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阿里云物联网平台体验(树莓派+Python篇)

阿里云物联网平台体验(树莓派+Python)

虽然对阿里云物联网平台比较熟悉了,从一开始就有幸参与了飞凤平台(Link Develop 一站式开发平台的前身)的一些偏硬件接入的工作。但是同时也见证了阿里云物联网团队从几十人到数百人的迅速扩张,其物联网平台所承载的内容也急速膨胀,物联网开发套件基础版、飞凤、Link Develop一站式开发平台、物联网开发平台高级版、飞燕、飞象、城市大脑、农业大脑和工业互联平台不一而足……,很难有精力真正熟悉和了解阿里云的每一款物联网产品。

这次有幸成为物联网平台的阿里云MVP体验官,可以从另外一个角度来体验阿里云物联网平台了。最早我们都是基于MCU单片+.NET MF平台,直接采用MQTT协议实现相关的代码对接阿里云平台,虽然也可以基于组态配置很灵活地接入物联网平台,但是对一些WEB、AI和云端开发的人来说还是有些陌生。正是因为这些需求,JS,Java,Python这些高级语言已经走入了硬件开发,可以直接在MCU芯片上运行,大大提速了物联网云和端的连接工作。

本篇文章就是采用高级语言Python基于树莓派进行物联网云端对接的(后续篇幅会介绍nodejs的云端对接)。

下面是阿里云团队快递过来的相关测试硬件:

 

 

1、 树莓派3B+  自带wifi和蓝牙

2、 DHT11温湿度模块

3、 LED灯模块

第一步:我们需要为树莓派安装操作系统

我们安装的是Raspbian固件,可以按如下链接介绍的步骤进行安装:https://www.yuque.com/cloud-dev/iot-tech/ig269q

第二步:安装阿里云平台的Python SDK

执行如下指令:$ pip install aliyun-python-sdk-iot-client

第三步:代码编写

在阿里云平台的说明文档:https://www.yuque.com/cloud-dev/iot-tech/rz6fpl 中已经提供了一个示例代码,不过功能相对简单,就是把两个随机数送到云端。

我们设计一个相对复杂的场景,我们首先要实现双向通信,不仅仅把传感器数据送到云端,我们还要让云端下发一个指令,控制相关的设备。

上传数据我们选择一个真实的传感器 DHT11,可以获取温度和湿度值。另外还有一个LED灯模块,通过云端下达的指令,控制灯亮和灯灭。

树莓派的管脚定义图如下:

 

 

DHT11模块共3根线,属于单总线通信,电源线我们接入5V-4pin,地线我们接入GND-6pin,通信pin我们接入GPIO16-36pin。LED模块也是3根线,我们电源线接入3V3-1pin,地线接入GND-9pin,控制线接入GPIO4-7pin。

 

 

LED的控制相对容易,就是控制管脚的高低电平即可。

led_pin = 4                       //GPIO为4

GPIO.setmode(GPIO.BCM)            //BCM的GPIO定义

GPIO.setup(led_pin, GPIO.OUT)     //设置为输出模式

 

点亮灯:

GPIO.output(led_pin, GPIO.HIGH)

关闭灯:

GPIO.output(led_pin, GPIO.LOW)

 

DHT11相对比较复杂,我2010年曾经写过一篇博文,想了解比较深入的可以参考一下(相关链接:https://blog.csdn.net/yfiot/article/details/5996524)。

 

 

 

由于代码比较多,所以我们封装为一个函数,并且可以同时返回两个值,一个是温度T,一个是湿度H。

网上大部分Python的实例都是读一次温湿度的,如果要连续读,必须间隔3秒左右,否则很容易失败。由于linux不是实时系统,我们发现即使间隔3秒,无法正确获取温湿度值的现象也时有发生,并且有时候居然也有通过校验的错误值出现。

DHT11的数据Pin接入的是 GPIO16,所以我们定义pin的代码如下:

dht_pin =16

封装函数的代码如下:

def GetDTH(): 

        data = []

        j = 0

        GPIO.setup(dht_pin, GPIO.OUT)

        GPIO.output(dht_pin, GPIO.LOW)

        time.sleep(0.02)

        GPIO.output(dht_pin, GPIO.HIGH)

        GPIO.setup(dht_pin, GPIO.IN)

         

        while GPIO.input(dht_pin) == GPIO.LOW:

          continue

        while GPIO.input(dht_pin) == GPIO.HIGH:

          continue

         

        while j < 40:

          k = 0

          while GPIO.input(dht_pin) == GPIO.LOW:

            continue

          while GPIO.input(dht_pin) == GPIO.HIGH:

            k += 1

            if k > 100:

              break

          if k < 8:

            data.append(0)

          else:

            data.append(1)    

          j += 1

         

        humidity_bit = data[0:8]

        humidity_point_bit = data[8:16]

        temperature_bit = data[16:24]

        temperature_point_bit = data[24:32]

        check_bit = data[32:40]

         

        humidity = 0

        humidity_point = 0

        temperature = 0

        temperature_point = 0

        check = 0

         

        for i in range(8):

          humidity += humidity_bit[i] * 2 ** (7-i)

          humidity_point += humidity_point_bit[i] * 2 ** (7-i)

          temperature += temperature_bit[i] * 2 ** (7-i)

          temperature_point += temperature_point_bit[i] * 2 ** (7-i)

          check += check_bit[i] * 2 ** (7-i)

         

        tmp = humidity + humidity_point + temperature + temperature_point

        if check == tmp:

          return temperature,humidity

        else:

          print "wrong"

          return 0,0  

这些准备工作做好后,我们要在云端定义相关产品和设备了。和阿里云官方示例不一样的是,我们额外增加了一个属性LED,具备读写能力,枚举型变量,0-表示关灯,1-表示开灯

 

 

这个定义好后,我们创建设备,并且获取设备的三元组。由于官方提供的示例仅仅是模拟数据,并且是单向上传,我们需要改造一下。

 

在main函数里,增加这句代码:

client.on_message = on_message

表示我们可以获取云端推送的信息。

 

我们云端推送的信息内容如下:

{"method":"thing.service.property.set","id":"169885527","params":{"LED":1},"version":"1.0.0"}

我们需要获取LED的值,所以on_message函数我们要增加一些内容:

    setjson = json.loads(msg.payload)

    led = setjson["params"]["LED"]

GPIO.output(led_pin,(GPIO.HIGH if led==1 else GPIO.LOW ))

根据led的值,我们开灯或者关灯。

 

相关代码修改好后,我们就可以上传到树莓派设备,开始运行了,如下图所示:

 

 

这个时候我们查看云端设备的状态,会发现数据已经正常上传到云端了。

 

 

我们在云端产品的在线调试面板进行数据下发测试

 

 

我们发送0或1,会发现LED灭或亮了。

以上,我们会发现通过我们所熟悉的Python语言,就可以轻松编写物联网代码了。

本文相关的代码文件:alios_ht_all.py