使用Python來做物聯網

· 發表 2018-12-18 12:12:50

摘要：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。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...

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。

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。

ofollow,noindex">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,"\n","Broker:",strBroker,"\n","User Name:",user_name,"\n","Password:",user_password,"\n")


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：

#!/usr/bin/python2
# 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()