树莓派上云-天工物接入

python MQTT 树莓派

ouyangrui

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发布时间: 2020-02-12

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# 简介
前几天在朋友介绍下试用了阿里云的物联网平台，阿里云IOT平台使用MQTT协议通信，并且可以使用Web可视化开发将设备信息反映在网页上进行控制，绑定域名后就能随时随地进行查看和控制，但是阿里云IOT是收费的，虽然不是很贵，但是对于一个在读学生来说，非必要情况，还是不想花钱。。。有兴趣的可以去看看，附上朋友博客  [树莓派上云](http://www.lxx1.com/3655)  。我记的百度云的天工物接入平台是有免费政策的，每个月一百万条消息以内是免费的。而且也提供有Web物可视功能，就去研究了一下，写一个简单记录供大家参考，本人系在读学生，而且跨专业搞电子，可能有些地方有误，请大家指点。

附上用IOT物可视制作的页面
![物可视页面](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211191335835.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)

# 一、创建设备

## 1、开通服务

第一次使用百度云的朋友需要先注册账户并开通物接入服务。
1，登录百度智能云官网，点击右上角的“管理控制台”，快速进入控制台界面。
2，选择“产品服务 &gt; 物联网服务 &gt; 物接入IoT Hub”，进入服务页面。
3，点击“立即开通”，开通服务并同意按需计费，可进入“项目列表”，创建物接入项目。
附上计费规则
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211192412238.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)
这里的消息条数是指，云平台每发送或接收一条消息，对我们学习使用来说，基本足够用了。

## 2、创建项目
进入物接入IoT Hub后在左侧项目列表中，创建一个新项目，输入项目名称，项目类型选择设备型，**这里注意百度云IOT只能创建一个设备型项目，而且创建后项目名称不可修改，项目不可删除。**
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211193309868.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211193432687.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)
# 二、设备接入
## 1、创建物模型
项目创建好后回到项目列表，点击项目名称进入物模型创建界面，这里的物模型对应的是现实中的设备属性模型，点击创建物模型，输入名称，并添加需要的属性，这里的属性是设备与云服务器上传的属性。设置好属性后保存。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211194534718.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)
## 2、创建物影子
在左侧选择物影子，进入物影子创建界面。物影子，指的是在物模型中创建的这一类设备存在云服务器上的反映，一个物模型可以对应多个物影子，设备的属性反映在物影子的属性上。点击新建物影子，输入设备名称，物模型选择刚创建的那个物模型。存储配置是收费项目，根据需要选择，这里存储配置是存储历史数据。
物影子创建成功后会弹出链接信息，尽量将其下载下来，如果找不到了，需要在物影子设备-&gt;物详情-&gt;连接配置中重新生成，此时密钥会发成变化，造成之前的密钥失效。创建完毕后的物影子就像这样，我新建的raspi4B，那个aliyun影子是我放在云服务器中的，正在运行，所以显示在线。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211195831256.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)
 使用MQTT客户端测试，这里我使用的是MQTT.fx客户端。切记不可使用MQTT1.7.0版本，这个版本有bug。
下载地址： 链接：https://pan.baidu.com/s/1aObEdZwACoxIUVpykPNmZQ 
提取码：etpg

## 3、测试连接
打开mqtt客户端，添加一个配置。
profile name  |	配置文件名称，可随意填写
-----------------|--------------------
Broker Address 	|创建项目后返回的hostname，在刚才保存的文件中有。
Broker Port |	使用1883端口连接是非加密连接，使用1884端口需要配置SSL/TLS
Client ID   |  设备端需要填写物影子名称，其他客户端随意，使用物影子ID连接能够使物影子显示在线状态。
在User Credential中填写刚保存的用户名和密钥。
 如果使用了1884端口，需要配置SSL/TLS安全认证，勾选 Enable SSL/TLS，选择CA signed server certificate认证。

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211201212806.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)
 配置完毕后点击apply应用。回到软件，选择刚才的配置，点击连接，此时右边的灯会亮绿灯，代表连接成功。
 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211202457647.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)
  回到物影子界面，可见物影子上显示已连接
  ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211202617625.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)
  在物影子交互界面复制订阅主题，粘贴入MQTT客户端进行订阅，订阅成功后，在MQTT客户端显示一条订阅记录。
  ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211203444743.png)![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211203753218.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)
  在物影子详情中点编辑，修改当前值及期望值，然后确定。随后可在mqtt客户端收到一条订阅消息。
 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211203846885.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211203919853.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)在物影子交互中复制第一条订阅主题，粘贴入MQTT客户端的Publish窗口，在物影子详情中复制 原始数据 中的这一段，粘贴入MQTT客户端，
 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211204222673.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)
 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211204030493.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)
 修改期望值为10和11，发布值为20和21，点击Publish发布，然后可见物影子属性界面随之发生改变。（需要手动刷新）
 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2020021120442218.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211204850340.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)
 至此，MQTT协议的订阅与发布功能测试完成。
# 三、树莓派上云
## 1、环境搭建
树莓派上需要安装有Python3以上的版本，需要用到paho-mqtt模块。
**paho-mqtt模块要使用1.2版，我之前用的1.5版发现无法连接到服务器。换成1.2版就可以。**

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211215009492.png)
## 2、代码编写
程序中主要使用paho-mqtt模块，这个模块的说明请参考[Python paho-mqtt 模块使用和API分析](https://blog.csdn.net/weixin_41656968/article/details/80848542)
 代码的主要部分已进行注释。
代码开头加载python3解释器，然后将文件权限设为755，就可以直接进行执行。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211222544127.png)
然后树莓派就开始上报消息，同时如果修改物模型中的期望值，树莓派就可以收到期望值的改变，同时如果发布之出现改变，树莓派同样能收到改变的那一部分参数，这样就可以使用别的客户端控制设备。设备实例使用物影子ID连接，其他客户端使用别的ID连接。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200211224014792.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70) 
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2020021122372096.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxODMwMTU4,size_16,color_FFFFFF,t_70)

代码只需要修改主机地址，用户名，密钥，还有ClientID即可。根据需要在 Sensor_dict字典和read_serverInfo()函数段添加相应字段即可。

```python
#!/usr/bin/env python3

import paho.mqtt.client as mqtt
import json,time,os

host = 'b8pkr21.mqtt.iot.gz.baidubce.com'   #主机地址
port = 1883                     #服务器端口
username = 'b8pkr21/raspi4B'  #用户名
passwd = 'Vik832CbragP4qeU'     #密钥
clientid = 'raspi4B'            #客户端实例名称

topic = '$baidu/iot/shadow/raspi4B/update'  #消息发布主题
desired = '$baidu/iot/shadow/raspi4B/delta' #订阅期望值发生变化的消息
reported = '$baidu/iot/shadow/raspi4B/update/documents'  #订阅属性发生变化的消息

connect_flog = 0            #连接成功标志
Json_buf = {'reported':0}   #上报消息用的字典
Sensor_dict= {'MemUsage':0,'freeMem':0,'usedMem':0,'loadavg_1':0,'loadavg_5':0,'loadavg_15':0,'cputemp':0}  #采集的属性值

def on_connect(client, userdata, rc):   #连接回调函数
    global connect_flog
    if rc == 0:
        print('连接成功')
        connect_flog = 1
        client.subscribe(desired,0)  #订阅消息
        client.subscribe(reported,0) #订阅消息
    else :
        connect_flog = 0
        print("连接失败，错误代码：%d"%rc)
  
def on_disconnect(client, userdata, rc):  #断开连接回调
    print("断开连接，代码%d"%rc)

def on_message(client, userdata, msg):  #收到订阅的消息是回调此函数
    buf = str(msg.payload,'utf-8')    #将收到的消息转为JSON字符串格式
    buf = json.loads(buf)            #将JSON字符串转为字典

if msg.topic == desired :       #判断消息类型
        print ("领导发话了:",end='')
        print (buf['desired']) 
       
    elif msg.topic == reported :    #判断消息类型
        print("情况有变: vsrsion=%s "%buf['profileVersion'],end='')
        print ("当前值:%s "%buf['current'],end='')
        print ("上次值:%s"%buf['previous'])

def on_subscribe(client, userdata, mid, granted_qos):    #订阅成功回调
    print("订阅成功")

def mqtt_connect():         #开始连接MQTT服务器
    client.connect(host,port,60) 
    client.loop_start()

def MemInfo():      #获取系统内存信息
    out_dict = {'FreeMem':0,'UsedMem':0,'MemUsage':0}  #内存信息缓冲区
    f = os.popen('free')      
    buf = f.readline()
    buf = f.readline()
    buf = buf.strip().split()
    out_dict['FreeMem'] = int(buf[6])
    out_dict['UsedMem'] = int(buf[2])
    out_dict['MemUsage'] = int(buf[2]) * 100 / int(buf[1])
    return out_dict

def LoadAvg():          #获取系统负载信息
    out_dict = {'loadavg_1':0,'loadavg_5':0,'loadavg_15':0}
    f = os.popen('uptime')
    buf = f.readline()
    buf = buf.replace(',','')
    buf = buf.strip().split()
    var = buf.index('average:')

out_dict['loadavg_1'] = float(buf[var + 1])*100 / 2
    out_dict['loadavg_5'] = float(buf[var + 2])*100 / 2
    out_dict['loadavg_15'] = float(buf[var + 3])*100 / 2

return out_dict

def CpuTemp():   #获取CPU温度
    f = open('/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp')
    buf = f.read()
    f.close()
    buf = int(buf)
    buf = buf / 1000
    return buf

def read_serverInfo(): #读取服务器信息
    meminfo = MemInfo()
    loadavg = LoadAvg()
    Sensor_dict['MemUsage'] = round(meminfo['MemUsage'],2)   #将读取到的信息写入字典
    Sensor_dict['freeMem'] = round(meminfo['FreeMem'] / 1024,2)
    Sensor_dict['usedMem'] = round(meminfo['UsedMem'] / 1024,2)
    Sensor_dict['loadavg_1'] = round(loadavg['loadavg_1'],2)
    Sensor_dict['loadavg_5'] = round(loadavg['loadavg_5'],2)
    Sensor_dict['loadavg_15'] = round(loadavg['loadavg_15'],2)
    Sensor_dict['cputemp'] = round(CpuTemp(),2)

def Send_data():    #向MQTT服务器发布消息
    read_serverInfo()    #读取信息
    Json_buf['reported'] = Sensor_dict  #封装消息包
    Rx_buf = str(json.dumps(Json_buf))  #将字典转为JSON字符串
    client.publish(topic,Rx_buf)    #上报消息

client = mqtt.Client(clientid)   #使用构造函数构造一个客户端实例

client.on_connect = on_connect  #连接回调函数
client.on_disconnect = on_disconnect
client.on_message = on_message
client.on_subscribe = on_subscribe

client.username_pw_set(username, passwd) #设置用户及密钥

if __name__ == '__main__':
   print("开始连接MQTT服务器")
   mqtt_connect()
   while True:
       if connect_flog == 1 :  
           Send_data()   
           time.sl<ickey>eep(10)  #每隔10s上报一次消息

```

# 总结
 小白第一次发帖，请多指教，有问题可加qq群：511705659
 后面还有一些关于百度物可视的操作没有法，半夜了，后面有机会在发吧，这里简单说一下，在天工物联网总览打开物可视，先创建一个工作区，然后在工作区创建一个仪表盘，进入仪表盘，拖放控件，然后一些控件可以绑定数据，但是需要先在画布顶部进入数据栏创建数据表，数据表类型选择物影子。
 
 简单总结一下，比较百度云和阿里云，两相比较
 百度IOT
 优点：有一部分免费政策，但是幅度不大，每月免费100万条消息。服务器的属性设置很自由，而且精度很高，可以达到小数点后七八位。
 缺点：不能储存历史记录，当然这是对免费政策来说的，如果想储存数据需要购买他的时序数据库。Web项目不如阿里云的，虽然阿里云的也有一定的缺陷，比如不能显示字符串参数。

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ouyangrui

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xdsnet 66天前...

还是需要控制一下消息的速度，100万条貌似很多，但如果发起消息来（发送、接收都算，而一般发送了都会有对应接收反馈状态），所以真正的只有50万条啦，如果1秒个来回，其实只能支持6天不到的。

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ouyangrui 回复 xdsnet 59天前...

1s一次有点太快了吧，我一般都是5s或者10s一次，但是100万确实不多，想随便玩的话还是自己建一个mqtt转发服务器吧。

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