前言

物联网简介

在我们日程生活中，经常听到物联网，IOT这些新名词。实际物联网的英文缩写就是IOT（Internet of things）。物联网顾名思义就是物物相连的网络。不光人能用手机上网，各种物体借助网络模块也能连上云端进行数据交换，后面为了叙述方便物联网直接称为IOT。

Python3物联网MQTT 教程 - 图1

MQTT是什么

学习IOT之前，首先我们学习下理论基础，IOT通讯之间是有协议的，我们的编程核心思想也是基于这套协议的用法——MQTT。MQTT是IBM（对，就是那个弄电脑那个）针对物联网实现的一套通讯协议。MQTT全称不用记，太长反正我也是记不住。只需要记住它是用在IOT上的最通用协议就行了。包括小米其他多物网公司都是用这套协议去通讯。 MQTT核心采用订阅/发布模式，为推送而生。
Python3物联网MQTT 教程 - 图2

  • MQTT物理模型
    1. 首先物联网肯定有一台服务器，服务器的作用就是接收数据，处理数据，分发数据
    2. 多个联网的设备。它们的作用就是给服务器发送数据，或者接收服务器的数据

编程简述

如果你已经明白以上关于物联网mqtt的理论基础，我们对应将其翻译成代码即可。一定会涉及的几个步骤如下：

  1. 连接服务器
  2. 订阅话题
  3. 向对应的话题推送消息或从回应话题接受消息

示例1 - 推送/接收消息

操作准备

  1. KittenCode下应切换到 Python3模式
  2. 新建一个新的项目文件，这里我们以mqtt01.py为例子

image.png

保证你的KittenCode版本为1.08及以上（新增物联网按钮），如果不是 请到该处重新安装


  1. 点击界面右上角【物联网】按钮

image.png

:::info

  • 首次使用需要注册Zone账号，点击【Zone】

image.png

  • 完成注册后重新登陆

image.png :::

  1. 成功登入IoT平台控制面板，按照以下步骤先完成话题的创建
    1. 点击 添加话题按钮 申请独有的话题（话题必须为英文字符串，名称不限制，且全服务器唯一)，建议以/起头

image.png

  1. 关于登录用户名和密码不建议填写

image.png

Topic的名称不要与案例中一样，请自行创建独特的名称

代码编写

  1. 复制下面代码到KittenCode，并点击 运行按钮 ```python

    mqtt01.py

import paho.mqtt.client as mqtt

client = mqtt.Client(client_id=”YourName”)

设置账号名和密码，如果需要的话

client.username_pw_set(“username”, “passWord”)

def on_connect(client, userdata, flags, rc): print(“Connected with result code “+str(rc)) client.subscribe(“/test_CC”)

def on_message(sender, userdata, msg): print(msg.topic+” “+str(msg.payload))

client.on_connect = on_connect client.on_message = on_message

client.connect(‘iot.kittenbot.cn’, 1883) client.loop_start()

while True: a = input() if a == ‘exit’: sys.exit(0) else: client.publish(“/test_CC”, a)

  2. 2. **话题推送：**在终端中输入要发送给话题的消息，如内容hello CC后，按回车键发送
  6. 3. 切换到IoT服务器页面，点击刷新按钮并点选左侧话题，在数据显示部分可以看到这条新收到的消息，说明推送消息成功了~
  8. ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/1432841/1610519255266-85be6e47-1c21-48d8-b2d4-dd30c92dfe8e.png#crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&height=374&id=jnyXC&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=550&originWidth=1176&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=42975&status=done&style=stroke&title=&width=800)
  10. 4. **话题接收：**IoT服务器端，点击**_连接按钮_**，并向它发送 "OKOK"，看下KittenCode是否能收到
  12. ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/1432841/1610519436658-253dfcf1-4d9b-4e61-b2cf-2bd6ef3c85ae.png#crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&height=159&id=SXglJ&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=159&originWidth=1072&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=17638&status=done&style=none&title=&width=1072)
  14. 5. 切换到KittenCode的终端可以看到从话题接收到了消息**“OKOK”**，说明话题接收成功了！
  16. ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/1432841/1610519469742-1b157151-24fb-48b1-9f90-148ce4c7baec.png#crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&height=520&id=Qikot&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=520&originWidth=499&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=38936&status=done&style=none&title=&width=499)
  19. <a name="EtPDA"></a>
  20. ### 代码详解
  22. - 在代码中先引入库 **paho.mqtt.client** ，之后创建一个mqtt客户端实例 **client **
  23.    - client_id：你的设备在服务器显示的名称。如上面我用的client_id是YourName，因此在IOT的服务器就可以看到对应消息是YourName这个设备发出的（类比群聊的概念）
  24. > 如果你在服务器申请话题是设置了私有登录用户名和密码，这里你需要将
  25. > # client.username_pw_set("username", "passWord") 中的 username 和 passWord 填写好
  26. > 但案例中我们不建议去设置私有化
  28. ```python
  29. import paho.mqtt.client as mqtt
  31. client = mqtt.Client(client_id="YourName")
  33. # 设置账号名和密码，如果需要的话
  34. # client.username_pw_set("username", "passWord")
  • 注册客户端的各种回调函数，其中在与服务器连接成功后我们订阅了一个话题 /test_topic 。并且注册了当接收到消息的回调函数 on_message，其中msg参数是个字典类型，包含了topic和话题的内容。 ```python def on_connect(client, userdata, flags, rc): print(“Connected with result code “+str(rc)) client.subscribe(“/test_topic”)

def on_message(sender, userdata, msg): print(msg.topic+” “+str(msg.payload))

client.on_connect = on_connect client.on_message = on_message

  2. - 接下来我们就要连接mqtt服务器（Broker），这里以小喵家的iot服务器[iot.kittenbot.cn:1883]为例子
  3.    - **connect **需要传入的参数：mqtt服务器ip, 端口号（一般是默认的不填也行）
  4.    - 连接后还需要使用 **loop_start** 函数启动客户端，此时python3内部启动一个线程监听mqtt的协议和通讯，当有任何消息或事件过来时，我们前面设置的回调函数 **on_message** 将会被调用
  5. ```python
  6. client.connect('iot.kittenbot.cn', 1883)
  7. client.loop_start()
  • 最后我们做个循环 input() 读取用户的输入，并将其发布到话题中。如果用户输入的 exit 则退出程序
    1. while True:
    2.   a = input()
    3.   if a == 'exit':
    4.       sys.exit(0)
    5.   else:
    6.       client.publish("/test_topic", a)

示例2 - 推送喵比特温度

操作准备

这个案例涉及到与硬件的交互，需要先连接喵比特硬件，不清楚的可以查看前篇教程 - Python3硬件互动案例

效果：将喵比特检测到的温度值推送到IoT服务器上

  1. 复制下面代码到KittenCode，并点击 运行按钮 ```python

    mqtt01.py

    import paho.mqtt.client as mqtt

与喵比特硬件交互必不可少的库

import time from meowbit import * board = MeowBit() board.connect()

client = mqtt.Client(client_id=”YourName”)

设置账号名和密码，如果需要的话

client.username_pw_set(“username”, “passWord”)

def on_connect(client, userdata, flags, rc): print(“Connected with result code “+str(rc)) client.subscribe(“/test_CC”)

def on_message(sender, userdata, msg): print(msg.topic+” “+str(msg.payload))

client.on_connect = on_connect client.on_message = on_message

client.connect(‘iot.kittenbot.cn’, 1883) client.loop_start()

每隔5秒向话题推送温度，温度值即board.sensor.getTemp()

while True: client.publish(“/test_CC”, board.sensor.getTemp()) time.sleep(5)

  2. 2. IoT平台效果
  4. ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/1432841/1610519683479-3c1a45ff-1caa-4f8b-9051-aa9567c2399b.png#crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&height=449&id=Nm1cy&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=665&originWidth=1184&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=54923&status=done&style=stroke&title=&width=800)
  7. <a name="SFnNc"></a>
  8. ## 示例3 - 远程点亮喵比特的LED
  10. <a name="ay0Sj"></a>
  11. ### 操作准备
  12. > 这个案例涉及到与硬件的交互，需要先连接喵比特硬件，不清楚的可以查看前篇教程 -[ Python3硬件互动案例](https://www.yuque.com/kittenbot/vozgi0/cxhk32)
  14. 效果：在 **示例2 **的基础上，根据** 示例1 **增加从IoT服务器对喵比特发送消息，可以控制喵比特LED的亮灭
  16. 1. 复制下面代码到KittenCode，并点击**_ 运行按钮_**
  17. ```python
  18. # mqtt01.py
  19. import paho.mqtt.client as mqtt
  20. # 与喵比特硬件交互必不可少的库
  21. import time
  22. from meowbit import *
  23. board = MeowBit()
  24. board.connect()
  25. client = mqtt.Client(client_id="YourName")
  26. # 设置账号名和密码，如果需要的话
  27. # client.username_pw_set("username", "passWord")
  28. def on_connect(client, userdata, flags, rc):
  29.     print("Connected with result code "+str(rc))
  30.     client.subscribe("/test_CC")
  32. def on_message(sender, userdata, msg):
  33.     a=str(msg.payload,'UTF-8')
  34.     print(msg.topic+" "+a)
  35.     if(a=='ON'):
  36.         print('led on')
  37.         # board.led1.on()
  38.         board.screen.fill((255,255,255))
  39.     if(a=='OFF'):
  40.         print('led off')
  41.         # board.led1.off()
  42.         board.screen.fill(0)
  45. client.on_connect = on_connect
  46. client.on_message = on_message
  47. client.connect('iot.kittenbot.cn', 1883)
  48. client.loop_start()
  49. # 每隔5秒向话题推送温度，温度值即board.sensor.getTemp()
  50. while True:
  51.     client.publish("/test_CC", board.sensor.getTemp())
  52.     time.sleep(5)

综合示例 - 智能物联网教室

智能教室.JPG

操作准备

  • 智能教室的硬件准备：

    • 风扇*1
    • 窗（舵机*1）
    • 门（Geekservo 2KG舵机*1）

  • 智能教室的工作目标：

    • 检测温度
    • 检测湿度
    • 检测是否有下雨（雨滴传感器）
    • 并将3个数据自动推送到物联网服务器上

  • 项目部件：发挥大家的创意，首先搭建出以下3样东西

    • 智能风扇：可以根据温度自动控制（气温高了，自动开风扇），也可以物联网进行控制

风扇.JPG

  • 智能门：可以物联网进行控制

门.JPG

  • 智能窗：可以根据雨滴传感器自控控制（下雨了，自动关窗），也可以物联网进行控制

窗.JPG

  • 硬件接线：
    • 智能风扇 => 接在Robotbit的M1A接口上（可以接M1A、M1B、M2A、M2B）

风扇接线.JPG

  • 智能门舵机 => 接在Robotbit的舵机接口S2上（可以接S1-S8）

门接线.JPG

  • 智能窗舵机 => 接在Robotbit的舵机接口S1上（可以接S1-S8）
  • 智能窗温湿度模块 => 接在Robotbit的P15口上，绿色线（可以接P0-P15）
  • 智能窗雨滴模块 => 接在Robotbit的P1口上，蓝色线（雨滴模块是属于模拟读模块，只能接P0、P1、P2）

窗接线.JPG

  • 示例代码 ```python import paho.mqtt.client as mqtt#iot的相关库

与喵比特硬件交互必不可少的库

import time from meowbit import * board = MeowBit() board.connect() robotbit=board.RobotBit()#请确保你的Robotbit已经插上，否则报错

dht11 = board.DHT11(‘P15’)#温湿度传感器接口定义

p1 = board.MeowPin(‘P1’,ANALOG)#雨滴传感器接口定义

robotbit.geekServo2kg(2, int(90))# S1舵机状态，开门（90度开门，0度关门）

robotbit.geekServo2kg(1, int(180))# S2舵机状态，开窗（180度开窗，250度关窗）

client = mqtt.Client(client_id=”YourName”)#设置你服务器上显示的设备名称

设置账号名和密码，如果需要的话

client.username_pw_set(“username”, “passWord”)

def on_connect(client, userdata, flags, rc): print(“Connected with result code “+str(rc))

  1. # client.subscribe("CC_temp")
  2. # client.subscribe("CC_humi")
  3. # client.subscribe("CC_rain")
  4. client.subscribe("CC_control")

def on_message(sender, userdata, msg): a=str(msg.payload,’UTF-8’) print(msg.topic+” “+a) if(a==’dooron’): robotbit.geekServo2kg(2, int(90))# S1舵机状态，开门（90度开门，0度关门）

  1. if(a=='dooroff'):
  2.     robotbit.geekServo2kg(2, int(0))# S1舵机状态，关门（90度开门，0度关门）
  4. if(a=='windowon'):
  5.     robotbit.geekServo2kg(1, int(180))# S2舵机状态，开窗（180度开窗，250度关窗）
  7. if(a=='windowoff'):
  8.     robotbit.geekServo2kg(1, int(250))# S2舵机状态，关窗（180度开窗，250度关窗）
  10. if(a=='fanon'):
  11.     robotbit.motor(1, 100, 0)#开风扇
  13. if(a=='fanoff'):
  14.     robotbit.stopMotor(1)#关风扇

client.on_connect = on_connect client.on_message = on_message client.connect(‘iot.kittenbot.cn’, 1883) client.loop_start()

while True: dht11.measure()#提取温湿度值 T=dht11.temperature() H=dht11.humidity() R=p1.getAnalog()#雨水数值0-4095，干燥状态接近0

  1. #如果温度太高打开风扇
  2. if T>=22:
  3.     robotbit.motor(1, 100, 0)
  4.     print('fan on')
  5. else:
  6.     robotbit.stopMotor(1)
  7.     print('fan off')
  10.     #如果下雨，关窗
  11. if R>=50:
  12.     robotbit.geekServo2kg(1, int(250))# S2舵机状态，关窗（180度开窗，250度关窗）
  13.     print('window off')
  14. else:
  15.     robotbit.geekServo2kg(1, int(180))# S2舵机状态，开窗（180度开窗，250度关窗）
  16.     print('window on')
  18. client.publish("CC_temp",T)#向物联网服务器推送温湿度与雨水状态
  19. client.publish("CC_humi",H)
  20. client.publish("CC_rain",R)
  21. print('temp='+str(T))
  22. print('humi='+str(H))
  23. print('rain='+str(R))
  25. time.sleep(10)#每隔10秒

```

效果展示

  1. 点击 物联网 按钮，打开物联网页面

Python3物联网MQTT 教程 - 图16
image.png

  1. 添加话题：分别用于接收，温度、湿度、雨滴数值。控制（用于发送命令控制门窗风扇）

image.png

  1. 分别点击不同话题，切换到数据显示的中的 图表 页图表查看数据情况

image.png

  1. 在负责控制的话题下点击连接，对应发送如图所示的6种命令，可分别控制门、窗、风扇的开关状态

image.png