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）

中国领先的产品与解决方案提供商和平台运营商。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，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。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、技术资源与服务到达能力，能够为客户提供全面、即时、高效、前沿的数字化科技服务。

HarmonyOS（鸿蒙操作系统）是一款“面向未来”的操作系统，是万物互联的基础，会给人们的生活带来巨大的变化！

本书介绍如何使用HarmonyOS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。从0到1，教你开发一个物联网应用。

为什么要写这本书

本书的书名为《HarmonyOS IoT 设备开发实战》，包含了两个重要名词—IoT（物联网）和HarmonyOS。物联网，顾名思义，就是物物相连的互联网。这里包含两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，物联网是在互联网基础上延伸和扩展的网络；第二，其客户端延伸和扩展到了物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相关。

1999年在中国诞生的传感网，作为物联网的雏形，距今已有22年。在这22年里，中国的物联网获得了长足的发展，尤其是近几年，随着《物联网“十二五”发展规划》等提出，物联网已经成为国家层面的技术及产业创新的重点方向。

据统计，2020年全球物联网连接数量达到126亿个，人均持有智能设备达到6.58个。预计到2025年，全球物联网连接数量达到251亿个，人均持有的智能设备达到9.27个。在万物互联的全场景智慧时代，如何管理好如此海量的连接？HarmonyOS应运而生。

HarmonyOS是一款面向未来、面向全场景（移动办公、运动健康、社交通信、媒体娱乐等）的分布式操作系统。在传统的单设备系统能力的基础上，HarmonyOS提出了基于同一套系统能力、适配多种终端形态的分布式理念，能够支持多种终端设备。

对于消费者而言，HarmonyOS能够将生活场景中的各类终端进行能力整合，可以实现不同的终端设备之间快速连接、能力互助、资源共享，匹配合适的设备，提供流畅的全场景体验。对于应用开发者而言，HarmonyOS采用了多种分布式技术，使得应用程序的开发实现与不同终端设备的形态差异无关，这能够让开发者聚焦上层业务逻辑，更加便捷、高效地开发应用。对于设备开发者而言，HarmonyOS采用了组件化的设计方案，可以根据设备的资源能力和业务特征进行灵活裁剪，满足不同形态的终端设备对操作系统的要求。

今天，物联网和HarmonyOS的结合，向全球的终端用户和开发者展现出了蓬勃生机和活力，我们期待更多的读者学习物联网技术，投身到物联网产业和HarmonyOS生态中来，与HarmonyOS一起不断前进和成长，共建开放、共赢的生态大厦。

本书特色

本书是第一本系统介绍HarmonyOS南向设备开发的书籍，可以让开发者学习HarmonyOS，学习物联网设备开发，为打造优质物联网应用奠定基础。

本书的案例基于上海海思技术有限公司领先的智慧IoT芯片实现。海思是全球领先的Fabless半导体与器件设计公司，致力于为千行百业客户提供智能家庭、智慧城市及智能出行等泛智能终端芯片解决方案。

本书的作者具有深厚的开发功底和多年一线开发经验；本书的内容深入浅出，系统全面，代码实例翔实。

读者对象

l 物联网设备开发、测试工程师。

l 开设相关课程的院校师生。

l 对HarmonyOS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。

如何阅读本书

本书主要介绍如何使用HarmonyOS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，部分章节的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，是开发实践的基础，主要内容为如何搭建 HarmonyOS开发环境，由许思维撰写。

外设控制篇包含第2章～第4章，主要内容为如何使用HarmonyOS控制外设。第2章介绍如何使用HarmonyOS控制I/O设备，如LED灯，由许思维撰写。第3章介绍如何使用HarmonyOS感知环境状态、获取环境温度、读取可燃气体的ADC值等信息，由蔡旭、屈博、姜年檑撰写。第4章介绍如何使用HarmonyOS控制OLED显示屏，由冯宝鹏撰写。

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进行网络编程。从这里开始，读者将进入网络世界，获得和外界沟通的能力。第5章由程劲松撰写，第6章由王高浩撰写。

物联网应用篇包含第7章和第8章。第7章比较独立，由沈峰撰写。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，由丁成杰撰写。通过学习物联网应用篇，读者能够开发自己的应用。

致谢

本书由江苏润和软件股份有限公司主导编写，作者均为江苏润和软件股份有限公司技术人员，在此感谢各位作者的辛勤付出。

在本书编写期间，华为技术有限公司与上海海思技术有限公司的领导和专家给予了诸多的指导、支持，在此表示衷心的感谢。

在本书后期的整理和内容统筹过程中，江苏润和软件股份有限公司副总裁刘洋及其团队成员（关堃、石磊、丽娜等同事）对书稿的审核和修订做出了贡献，在此一并致谢。

在51CTO鸿蒙技术社区总编王文文与电子工业出版社石悦编辑的热情推动下，我们最终达成了与电子工业出版社的合作。石悦编辑在审稿过程中专业、耐心、细致，对书稿的修改和完善起到了重要作用。在此感谢石悦编辑对本书的重视，以及为本书出版所做的一切。

由于作者水平有限，撰写时间仓促，书中不足之处在所难免。同时，由于物联网和HarmonyOS的发展演进、技术架构不断完善，新的应用场景层出不穷，本书难免有所遗漏，敬请专家和读者批评指正。

本书中涉及一些网址和工具包的下载链接，读者可扫描封底二维码查看。

江苏润和软件股份有限公司　　

《HarmonyOS IoT设备开发实战》编写团队

2021年4月于南京　　　

环境准备篇

第1章 搭建HarmonyOS开发环境

1.1 海思Hi3861芯片简介

1.2 Wi-Fi IoT开发套件简介

1.2.1　核心板简介

1.2.2　底板简介

1.2.3　交通灯板简介

1.2.4　炫彩灯板简介

1.2.5　环境检测板简介

1.2.6　OLED显示屏板简介

1.2.7　NFC扩展板简介

1.3 准备HarmonyOS开发环境

1.3.1　开发环境简介

1.3.2　硬件准备

1.3.3　软件准备

1.4 搭建HarmonyOS 编译环境

1.4.1　安装编译环境依赖的软件包

1.4.2　下载编译和构建工具

1.4.3　安装编译和构建工具

1.4.4　安装Samba服务

1.5 下载和编译HarmonyOS源代码

1.5.1　获取HarmonyOS源代码

1.5.2　HarmonyOS 源代码目录简介

1.5.3　编译HarmonyOS源代码

1.6 使用HUAWEI DevEco Device Tool

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

1.6.2　安装HUAWEI DevEco Device Tool

1.6.3　映射Samba服务的共享目录到本地磁盘

1.6.4　用HUAWEI DevEco Device Tool导入项目

1.7 使用串口调试工具

1.7.1　下载CH340芯片相关软件

1.7.2　安装CH340芯片的驱动

1.7.3　串口调试工具简介

1.7.4　用串口调试工具查看串口日志

外设控制篇

第2章 用HarmonyOS控制I/O设备

2.1 从编写Hello World开始

2.1.1　编写Hello World程序源代码

2.1.2　将源代码编译成二进制文件

2.1.3　将二进制文件烧录到开发板

2.1.4　通过“串口”查看程序的运行结果

2.2 使用GPIO模块输出高/低电平

2.2.1　GPIO简介

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

2.2.3　核心板可编程LED灯部分的原理图说明

2.2.4　通过GPIO模块控制LED灯亮和灭

2.3 使用GPIO模块实现按键输入

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

2.3.2　核心板USER按键部分的原理图说明

2.3.3　通过查询GPIO状态控制LED灯

2.3.4　通过注册GPIO中断控制LED灯

2.4 使用PWM模块输出方波

2.4.1　PWM简介

2.4.2　HarmonyOS IoT硬件子系统的PWM模块的相关API

2.4.3　交通灯板的蜂鸣器部分的相关原理图说明

2.4.4　通过输出PWM方波控制蜂鸣器发声

2.4.5　通过PWM模块在蜂鸣器上播放音乐

2.4.6　通过PWM模块控制蜂鸣器的音量和LED灯的亮度

第3章 使用HarmonyOS感知环境状态

3.1 使用ADC获取模拟传感器的状态

3.1.1　HarmonyOS IoT硬件的ADC通道

3.1.2　Wi-Fi IoT开发套件的炫彩灯板原理图说明

3.1.3　通过光敏电阻感知环境光

3.1.4　通过人体红外传感器感知人员靠近

3.1.5　传感器状态控制三色LED灯的颜色

3.1.6　使用ADC值区分同一个引脚上的不同按键

3.2 其他ADC传感器的使用

3.2.1　与环境检测板MQ-2相关的原理图说明

3.2.2　MQ-2可燃气体传感器简介

3.2.3　读取MQ-2可燃气体传感器的ADC值

3.3 使用I2C接口获取数字温湿度传感器的状态

3.3.1　HarmonyOS IoT硬件的I2C接口

3.3.2　AHT20数字温湿度传感器简介

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

3.3.4　实现AHT20数字温湿度传感器驱动库

3.3.5　获取AHT20数字温湿度传感器的值

第4章 OLED显示屏的驱动和控制

4.1 使用HarmonyOS驱动OLED显示屏

4.1.1　OLED简介

4.1.2　OLED显示屏的原理图

4.1.3　OLED的初始化

4.1.4　在OLED显示屏上绘制画面

4.1.5　在OLED显示屏上绘制ASCII字符串

4.2 在OLED显示屏上显示中文

4.2.1　中文字符编码和中文字体

4.2.2　实现中文字体绘制

传输协议篇

第5章 使用HarmonyOS控制Wi-Fi

5.1 Wi-Fi背景知识简介

5.1.1　Wi-Fi简介

5.1.2　Wi-Fi工作模式简介

5.2 HarmonyOS IoT硬件的Wi-Fi STA模式编程

5.2.1　扫描其他Wi-Fi接入点

5.2.2　连接到某个Wi-Fi接入点

5.3 HarmonyOS IoT硬件的Wi-Fi AP模式编程

5.3.1　创建Wi-Fi热点

5.3.2　提供DHCP服务

5.4 HarmonyOS IoT硬件Wi-Fi通用函数

第6章 HarmonyOS网络编程

6.1 TCP/IP简介

6.2 LwIP开源项目简介

6.3 TCP编程

6.3.1　TCP客户端程序

6.3.2　TCP服务端程序

6.4 UDP编程

6.4.1　UDP客户端程序

6.4.2　UDP服务端程序

物联网应用篇

第7章 HarmonyOS IoT设备内核的编程接口

7.1 CMSIS-RTOS API V2简介及HarmonyOS适配情况

7.2 线程

7.3 等待

7.4 软定时器

7.5 互斥锁

7.6 信号量

7.7 消息队列

第8章 MQTT协议简介

8.1 什么是MQTT协议

8.2 应用场景

8.3 MQTT协议的特性

8.4 MQTT协议的订阅与发布模型介绍

8.4.1　基于MQTT协议的消息传递

8.4.2　报文类型说明

8.4.3　在基本消息的订阅与发布流程中常用的报文介绍

8.4.4　基于MQTT协议的消息发布与订阅的三种方式

8.5 Paho-MQTT简介

8.6 Paho-MQTT的消息传输测试

8.6.1　下载代码并进行编译与烧录

8.6.2　输入测试命令

8.6.3　服务端应用Mosquitto的使用

8.7 使用MQTT方式连接华为云

附录A VirtualBox的安装和使用

附录B 在VirtualBox中安装Ubuntu 20.04系统

附录C 使用SSH客户端登录服务器

附录D 使用开源镜像站加速安装apt软件包和pip软件包

附录E Hi3861引脚功能复用表