Python模拟智能开关设备接入阿里云物联网平台

Posted 2021-06-15 Mark_md

概要

Python 使用 paho.mqtt 库，利用阿里云物联网平台的设备证书：productKey、deviceName、deviceSecret，自动合成 userName、passWord。以MQTT通信协议接入阿里云物联网平台，并模拟智能开关设备上报开关消息。

非常适合作为MQTT物联网设备的客户端模拟。在此Demo基础上可非常方便进行二次开发。

MQTT.fx做客户端固然方便，但如果想对流程或任务进行定制、让其模拟物联网设备的功能、或者多开自动化脚本，应该没什么比Python更方便了吧。

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Python脚本使用说明

• MQTT接入阿里云物联网平台Demo，使用一机一密的方式。
• 我的代码运行环境为PyCharm，运行时，需安装 paho.mqtt。
• 在 PyCharm 的 File - Settings - Projectxxx - Python Interpreter 中，搜索并安装 paho.mqtt。
• Demo中需要根据个人设备进行改动的仅5项：productKey、deviceName、deviceSecret、regionId、modelName。
• 代码运行后，会使用设备证书的信息，自动连接阿里云物联网平台。并以5s为间隔，自动上报开关的状态消息。
• 在阿里云在线调试界面，下发消息，可在客户端收到对应的json报文。

阿里云设备注册 的过程，请参照链接：阿里云MQTT物联网设备注册

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Demo源码（IDE推荐用 PyCharm）

• Demo中需要根据个人设备进行改动的仅5项：productKey、deviceName、deviceSecret、regionId、modelName。一定要保证这5项与个人注册的设备相匹配。

import hmac
from hashlib import sha1
import time
from paho.mqtt.client import MQTT_LOG_INFO, MQTT_LOG_NOTICE, MQTT_LOG_WARNING, MQTT_LOG_ERR, MQTT_LOG_DEBUG
from paho.mqtt import client as mqtt
import json
import random
import threading

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# MQTT接入阿里云物联网平台Demo，使用一机一密的方式
# 运行时，需安装 paho.mqtt
# 在PyCharm 的 File - Settings - Projectxxx - Python Interpreter 中，搜索并安装 paho.mqtt
# 需要根据个人设备进行改动的仅5项：productKey、deviceName、deviceSecret、regionId、modelName
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# 设备证书（ProductKey、DeviceName和DeviceSecret），三元组
productKey = 'a1wFylTxYeD'
deviceName = 'co_0001'
deviceSecret = '7ab0c4b3532b5783df5fdc58a2895d7a'

# ClientId Username和 Password 签名模式下的设置方法，参考文档 https://help.aliyun.com/document_detail/73742.html?spm=a2c4g.11186623.6.614.c92e3d45d80aqG
# MQTT - 合成connect报文中使用的 ClientID、Username、Password
mqttClientId = deviceName + '|securemode=3,signmethod=hmacsha1|'
mqttUsername = deviceName + '&' + productKey
content = 'clientId' + deviceName + 'deviceName' + deviceName + 'productKey' + productKey
mqttPassword = hmac.new(deviceSecret.encode(), content.encode(), sha1).hexdigest()

# 接入的服务器地址
regionId = 'cn-shanghai'
# MQTT 接入点域名
brokerUrl = productKey + '.iot-as-mqtt.' + regionId + '.aliyuncs.com'

# Topic，post，客户端向服务器上报消息
topic_post = '/sys/' + productKey + '/' + deviceName + '/thing/event/property/post'
# Topic，set，服务器向客户端下发消息
topic_set = '/sys/' + productKey + '/' + deviceName + '/thing/service/property/set'

# 物模型名称的前缀（去除后缀的数字）
modelName = 'PowerSwitch_'

# 下发的设置报文示例：{"method":"thing.service.property.set","id":"1227667605","params":{"PowerSwitch_1":1},"version":"1.0.0"}
# json合成上报开关状态的报文
def json_switch_set(num, status):
    switch_info = {}
    switch_data = json.loads(json.dumps(switch_info))
    switch_data['method'] = '/thing/event/property/post'
    switch_data['id'] = random.randint(100000000,999999999) # 随机数即可，用于让服务器区分开报文
    switch_status = {modelName + num : status}
    switch_data['params'] = switch_status
    return json.dumps(switch_data, ensure_ascii=False)

# 开关的状态，0/1
onoff = 0

# 建立mqtt连接对象
client = mqtt.Client(mqttClientId, protocol=mqtt.MQTTv311, clean_session=True)

def on_log(client, userdata, level, buf):
    if level == MQTT_LOG_INFO:
        head = 'INFO'
    elif level == MQTT_LOG_NOTICE:
        head = 'NOTICE'
    elif level == MQTT_LOG_WARNING:
        head = 'WARN'
    elif level == MQTT_LOG_ERR:
        head = 'ERR'
    elif level == MQTT_LOG_DEBUG:
        head = 'DEBUG'
    else:
        head = level
    print('%s: %s' % (head, buf))
# MQTT成功连接到服务器的回调处理函数
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print('Connected with result code ' + str(rc))
    # 与MQTT服务器连接成功，之后订阅主题
    client.subscribe(topic_post, qos=0)
    client.subscribe(topic_set, qos=0)
    # 向服务器发布测试消息
    client.publish(topic_post, payload='test msg', qos=0)
# MQTT接收到服务器消息的回调处理函数
def on_message(client, userdata, msg):
    print('recv:', msg.topic + ' ' + str(msg.payload))
def on_disconnect(client, userdata, rc):
    if rc != 0:
        print('Unexpected disconnection %s' % rc)

def mqtt_connect_aliyun_iot_platform():
    client.on_log = on_log
    client.on_connect = on_connect
    client.on_message = on_message
    client.on_disconnect = on_disconnect
    client.username_pw_set(mqttUsername, mqttPassword)
    print('clientId:', mqttClientId)
    print('userName:', mqttUsername)
    print('password:', mqttPassword)
    print('brokerUrl:', brokerUrl)
    # ssl设置，并且port=8883
    # client.tls_set(ca_certs=None, certfile=None, keyfile=None, cert_reqs=ssl.CERT_REQUIRED, tls_version=ssl.PROTOCOL_TLS, ciphers=None)
    try:
        client.connect(brokerUrl, 1883, 60)
    except:
        print('阿里云物联网平台MQTT服务器连接错误，请检查设备证书三元组、及接入点的域名！')
    client.loop_forever()

def publish_loop():
    while 1:
        time.sleep(5)
        global onoff
        onoff = 1-onoff
        switchPost = json_switch_set('1', onoff)
        client.publish(topic_post, payload=switchPost, qos=0)

if __name__ == '__main__':
    # 建立线程t1：mqtt连接阿里云物联网平台
    # 建立线程t2：定时向阿里云发布消息：5s为间隔，变化开关状态
    t1 = threading.Thread(target=mqtt_connect_aliyun_iot_platform, )
    t2 = threading.Thread(target=publish_loop, )
    t1.start()
    t2.start()

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运行现象（IDE使用 PyCharm）

• 代码运行后，会在调试窗口输出提示内容。
  

• 已经连接阿里云物联网平台，并定时上发开关状态的报文。
  

• 阿里云物联网平台，设备后台，可以看到设备上线。
  

• 查看客户端上发的开关状态：物模型 - 打开实时刷新。
  
  

• 点击查看数据，可以图标形式查看历史数据。
  

• 利用在线调试，模拟向客户端下发控制指令。
  

• 客户端收到服务器的控制指令。
  

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异常处理

• 代码已验证无误，如有错误，只能是设备证书填写有误。
• Demo中需要根据个人设备进行改动的仅5项：productKey、deviceName、deviceSecret、regionId、modelName。一定要保证这5项与个人注册的设备相匹配。
• 脚本运行时，会调试输出 clientId、userName、passWord、brokerUrl 等关键信息。可自行对照。
  
• 如 productKey 或 regionId 填写有误，会导致 brokerUrl 合成错误，进而域名解析失败，MQTT不能正常连接阿里云服务器，引发异常。