【e起DIY】低功耗蓝牙温湿度计：MQTT传输

本文介绍了恩智浦 FRDM-MCXW71 开发板使用 Zephyr 开发环境实现 DHT11 温湿度读取，并通过串口通信和蓝牙模块实现 MQTT 数据传输的项目设计，包括环境搭建、工程测试、关键代码、物联网 MQTT 接入、LabVIEW 上位机设计及数据采集等。

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；

• 效果演示：编译上传，串口打印 JSON 消息与温湿度数据；

• 物联网MQTT：接入云端 MQTT 服务器，实现消息转发与订阅；

• LabVIEW 上位机：设计自动化数据采集的 labview 程序，实现温湿度演化曲线记录与存储。

硬件连接

传感器与开发板接线方式如下

为了实现 MQTT 通信，这里使用 D20 - DTU 模块，通过串口通信接口获取开发板采集的传感器温湿度数据，并转发至 MQTT 云端服务器；

D20 与开发板的接线方式如下

实物图

串口参数

• 加载工程文件夹，在顶部搜索框输入 zephyr.dts 并打开 dht_polling 工程文件目录下的对应配置文件；

• 搜索 zephyr,console 获取开发板对应的串口物理配置；

• 由原理图可知 LPUART1 对应 PTC2 (RX) 和 PTC3 (TX) 引脚；

• UART1 的 RX 和 TX 端分别对应 Arduino 的 A0 和 A1 引脚；

• 若仅考虑温湿度上报，则连接 UART1 的发送引脚 A1 即可。

环境搭建

• 下载 并安装 Visual Studio Code 软件；

• 安装 MCUXpresso for VS Code 扩展插件；

• 使用 MCUXpresso 安装程序搭建 Zephyr 开发环境。

详见：【e起DIY】低功耗蓝牙温湿度计：介绍、环境搭建、工程测试 .

流程图

工程创建

• 从 Zephyr 仓库导入目标工程，在 快速启动面板 中点击 “从仓库导入示例” ；

• 开发板选择 frdm_mcxw71 开发板；

• 示例选择 zephyr/samples/sensor/dht_polling ；

• 应用程序类型，选择存储库应用程序；

• 点击导入，示例应会添加到项目视图中。

详见：【e起DIY】低功耗蓝牙温湿度计：DHT11驱动 .

配置文件

• 展开左侧 Projects 目录，右击 dht_polling/Project Files/boards 文件夹；

• 新建 frdm_mcxw71.overlay 配置文件；

• 点击 frdm_mcxw71.overlay 并添加如下代码

 / {
  aliases {
   dht0 = &dht11_node;
  };
     dht11_node: dht11 {  
         compatible = "aosong,dht";  
         dio-gpios = <&gpioa 19 GPIO_ACTIVE_LOW>;  
         status = "okay";  
     }; 
 };
 
 &gpioa {  
     status = "okay";  
 };

保存文件。

详见：【e起DIY】低功耗蓝牙温湿度计：DHT11驱动 .

工程代码

展开左侧 Projects 目录，点击 dht_polling/Project Files/src/main.c 文件并打开

 #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("{\"dev\":\"%s\",\"temp\":%s%d.%d,\"humidity\":%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。

效果演示

• 打开串口调试助手软件，配置串口参数并连接；

• 连续接收 DHT11 温湿度 JSON 消息；

MQTT

使用 DTU 模块实现温湿度 JSON 报文的 MQTT 上传。

DTU 配置

• 使用 USB 转 TTL 工具，连接 DTU 模块和电脑；

• 打开 DTU 配置软件，配置 WiFi 信息；

• 打开模式配置标签页，工作模式 MQTT，服务器地址为 iot.kittenbot.cn ，端口 1883，发布主题定义等；

云服务器

物联网 IoT 云端平台使用 KZone喵星球 ；

• 打开物联网 IoT 服务器平台 https://kzone2.kittenbot.cn/iot-studio ；

• 进入 话题中心 界面，点击小齿轮（设置）按钮，配置服务器地址、前缀路径等；

  

• 

• 进入 话题中心 模块，新建话题；

• 配置话题，包括 ID、Topic、描述备注等；

• 打开目标话题，接收 MCXW71 发送的传感器数据；

详见：快速开始 | IoT Studio .

MQTTX

• 安装并运行 MQTTX 客户端；

• 新建连接，输入 IoT 服务器地址 iot.kittenbot.cn ，端口 1883 等参数；

• 点击 Connect 按钮，连接 MQTT 服务器；

• 添加订阅主题，连续接收温湿度的 JSON 消息；

LabVIEW 上位机

包括前面板和程序面板设计。

前面板

前面板设计包括IoT服务器地址、订阅主题、实时演化曲线、数据保存等模块。

程序面板

程序面板采用模块化设计，将 MQTT 服务器配置封装，JSON 消息接收与数据提取，确保任务稳定执行。

数据采集

• 配置目标 MQTT 服务器地址、端口、订阅主题 Topic，运行程序；

• 点击 START 按钮，接入 MQTT 服务器，连续接收温湿度数据；

动态演示

• LabVIEW 程序运行后，当目标订阅主题接收到数据时，便执行 JSON 消息解析，提取温度和湿度数据；

• 多种显示方案，包括指针仪表盘、演化曲线、数组等；

数据存储

• 数据采集完成后，点击 Quit 按钮终止程序，数据自动存储至目标路径；

• 数据保存格式为第一列日期，第二列时间，第三列温度值，第四列湿度值；

总结

本文介绍了恩智浦 FRDM-MCXW71 开发板使用 Zephyr 开发环境实现 DHT11 温湿度读取，并通过串口通信和蓝牙模块实现 MQTT 数据传输的项目设计，包括环境搭建、工程测试、关键代码、物联网 MQTT 接入、LabVIEW 上位机设计及数据的自动化采集等，为相关产品在工业物联网领域的快速开发和应用设计提供了参考。