Python搭建物聯網，一招搞定所有代理商
搭建整套物聯網系統的方法有很多，最近四處搗鼓，使用python + 阿里雲搭建一套最簡單的物聯絡統，可以將微控制器上的資料通過阿里雲傳輸到PC端。
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一、基本結構
先看架構圖
框架.png
二、裝置端接入
物聯網終端是用的ESP32，是一款自帶藍芽和Wifi的微控制器。利用它可以直接接入網際網路，無需其他模組。當然你可以將現在流行的NB-Iot模組來聯網，不過需要自己寫一下驅動程式。我買的模組是支援micropython開發的，在淘寶上可以搜尋到，用起來很方便。有時間我會補上這一塊的初步教程。
ESP32模組.jpg
Micropython是可以在低端硬體上執行的python,可以使用python語言直接操作IO 和MCU的外設比如UART、I2C等，用起來非常方便，不要搭建複雜的開發環境，也不需要學習暫存器配置。作為一個對傳統MCU開發非常熟悉的硬體工程師來說，感覺操作起來非常簡單。目前Micropython已經支援很多硬體了，應該用比較廣泛的STM32部分系列也被支援。Micropython也已經支援很多常用的庫，比如藍芽，telnet，mqtt等。下面這個連結是micropython的中文論壇。
http://www.micropython.org.cn/bbs/forum.php
ESP32 通過wifi 接入網際網路，使用mqtt協議接入阿里雲，將溫度資料上傳至阿里雲。在雲端通過訊息訂閱可以直接檢視溫度資訊。在PC端使用python呼叫MQTT協議，接入到阿里雲。但是PC端和ESP32在阿里雲上是兩個不同的裝置，需要通過阿里雲來轉發資訊，這樣PC就可以拿到ESP32上傳的資料了。
ESP32 上的程式碼如下：
from umqtt.simple import MQTTClient
import usocket as socket
import time
import wifi
wifi.connect()
#Demo_01
ProductKey = "*********"#使用你自己的
ClientId = "1234|securemode=3,signmethod=hmacsha1|"
DeviceName = "Demo_01"
DeviceSecret = "*******************************"#使用你自己的
strBroker = ProductKey + ".iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com"
Brokerport = 1883
user_name = "Demo_01&*********"#使用你自己的
user_password = "**********************************************"#使用你自己的
print("clientid:",ClientId," ","Broker:",strBroker," ","User Name:",user_name," ","Password:",user_password," ")
def connect():
client = MQTTClient(client_id = ClientId,server= strBroker,port=Brokerport,user=user_name, password=user_password,keepalive=60)
#please make sure keepalive value is not 0
client.connect()
temperature =25.00
while temperature < 30:
temperature += 0.5
send_mseg = '{"params": {"IndoorTemperature": %s},"method": "thing.event.property.post"}' % (temperature)
client.publish(topic="/sys/*************/Demo_01/thing/event/property/post", msg=send_mseg,qos=1, retain=False)#*號處為product id
time.sleep(3)
while True:
pass
#client.disconnect()
有幾點需要說明：
1.程式碼中的wifi.connect()函式需要自己編寫，網上能搜到類似的，也可以打賞私信我所要原始碼。
2.阿里雲物聯網平臺的接入需要進行三元組認證，會根據一定的規則生成登入名和密碼，這個網上資訊還是比較全面的。
3.向阿里雲物聯網平臺釋出訊息的格式一定要按照程式碼中所寫，網上很多程式碼，但是對這一塊的描述都不清楚。
- Micropython使用的umqtt.simple庫，一定要設定keepalive時間，否則無法連線。這一點我是摸索了好久，最終通過檢視庫的原始碼才發現的問題。
三、雲端設定
在雲端建立一個高階產品，並建立兩個裝置，以供ESP32 和PC連線。
device.JPG
需要在產品中定義一下功能。
device_define.JPG
雲端和裝置端都建立好了之後，可以檢視裝置執行狀態看到資料上傳
雲端資料檢視.JPG
這是檢視資料記錄得到的結果
雲端資料記錄.JPG
當你看到正確的資料之後，就說明你的成功接入物聯網並上傳了資料。
接下來就是最重要的部分——設定是使用規則引擎來進行資料轉發，將裝置demo_01的資料轉發到demo_02。這一步的語法很重要，雖然有官網有詳細教程，但是當時還是搞了好久才完全正確。
規則查詢語句： SELECT items.IndoorTemperature.value as IndoorTemperature FROM "/sys/use-your-productkey-here/Demo_01/thing/event/property/post" WHERE items.IndoorTemperature.value > 0
四、PC端接入
PC 端使用python模擬MQTT裝置登陸阿里雲訂閱訊息就行了，只要裝好python很快就可以實現，網上也有很多程式碼。程式碼的很大一部分就是在做三元組認證，可以將這部分稍微修改一下來計算ESP32 登陸時所需的
PC端python程式碼如下：
# coding=utf-8
import datetime
import time
import hmac
import hashlib
import math
try:
import paho.mqtt.client as mqtt
except ImportError:
print("MQTT client not find. Please install as follow:")
print("pip install paho-mqtt")
# 設定連線資訊
#Demo_02
ProductKey = "*********"#使用你自己的
ClientId = "2234" # 自定義clientId
DeviceName = "Demo_02"
DeviceSecret ="************************************8**"#使用你自己的
# 獲取時間戳（當前時間毫秒值）
us = math.modf(time.time())[0]
ms = int(round(us * 1000))
timestamp = str(ms)
# 計算密碼（簽名值）
def calculation_sign(signmethod):
data = "".join(("clientId", ClientId, "deviceName", DeviceName,
"productKey", ProductKey, "timestamp", timestamp))
if "hmacsha1" == signmethod:
# ret = hmac.new(bytes(DeviceSecret),
# bytes(data), hashlib.sha1).hexdigest()
ret = hmac.new(bytes(DeviceSecret, encoding="utf-8"),
bytes(data, encoding="utf-8"),
hashlib.sha1).hexdigest()
elif "hmacmd5" == signmethod:
# ret = hmac.new(bytes(DeviceSecret, encoding="utf-8"),
# bytes(data, encoding="utf-8"), hashlib.md5).hexdigest()
ret = hmac.new(bytes(DeviceSecret, encoding="utf-8"),
bytes(data, encoding="utf-8"),
hashlib.md5).hexdigest()
else:
raise ValueError
return ret
# ======================================================
strBroker = ProductKey + ".iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com"
port = 1883
client_id = "".join((ClientId,
"|securemode=3",
",signmethod=", "hmacsha1",
",timestamp=", timestamp,
"|"))
username = "".join((DeviceName, "&", ProductKey))
password = calculation_sign("hmacsha1")
print("="*60)
print(strBroker)
print("client_id:", client_id)
print("username:", username)
print("password:", password)
print("="*60)
# 成功連線後的操作
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
print("OnConnetc, rc: " + str(rc))
# 成功釋出訊息的操作
def on_publish(client, msg, rc):
if rc == 0:
print("publish success, msg = " + msg)
# 成功訂閱訊息的操作
def on_subscribe(mqttc, obj, mid, granted_qos):
print("Subscribed: " + str(mid) + " " + str(granted_qos))
def on_log(mqttc, obj, level, string):
print("Log:" + string)
def on_message(mqttc, obj, msg):
curtime = datetime.datetime.now()
strcurtime = curtime.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
print(strcurtime + ": " + msg.topic + " " + str(msg.qos) + " " + str(msg.payload))
on_exec(str(msg.payload))
def on_exec(strcmd):
print("Exec:", strcmd)
strExec = strcmd
if __name__ == '__main__':
mqttc = mqtt.Client(client_id)
mqttc.username_pw_set(username, password)
mqttc.on_message = on_message
mqttc.on_connect = on_connect
mqttc.on_publish = on_publish
mqttc.on_subscribe = on_subscribe
mqttc.on_log = on_log
mqttc.connect(strBroker, port, 120)
# mqttc.loop_start()
time.sleep(1)
temperature =27.55
mqttc.subscribe("/sys/************/Demo_02/thing/service/property/set", qos=1) # 換成自己的
#send_mseg = '{"pm_25": %s,"area":"%s","time":"%s"}' % (0, 0, datetime.datetime.now())
#send_mseg = '{"id": "1234", "version": "1.0","params": {"IndoorTemperature": %s},"method": "thing.event.property.post"}'%(temperature)
send_mseg = '{"params": {"IndoorTemperature": %s},"method": "thing.event.property.post"}' % (temperature)
print('send_mseg is : ',send_mseg)
mqttc.loop_forever()
五、總結
工作之餘瞭解了一下物聯網的發展，看到有意思的東西打算學一下，剛好看到了microPython，震驚之餘，決心做點小東西玩玩。
這套框架全部使用python實現，比我瞭解到的絕大多數物聯網方案要簡單太多，雖然有些開發首先，但是用來實現一些簡單設計應該是不成問題的，只要你會python，這套系統可以很快構建。當然python也是非常好學的，長期使用C語言的人根本不需要什麼學習就可以上手。