阿里雲物聯網平臺體驗 ( 樹莓派 +Python 篇 )

雖然對阿里雲物聯網平臺比較熟悉了，從一開始就有幸參與了飛鳳平臺（ Link Develop 一站式開發平臺的前身）的一些偏硬體接入的工作。但是同時也見證了阿里雲物聯網團隊從幾十人到數百人的迅速擴張，其物聯網平臺所承載的內容也急速膨脹，物聯網開發套件基礎版、飛鳳、 Link Develop 一站式開發平臺、物聯網開發平臺高階版、飛燕、飛象、城市大腦、農業大腦和工業互聯平臺不一而足 …… ，很難有精力真正熟悉和了解阿里雲的每一款物聯網產品。

這次有幸成為物聯網平臺的阿里雲 MVP 體驗官，可以從另外一個角度來體驗阿里雲物聯網平臺了。最早我們都是基於 MCU 單片 +.NET MF 平臺，直接採用 MQTT 協議實現相關的程式碼對接阿里雲平臺，雖然也可以基於組態配置很靈活地接入物聯網平臺，但是對一些 WEB 、 AI 和雲端開發的人來說還是有些陌生。正是因為這些需求， JS ， Java ， Python 這些高階語言已經走入了硬體開發，可以直接在 MCU 晶片上執行，大大提速了物聯網雲和端的連線工作。

本篇文章就是採用高階語言 Python 基於樹莓派進行物聯網雲端對接的（後續篇幅會介紹 nodejs 的雲端對接）。

下面是阿里雲團隊快遞過來的相關測試硬體：

 

1、 樹莓派 3B+ 自帶 wifi 和藍芽

2、 DHT11 溫溼度模組

3、 LED 燈模組

第一步：我們需要為樹莓派安裝作業系統

我們安裝的是 Raspbian 韌體，可以按如下連結介紹的步驟進行安裝：https://www.yuque.com/cloud-dev/iot-tech/ig269q

第二步：安裝阿里雲平臺的 Python SDK

執行如下指令： $ pip install aliyun-python-sdk-iot-client

第三步：程式碼編寫

在阿里雲平臺的說明文件： https://www.yuque.com/cloud-dev/iot-tech/rz6fpl 中已經提供了一個示例程式碼，不過功能相對簡單，就是把兩個隨機數送到雲端。

我們設計一個相對複雜的場景，我們首先要實現雙向通訊，不僅僅把感測器資料送到雲端，我們還要讓雲端下發一個指令，控制相關的裝置。

上傳資料我們選擇一個真實的感測器 DHT11 ，可以獲取溫度和溼度值。另外還有一個 LED 燈模組，通過雲端下達的指令，控制燈亮和燈滅。

樹莓派的管腳定義圖如下 :

 

DHT11 模組共 3 根線，屬於單匯流排通訊，電源線我們接入 5V-4pin ，地線我們接入 GND-6pin ，通訊 pin 我們接入 GPIO16-36pin 。 LED 模組也是 3 根線，我們電源線接入 3V3-1pin ，地線接入 GND-9pin ，控制線接入 GPIO4-7pin 。

 

LED 的控制相對容易，就是控制管腳的高低電平即可。

led_pin = 4 //GPIO 為 4

GPIO.setmode(GPIO.BCM) //BCM 的 GPIO 定義

GPIO.setup(led_pin, GPIO.OUT) // 設定為輸出模式

點亮燈：

GPIO.output(led_pin, GPIO.HIGH)
關閉燈：
GPIO.output(led_pin, GPIO.LOW)

DHT11 相對比較複雜，我 2010 年曾經寫過一篇博文，想了解比較深入的可以參考一下（相關連結： https://blog.csdn.net/yfiot/article/details/5996524 ）。

 

由於程式碼比較多，所以我們封裝為一個函式，並且可以同時返回兩個值，一個是溫度 T ，一個是溼度 H 。

網上大部分 Python 的例項都是讀一次溫溼度的，如果要連續讀，必須間隔 3 秒左右，否則很容易失敗。由於 linux 不是實時系統，我們發現即使間隔 3 秒，無法正確獲取溫溼度值的現象也時有發生，並且有時候居然也有通過校驗的錯誤值出現。

DHT11 的資料 Pin 接入的是 GPIO16 ，所以我們定義 pin 的程式碼如下：

dht_pin =16

封裝函式的程式碼如下：

def GetDTH():

data = []

j = 0

GPIO.setup(dht_pin, GPIO.OUT)

GPIO.output(dht_pin, GPIO.LOW)

time.sleep(0.02)

GPIO.output(dht_pin, GPIO.HIGH)

GPIO.setup(dht_pin, GPIO.IN)

while GPIO.input(dht_pin) == GPIO.LOW:

continue

while GPIO.input(dht_pin) == GPIO.HIGH:

continue

while j < 40:

k = 0

while GPIO.input(dht_pin) == GPIO.LOW:

continue

while GPIO.input(dht_pin) == GPIO.HIGH:

k += 1

if k > 100:

break

if k < 8:

data.append(0)

else :

data.append(1)

j += 1

humidity_bit = data[0:8]

humidity_point_bit = data[8:16]

temperature_bit = data[16:24]

temperature_point_bit = data[24:32]

check_bit = data[32:40]

humidity = 0

humidity_point = 0

temperature = 0

temperature_point = 0

check = 0

for i in range(8):

humidity += humidity_bit[i] * 2 ** (7-i)

humidity_point += humidity_point_bit[i] * 2 ** (7-i)

temperature += temperature_bit[i] * 2 ** (7-i)

temperature_point += temperature_point_bit[i] * 2 ** (7-i)

check += check_bit[i] * 2 ** (7-i)

tmp = humidity + humidity_point + temperature + temperature_point

if check == tmp:

return temperature,humidity

else :

print "wrong"

return 0,0

這些準備工作做好後，我們要在雲端定義相關產品和裝置了。和阿里雲官方示例不一樣的是，我們額外增加了一個屬性 LED ，具備讀寫能力，列舉型變數， 0- 表示關燈， 1- 表示開燈

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這個定義好後，我們建立裝置，並且獲取裝置的三元組。由於官方提供的示例僅僅是模擬資料，並且是單向上傳，我們需要改造一下。

在 main 函式裡，增加這句程式碼：

client.on_message = on_message

表示我們可以獲取雲端推送的資訊。

我們雲端推送的資訊內容如下：

{"method":"thing.service.property.set","id":"169885527","params":{"LED":1},"version":"1.0.0"}

我們需要獲取 LED 的值，所以 on_message 函式我們要增加一些內容：

setjson = json.loads(msg.payload)

led = setjson[ 'params' ][ 'LED' ]

GPIO.output(led_pin,(GPIO.HIGH if led==1 else GPIO.LOW ))

根據 led 的值，我們開燈或者關燈。

相關程式碼修改好後，我們就可以上傳到樹莓派裝置，開始運行了，如下圖所示：

 

這個時候我們檢視雲端裝置的狀態，會發現資料已經正常上傳到雲端了。

 

我們在雲端產品的線上除錯面板進行資料下發測試

 

我們傳送 0 或 1 ，會發現 LED 滅或亮了。

以上，我們會發現通過我們所熟悉的 Python 語言，就可以輕鬆編寫物聯網程式碼了。