教你用Python来做物联网，就是这么牛逼，小白也可以看懂

小咪咪 2023-07-17 07:40 77阅读 0赞

# 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。 #

注意：很多人学Python过程中会遇到各种烦恼问题，没有人解答容易放弃。为此小编建了个Python全栈免费答疑.裙 ：七衣衣九七七巴而五（数字的谐音）转换下可以找到了，不懂的问题有老司机解决里面还有最新Python实战教程免非下,，一起相互监督共同进步！

## 一、基本结构 ##

先看架构图

![format_png][]

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。

![format_png 1][]

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][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。

![format_png 2][]

device.JPG

需要在产品中定义一下功能。

![format_png 3][]

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

![format_png 4][]

云端数据查看.JPG

这是查看数据记录得到的结果

![format_png 5][]

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 ##

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，但要注意：很多人学Python过程中会遇到各种烦恼问题，没有人解答容易放弃。为此小编建了个Python全栈免费答疑.裙 ：七衣衣九七七巴而五（数字的谐音）转换下可以找到了，不懂的问题有老司机解决里面还有最新Python实战教程免非下,，一起相互监督共同进步！  
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[http_www.micropython.org.cn_bbs_forum.php]: http://www.micropython.org.cn/bbs/forum.php
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