具 30

1.7.1　下载CH340芯片相关软件 31

1.7.2　安装CH340芯片的驱动 31

1.7.3　串口调试工具简介 32

1.7.4　用串口调试工具查看串口日志 33

外设控制篇

第2章 37

用HarmonyOS控制I/O设备 37

2.1 从编写Hello World开始 37

2.1.1　编写Hello World程序源代码 37

2.1.2　将源代码编译成二进制文件 38

2.1.3　将二进制文件烧录到开发板 38

2.1.4　通过“串口”查看程序的运行结果 43

2.2 使用GPIO模块输出高/低电平 44

2.2.1　GPIO简介 44

2.2.2　HarmonyOS IoT硬件子系统的GPIO模块与输出相关的API 44

2.2.3　核心板可编程LED灯部分的原理图说明 45

2.2.4　通过GPIO模块控制LED灯亮和灭 46

2.3 使用GPIO模块实现按键输入 48

2.3.1　HarmonyOS IoT硬件子系统的GPIO模块与输入相关的API 49

2.3.2　核心板USER按键部分的原理图说明 50

2.3.3　通过查询GPIO状态控制LED灯 50

2.3.4　通过注册GPIO中断控制LED灯 53

2.4 使用PWM模块输出方波 55

2.4.1　PWM简介 55

2.4.2　HarmonyOS IoT硬件子系统的PWM模块的相关API 56

2.4.3　交通灯板的蜂鸣器部分的相关原理图说明 57

2.4.4　通过输出PWM方波控制蜂鸣器发声 58

2.4.5　通过PWM模块在蜂鸣器上播放音乐 60

2.4.6　通过PWM模块控制蜂鸣器的音量和LED灯的亮度 62

第3章 使用HarmonyOS感知环境状态 63

3.1 使用ADC获取模拟传感器的状态 63

3.1.1　HarmonyOS IoT硬件的ADC通道 63

3.1.2　Wi-Fi IoT开发套件的炫彩灯板原理图说明 65

3.1.3　通过光敏电阻感知环境光 67

3.1.4　通过人体红外传感器感知人员靠近 69

3.1.5　传感器状态控制三色LED灯的颜色 69

3.1.6　使用ADC值区分同一个引脚上的不同按键 71

3.2 其他ADC传感器的使用 76

3.2.1　与环境检测板MQ-2相关的原理图说明 76

3.2.2　MQ-2可燃气体传感器简介 78

3.2.3　读取MQ-2可燃气体传感器的ADC值 78

3.3 使用I2C接口获取数字温湿度传感器的状态 79

3.3.1　HarmonyOS IoT硬件的I2C接口 79

3.3.2　AHT20数字温湿度传感器简介 82

3.3.3　环境检测板上与AHT20数字温湿度传感器相关的原理图说明 83

3.3.4　实现AHT20数字温湿度传感器驱动库 84

3.3.5　获取AHT20数字温湿度传感器的值 87

第4章 OLED显示屏的驱动和控制 93

4.1 使用HarmonyOS驱动OLED显示屏 93

4.1.1　OLED简介 93

4.1.2　OLED显示屏的原理图 94

4.1.3　OLED的初始化 96

4.1.4　在OLED显示屏上绘制画面 98

4.1.5　在OLED显示屏上绘制ASCII字符串 101

4.2 在OLED显示屏上显示中文 106

4.2.1　中文字符编码和中文字体 106

4.2.2　实现中文字体绘制 107

传输协议篇

第5章 使用HarmonyOS控制Wi-Fi 115

5.1 Wi-Fi背景知识简介 115

5.1.1　Wi-Fi简介 115

5.1.2　Wi-Fi工作模式简介 118

5.2 HarmonyOS IoT硬件的Wi-Fi STA模式编程 119

5.2.1　扫描其他Wi-Fi接入点 119

5.2.2　连接到某个Wi-Fi接入点 121

5.3 HarmonyOS IoT硬件的Wi-Fi AP模式编程 121

5.3.1　创建Wi-Fi热点 121

5.3.2　提供DHCP服务 125

5.4 HarmonyOS IoT硬件 Wi-Fi通用函数 129

第6章 HarmonyOS网络编程 134

6.1 TCP/IP简介 134

6.2 LwIP开源项目简介 141

6.3 TCP编程 148

6.3.1　TCP客户端程序 148

6.3.2　TCP服务端程序 151

6.4 UDP编程 155

6.4.1　UDP客户端程序 155

6.4.2　UDP服务端程序 157

物联网应用篇

第7章 HarmonyOS IoT设备内核的编程接口 163

7.1 CMSIS-RTOS API V2简介及HarmonyOS 适配情况 163

7.2 线程 164

7.3 等待 170

7.4 软定时器 172

7.5 互斥锁 176

7.6 信号量 179

7.7 消息队列 183

第8章 MQTT协议简介 189

8.1 什么是MQTT协议 189

8.2 应用场景 190

8.3 MQTT 协议的特性 190

8.4 MQTT协议的订阅与发布模型介绍 191

8.4.1　基于MQTT协议的消息传递 191

8.4.2　报文类型说明 191

8.4.3　在基本消息的订阅与发布流程中常用的报文介绍 192

8.4.4　基于MQTT协议的消息发布与订阅的三种方式 194

8.5 Paho-MQTT简介 196

8.6 Paho-MQTT的消息传输测试 198

8.6.1　下载代码并进行编译与烧录 198

8.6.2　输入测试命令 199

8.6.3　服务端应用Mosquitto的使用 199

8.7 使用MQTT方式连接华为云 201

附录 209

附录A VirtualBox的安装和使用 209

附录B 在VirtualBox中安装Ubuntu 20.04系统 214

附录C 使用SSH客户端登录服务器 229

附录D 使用开源镜像站加速安装apt软件包和pip软件包 232

附录E Hi3861引脚功能复用表 233