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使用Python来做物联网,就是这么easy!

本人原创文章,转载请告知,谢谢! 

搭建整套物联网系统的方法有很多,最近四处捣鼓,使用python + 阿里云搭建一套最简单的物联系统,可以将单片机上的数据通过阿里云传输到PC端。

一、基本结构

先看架构图

使用Python来做物联网,就是这么easy!

框架.png

二、设备端接入

物联网终端是用的ESP32,是一款自带蓝牙和Wifi的单片机。利用它可以直接接入互联网,无需其他模块。当然你可以将现在流行的NB-Iot模块来联网,不过需要自己写一下驱动程序。我买的模块是支持micropython开发的,在淘宝上可以搜索到,用起来很方便。有时间我会补上这一块的初步教程。

使用Python来做物联网,就是这么easy!

ESP32模块.jpg

Micropython是可以在低端硬件上运行的python,可以使用python语言直接操作IO 和MCU的外设比如UART、I2C等,用起来非常方便,不要搭建复杂的开发环境,也不需要学习寄存器配置。作为一个对传统MCU开发非常熟悉的硬件工程师来说,感觉操作起来非常简单。目前Micropython已经支持很多硬件了,应该用比较广泛的STM32部分系列也被支持。Micropython也已经支持很多常用的库,比如蓝牙,telnet,mqtt等。下面这个链接是micropython的中文论坛。
http://www.micropython.org.cn/bbs/forum.php

ESP32 通过wifi 接入互联网,使用mqtt协议接入阿里云,将温度数据上传至阿里云。在云端通过消息订阅可以直接查看温度信息。在PC端使用python调用MQTT协议,接入到阿里云。但是PC端和ESP32在阿里云上是两个不同的设备,需要通过阿里云来转发信息,这样PC就可以拿到ESP32上传的数据了。

ESP32 上的代码如下:

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)#*号处为product id                  time.sleep(3)      while True:         pass      #client.disconnect()  

有几点需要说明:
1.代码中的wifi.connect()函数需要自己编写,网上能搜到类似的,也可以打赏私信我所要源码。
2.阿里云物联网平台的接入需要进行三元组认证,会根据一定的规则生成登录名和密码,这个网上信息还是比较全面的。
3.向阿里云物联网平台发布消息的格式一定要按照代码中所写,网上很多代码,但是对这一块的描述都不清楚。

  1. Micropython使用的umqtt.simple库,一定要设置keepalive时间,否则无法连接。这一点我是摸索了好久,最终通过查看库的源码才发现的问题。

三、云端设置

在云端建立一个高级产品,并创建两个设备,以供ESP32 和PC连接。

使用Python来做物联网,就是这么easy!

device.JPG

需要在产品中定义一下功能。

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device_define.JPG

云端和设备端都建立好了之后,可以查看设备运行状态看到数据上传

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云端数据查看.JPG

这是查看数据记录得到的结果

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云端数据记录.JPG

当你看到正确的数据之后,就说明你的成功接入物联网并上传了数据。
接下来就是最重要的部分——设置是使用规则引擎来进行数据转发,将设备demo_01的数据转发到demo_02。这一步的语法很重要,虽然有官网有详细教程,但是当时还是搞了好久才完全正确。

规则查询语句: 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模拟MQTT设备登陆阿里云订阅消息就行了,只要装好python很快就可以实现,网上也有很多代码。代码的很大一部分就是在做三元组认证,可以将这部分稍微修改一下来计算ESP32 登陆时所需的
PC端python代码如下:

# 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")  # 设置连接信息  #Demo_02 ProductKey = "*********"#使用你自己的 ClientId = "2234"  # 自定义clientId DeviceName = "Demo_02" DeviceSecret ="************************************8**"#使用你自己的  # 获取时间戳(当前时间毫秒值) us = math.modf(time.time())[0] ms = int(round(us * 1000)) timestamp = str(ms)  # 计算密码(签名值) 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)   # 成功连接后的操作 def on_connect(client, userdata, flags, rc):     print("OnConnetc, rc: " + str(rc))   # 成功发布消息的操作 def on_publish(client, msg, rc):     if rc == 0:         print("publish success, msg = " + msg)   # 成功订阅消息的操作 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)  # 换成自己的     #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、总结

工作之余了解了一下物联网的发展,看到有意思的东西打算学一下,刚好看到了microPython,震惊之余,决心做点小东西玩玩。

这套框架全部使用python实现,比我了解到的绝大多数物联网方案要简单太多,虽然有些开发首先,但是用来实现一些简单设计应该是不成问题的,只要你会python,这套系统可以很快构建。当然python也是非常好学的,长期使用C语言的人根本不需要什么学习就可以上手。

当然这一套系统也是在学习了很多东西之后才搭建成功的,中间也经历很难多曲折和摸索,前前后后大概花了两周。很多细节无法在一篇文章中展现,如果你在搭建过程中遇到问题可以留言,我看到了尽量回复。

经过后续研究,还写了以下相关文章:
《使用ESP32驱动电子墨水屏》
https://www.jianshu.com/p/776693227423
《在墨水屏上显示任意汉字》
https://www.jianshu.com/p/994c8da32d3a
《语音识别模块LD3320的MicroPython驱动》
https://www.jianshu.com/p/3f20433fd310
《如何吹灭LED》
https://www.jianshu.com/p/fc583c733674

最近还在研究用python进行FPGA的开发。这里放上链接
《使用PYNQ进行FPGA开发》
https://www.jianshu.com/p/3e2558582dfa
《给我儿子做个自动读故事的机器》
https://www.jianshu.com/p/56df82bd4dbb
《使用CFFI为PYNQ嵌入C语言》
https://www.jianshu.com/p/3fd5721f89e5

关注我的简书可以方便地看到我的文章更新。进入我的主页可以看到更多关于使用Python进行硬件编程的文章。
你还可以去知乎关注我的专栏《电子工程师有多无聊》,简书上的文章也会更新到专栏下面。如果你有兴趣,也可以向我的专栏投稿。

原文始发于:使用Python来做物联网,就是这么easy!

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