Python搭建物聯網，一招搞定所有代理商（內附python教程分享）

一、基本結構

先看架構圖

框架.png

二、設備端接入

物聯網終端是用的ESP32，是一款自帶藍牙和Wifi的單片機。利用它可以直接接入互聯網，無需其他模塊。當然你可以將現在流行的NB-Iot模塊來聯網，不過需要自己寫一下驅動程序。我買的模塊是支持micropython開發的，在淘寶上可以搜索到，用起來很方便。有時間我會補上這一塊的初步教程。學習資料也可以加下Python扣扣裙：3零4零5零799自己下載學習下。

ESP32模塊.jpg

Micropython是可以在低端硬件上運行的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，也不需要學習寄存器配置。作爲一個對傳統MCU開發非常熟悉的硬件工程師來說，感覺操作起來非常簡單。目前Micropython已經支持很多硬件了，應該用比較廣泛的STM32部分系列也被支持。Micropython也已經支持很多常用的庫，比如藍牙，telnet，mqtt等。下面這個鏈接是micropython的中文論壇。

http://www.micropython.org.cn/bbs/forum.php

ESP32 通過wifi 接入互聯網，使用mqtt協議接入阿里雲，將溫度數據上傳至阿里雲。在雲端通過消息訂閱可以直接查看溫度信息。在PC端使用python調用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設備，需要通過阿里雲來轉發信息，這樣PC就可以拿到ESP32上傳的數據了。

ESP32 上的代碼如下：

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)#*號處爲product id

time.sleep(3)

while True:

pass

#client.disconnect()

有幾點需要說明：

1.代碼中的wifi.connect()函數需要自己編寫，網上能搜到類似的，也可以打賞私信我所要源碼。

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錄名和密碼，這個網上信息還是比較全面的。

3.向阿里雲物聯網平臺發佈消息的格式一定要按照代碼中所寫，網上很多代碼，但是對這一塊的描述都不清楚。

Micropython使用的umqtt.simple庫，一定要設置keepalive時間，否則無法連接。這一點我是摸索了好久，最終通過查看庫的源碼才發現的問題。

三、雲端設置

在雲端建立一個高級產品，並創建兩個設備，以供ESP32 和PC連接。

device.JPG

需要在產品中定義一下功能。

device_define.JPG

雲端和設備端都建立好了之後，可以查看設備運行狀態看到數據上傳

雲端數據查看.JPG

這是查看數據記錄得到的結果

雲端數據記錄.JPG

當你看到正確的數據之後，就說明你的成功接入物聯網並上傳了數據。

接下來就是最重要的部分——設置是使用規則引擎來進行數據轉發，將設備demo_01的數據轉發到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設備登陸阿里雲訂閱消息就行了，只要裝好python很快就可以實現，網上也有很多代碼。代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代碼如下：

# 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")

# 設置連接信息

#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)

# 成功連接後的操作

def on_connect(client, userdata, flags, rc):

print("OnConnetc, rc: " + str(rc))

# 成功發佈消息的操作

def on_publish(client, msg, rc):

if rc == 0:

print("publish success, msg = " + msg)

# 成功訂閱消息的操作

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) # 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。