阿里云物联网平台体验(树莓派+Python篇)

Posted 2021-01-24 yefanqiu

阿里云物联网平台体验(树莓派+Python篇)

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