使用Python來做物聯網,就是這麼easy!

Python小阿彪發表於2019-03-15

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。 www.micropython.org.cn/bbs/forum.p… 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()
複製程式碼
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
複製程式碼

======================================================

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()
複製程式碼
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。記住,你不是一個人在戰鬥。加入這個Python技術交流群733736235

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