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  • 




    

    





    





    


    


    


    

    通過物聯網管理多臺MQTT設備-基于米爾T527開發板
    


    
    
    
發布時間：2024-5-11 18:08    
發布者：swiftman

    


    

    


    關鍵詞：
    全志    , T527    , 開發板    , 嵌入式    , 物聯網
    


    
 

    

    
本篇測評由電子工程世界的優秀測評者“JerryZhen”提供。
    本文將介紹基于米爾電子MYD-LT527開發板的網關方案測試。
    

    一、系統概述
    基于米爾-全志 T527設計一個簡易的物聯網網關，該網關能夠管理多臺MQTT設備，通過MQTT協議對設備進行讀寫操作，同時提供HTTP接口，允許用戶通過HTTP協議與網關進行交互，并對設備進行讀寫操作。
    二、系統架構
    • 網關服務：基于FastAPI框架構建的Web服務，提供HTTP接口。
    • MQTT客戶端：負責與MQTT設備通信，管理設備連接、消息發布和訂閱。
    • 設備管理：維護一個設備列表，記錄設備的基本信息和狀態。
    • 數據存儲：使用內存或數據庫存儲設備數據，確保數據持久化。

      

    三、組件設計
    • MQTT組件：

      

      • 負責與MQTT broker建立連接。
      • 訂閱設備主題，接收設備發送的消息。
      • 發布消息到設備，實現遠程控制。

        

    • 設備管理組件：

      

      • 維護一個設備列表，記錄設備的唯一標識符（如設備ID）、MQTT主題、連接狀態等信息。
      • 提供設備增刪改查的方法。

        

    • HTTP組件：

      

      • 基于FastAPI定義HTTP接口。
      • 接收用戶請求，調用MQTT組件和設備管理組件進行相應操作。
      • 返回操作結果給用戶。

        

    四、接口設計
    • 設備列表：

      

      • GET /devices：返回所有設備的列表。
      • POST /devices：添加新設備到網關。
      • DELETE /devices/{device_id}：從網關中刪除指定設備。

        

    • 設備詳情：

      

      • GET /devices/{device_id}：返回指定設備的詳細信息。

        

    • 設備數據：

      

      • GET /devices/{device_id}/data：獲取指定設備的最新數據。
      • POST /devices/{device_id}/data：發送數據到指定設備。

        

    • 設備控制：

      

      • POST /devices/{device_id}/control：發送控制命令到指定設備。

        

    五、數據結構設計
    • 設備信息：

      

      • 設備ID (device_id)：唯一標識設備的字符串。
      • MQTT主題 (mqtt_topic)：設備在MQTT broker上的主題。
      • 連接狀態 (connection_status)：表示設備是否在線的布爾值。
      • 其他設備屬性（如名稱、描述等）。

        

    • 設備數據：

      

      • 設備ID (device_id)：關聯設備信息的設備ID。
      • 時間戳 (timestamp)：數據發送或接收的時間。
      • 數據內容 (data)：設備發送或接收的具體數據，可以是JSON格式或其他格式。

        

    六、安全性考慮
    • 使用HTTPS協議提供安全的HTTP通信。
    • 實現用戶認證和授權機制，確保只有授權用戶可以訪問和操作設備。
    • 對于敏感操作（如刪除設備），要求用戶進行二次確認或提供額外的安全措施。

      

    七、部署與擴展
    • 使用Docker容器化部署網關服務，便于管理和擴展。
    • 根據需要，可以水平擴展網關實例以處理更多的設備連接和請求。

      

    八、實現步驟
    • 安裝所需的Python庫：fastapi, uvicorn, paho-mqtt等。
    • 創建FastAPI應用并定義路由。
    • 實現MQTT組件，包括與MQTT broker的連接、訂閱、發布等功能。
    • 實現設備管理組件，維護設備列表并提供增刪改查的方法。
    • 實現HTTP組件，調用MQTT組件和設備管理組件處理用戶請求。
    • 編寫測試代碼，驗證網關的各項功能是否正常工作。
    • 部署網關服務并監控其運行狀態。

      

    該設計方案僅僅是概述，具體實現細節可能需要根據實際需求和項目環境進行調整和優化。在實際開發中，還需要考慮異常處理、日志記錄、性能優化等方面的問題�；谏鲜鲈O計方案，以下是一個簡化版的參考代碼，展示了如何使用FastAPI和paho-mqtt庫來創建一個物聯網網關。需要注意，示例中不包含完整的錯誤處理、用戶認證和授權機制，這些在實際生產環境中都是必不可少的。依賴的主要庫版本：
    fastapi==0.108.0
    paho-mqtt==1.6.1
     
    網關模擬代碼gateway.py：
    1. from fastapi import FastAPI, HTTPException, Body, status
      

    2. from paho.mqtt.client import Client as MQTTClient
      

    3. from typing import List, Dict, Any
      

    4. import asyncio
      

    5. import json
      


    6. 

    7. app = FastAPI()
      

    8. mqtt_client = None
      

    9. device_data = {}  
      


    10. 

    11. subtopic="gateway/device/#"
      


    12. 

    13. # MQTT回調函數
      

    14. def on_message(client, userdata, msg): 
      

    15.      payload = msg.payload.decode()
      

    16.      topic = msg.topic
      

    17.      device_id = topic.split('/')[-1]
      

    18.      device_data[device_id] = payload
      

    19.      print(f"Received message from {device_id}: {payload}")  
      

    20.      
      

    21. # MQTT連接和訂閱
      

    22. def mqtt_connect_and_subscribe(broker_url, broker_port):
      

    23.       global mqtt_client
      

    24.       mqtt_client = MQTTClient()
      

    25.       mqtt_client.on_message = on_message
      

    26.       mqtt_client.connect(broker_url, broker_port, 60)
      

    27.       mqtt_client.subscribe(subtopic)
      

    28.       mqtt_client.loop_start()
      

    29.       
      

    30. # MQTT發布消息
      

    31. async def mqtt_publish(topic: str, message: str):
      

    32.       if mqtt_client is not None and mqtt_client.is_connected():
      

    33.          mqtt_client.publish(topic, message)
      

    34.       else: 
      

    35.          print("MQTT client is not connected!")
      

    36.          
      

    37. # 設備管理：添加設備
      

    38. @app.post("/devices/", status_code=status.HTTP_201_CREATED)
      

    39. async def add_device(device_id: str):
      

    40.       device_data[device_id] = None
      

    41.       return {"message": f"Device {device_id} added"}
      

    42.       
      

    43. # 設備管理：獲取設備列表
      

    44. @app.get("/devices/")
      

    45. async def get_devices(): 
      

    46.      return list(device_data.keys())
      

    47.      
      

    48. # 設備管理：獲取設備數據
      

    49. @app.get("/devices/{device_id}/data")
      

    50. async def get_device_data(device_id: str):
      

    51.       if device_id not in device_data:
      

    52.           raise HTTPException(status_code=status.HTTP_404_NOT_FOUND, detail=f"Device {device_id} not found")
      

    53.       return device_data.get(device_id)
      

    54.       
      

    55. # 設備管理：發送數據到設備
      

    56. @app.post("/devices/{device_id}/data")
      

    57. async def send_data_to_device(device_id: str, data: Dict[str, Any] = Body(...)):
      

    58.       topic = f"devices/{device_id}"
      

    59.       message = json.dumps(data)
      

    60.       await mqtt_publish(topic, message)
      

    61.       return {"message": f"Data sent to {device_id}"}
      

    62.       
      

    63. # 設備控制：發送控制命令到設備
      

    64. @app.post("/devices/{device_id}/control")
      

    65. async def control_device(device_id: str, command: str):
      

    66.       topic = f"devices/device/{device_id}"
      

    67.       await mqtt_publish(topic, command)
      

    68.       return {"message": f"Control command sent to {device_id}"}
      

    69.       
      

    70. # FastAPI啟動事件
      

    71. @app.on_event("startup")
      

    72. async def startup_event():
      

    73.       mqtt_connect_and_subscribe("127.0.0.1", 1883)
      

    74.       
      

    75. # FastAPI關閉事件
      

    76. @app.on_event("shutdown")
      

    77. async def shutdown_event():
      

    78.       if mqtt_client is not None:
      

    79.          mqtt_client.loop_stop()
      

    80.          mqtt_client.disconnect()
      

    81.       
      

    82. # 運行FastAPI應用
      

    83. if __name__ == "__main__":
      

    84.       import uvicorn
      

    85.       uvicorn.run(app, host="127.0.0.1", port=8000)
      

    復制代碼

    

    設備1模擬代碼 dev1.py：
    1. import paho.mqtt.client as mqtt
      


    2. 

    3. # 連接成功回調
      

    4. def on_connect(client, userdata, flags, rc):
      

    5.     print('Connected with result code '+str(rc))
      

    6.     client.subscribe('devices/1')
      


    7. 

    8. # 消息接收回調
      

    9. def on_message(client, userdata, msg):
      

    10.     print(msg.topic+" "+str(msg.payload))
      

    11.     client.publish('gateway/device/1',payload=f'echo {msg.payload}',qos=0)
      

    12.     
      

    13. client = mqtt.Client()
      


    14. 

    15. # 指定回調函數
      

    16. client.on_connect = on_connect
      

    17. client.on_message = on_message
      


    18. 

    19. # 建立連接
      

    20. client.connect('127.0.0.1', 1883)
      

    21. # 發布消息
      

    22. client.publish('gateway/device/1',payload='Hello, I am device',qos=0)
      


    23. 

    24. client.loop_forever()
    復制代碼

    

    設備2模擬代碼 dev2.py
    1. import paho.mqtt.client as mqtt
      


    2. 

    3. # 連接成功回調
      

    4. def on_connect(client, userdata, flags, rc):
      

    5.     print('Connected with result code '+str(rc))
      

    6.     client.subscribe('devices/2')
      


    7. 

    8. # 消息接收回調
      

    9. def on_message(client, userdata, msg):
      

    10.     print(msg.topic+" "+str(msg.payload))
      

    11.     client.publish('gateway/device/2',payload=f'echo {msg.payload}',qos=0)
      


    12. 

    13. client = mqtt.Client()
      


    14. 

    15. # 指定回調函數
      

    16. client.on_connect = on_connect
      

    17. client.on_message = on_message
      


    18. 

    19. # 建立連接
      

    20. client.connect('127.0.0.1', 1883)
      

    21. # 發布消息
      

    22. client.publish('gateway/device/2',payload='Hello, I am device',qos=0)
      


    23. 

    24. client.loop_forever()
    復制代碼

    

    運行網關代碼，打開網頁得到api接口：







  通過api分別添加設備1和設備2，







 在另外兩個控制臺中分別運行模擬設備1和模擬設備2的代碼通過網頁API向設備1發送數據







 通過網頁API獲得設備回復的數據，設備代碼中只是簡單的把網關發過來的數據進行回傳







 我們在網關的后臺可以看到完整的數據流







 至此一個簡易的網關已經實現了，接下來將會嘗試實現樓宇里的最常見的bacnet設備進行通訊管理。
    

    



    

    

    


    

    

    		




    



    
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