通過物聯(lián)網(wǎng)管理多臺(tái)MQTT設(shè)備-基于米爾T527開發(fā)板

本篇測評(píng)由電子工程世界的優(yōu)秀測評(píng)者“JerryZhen”提供。

本文將介紹基于米爾電子MYD-LT527開發(fā)板的網(wǎng)關(guān)方案測試。

一、系統(tǒng)概述

基于米爾-全志 T527設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)能夠管理多臺(tái)MQTT設(shè)備，通過MQTT協(xié)議對(duì)設(shè)備進(jìn)行讀寫操作，同時(shí)提供HTTP接口，允許用戶通過HTTP協(xié)議與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行交互，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行讀寫操作。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

1. 網(wǎng)關(guān)服務(wù)：基于FastAPI框架構(gòu)建的Web服務(wù)，提供HTTP接口。
2. MQTT客戶端：負(fù)責(zé)與MQTT設(shè)備通信，管理設(shè)備連接、消息發(fā)布和訂閱。
3. 設(shè)備管理：維護(hù)一個(gè)設(shè)備列表，記錄設(shè)備的基本信息和狀態(tài)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：使用內(nèi)存或數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)持久化。

三、組件設(shè)計(jì)

MQTT組件：

• 負(fù)責(zé)與MQTT broker建立連接。
• 訂閱設(shè)備主題，接收設(shè)備發(fā)送的消息。

發(fā)布消息到設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

設(shè)備管理組件：

• 維護(hù)一個(gè)設(shè)備列表，記錄設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)符（如設(shè)備ID）、MQTT主題、連接狀態(tài)等信息。

提供設(shè)備增刪改查的方法。

HTTP組件：

• 基于FastAPI定義HTTP接口。
• 接收用戶請(qǐng)求，調(diào)用MQTT組件和設(shè)備管理組件進(jìn)行相應(yīng)操作。

返回操作結(jié)果給用戶。

四、接口設(shè)計(jì)

設(shè)備列表：

• GET /devices：返回所有設(shè)備的列表。
• POST /devices：添加新設(shè)備到網(wǎng)關(guān)。

DELETE /devices/{device_id}：從網(wǎng)關(guān)中刪除指定設(shè)備。

設(shè)備詳情：

GET /devices/{device_id}：返回指定設(shè)備的詳細(xì)信息。

設(shè)備數(shù)據(jù)：

• GET /devices/{device_id}/data：獲取指定設(shè)備的最新數(shù)據(jù)。

POST /devices/{device_id}/data：發(fā)送數(shù)據(jù)到指定設(shè)備。

設(shè)備控制：

POST /devices/{device_id}/control：發(fā)送控制命令到指定設(shè)備。

五、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)備信息：

• 設(shè)備ID (device_id)：唯一標(biāo)識(shí)設(shè)備的字符串。
• MQTT主題 (mqtt_topic)：設(shè)備在MQTT broker上的主題。
• 連接狀態(tài) (connection_status)：表示設(shè)備是否在線的布爾值。

其他設(shè)備屬性（如名稱、描述等）。

設(shè)備數(shù)據(jù)：

• 設(shè)備ID (device_id)：關(guān)聯(lián)設(shè)備信息的設(shè)備ID。
• 時(shí)間戳 (timestamp)：數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)間。

數(shù)據(jù)內(nèi)容 (data)：設(shè)備發(fā)送或接收的具體數(shù)據(jù)，可以是JSON格式或其他格式。

六、安全性考慮

• 使用HTTPS協(xié)議提供安全的HTTP通信。
• 實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證和授權(quán)機(jī)制，確保只有授權(quán)用戶可以訪問和操作設(shè)備。

對(duì)于敏感操作（如刪除設(shè)備），要求用戶進(jìn)行二次確認(rèn)或提供額外的安全措施。

七、部署與擴(kuò)展

• 使用Docker容器化部署網(wǎng)關(guān)服務(wù)，便于管理和擴(kuò)展。

根據(jù)需要，可以水平擴(kuò)展網(wǎng)關(guān)實(shí)例以處理更多的設(shè)備連接和請(qǐng)求。

八、實(shí)現(xiàn)步驟

1. 安裝所需的Python庫：fastapi, uvicorn, paho-mqtt等。
2. 創(chuàng)建FastAPI應(yīng)用并定義路由。
3. 實(shí)現(xiàn)MQTT組件，包括與MQTT broker的連接、訂閱、發(fā)布等功能。
4. 實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理組件，維護(hù)設(shè)備列表并提供增刪改查的方法。
5. 實(shí)現(xiàn)HTTP組件，調(diào)用MQTT組件和設(shè)備管理組件處理用戶請(qǐng)求。
6. 編寫測試代碼，驗(yàn)證網(wǎng)關(guān)的各項(xiàng)功能是否正常工作。

部署網(wǎng)關(guān)服務(wù)并監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)。

該設(shè)計(jì)方案僅僅是概述，具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)可能需要根據(jù)實(shí)際需求和項(xiàng)目環(huán)境進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。在實(shí)際開發(fā)中，還需要考慮異常處理、日志記錄、性能優(yōu)化等方面的問題?；谏鲜鲈O(shè)計(jì)方案，以下是一個(gè)簡化版的參考代碼，展示了如何使用FastAPI和paho-mqtt庫來創(chuàng)建一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。需要注意，示例中不包含完整的錯(cuò)誤處理、用戶認(rèn)證和授權(quán)機(jī)制，這些在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)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(wǎng)關(guān)模擬代碼gateway.py：

from fastapi import FastAPI, HTTPException, Body, status from paho.mqtt.client import Client as MQTTClientfrom typing import List, Dict, Any import asyncio import json app = FastAPI() mqtt_client = None device_data = {}
subtopic="gateway/device/#"
# MQTT回調(diào)函數(shù) def on_message(client, userdata, msg): payload = msg.payload.decode() topic = msg.topic device_id = topic.split('/')[-1] device_data[device_id] = payload print(f"Received message from {device_id}: {payload}") # MQTT連接和訂閱 def mqtt_connect_and_subscribe(broker_url, broker_port): global mqtt_client mqtt_client = MQTTClient() mqtt_client.on_message = on_message mqtt_client.connect(broker_url, broker_port, 60) mqtt_client.subscribe(subtopic) mqtt_client.loop_start() # MQTT發(fā)布消息 async def mqtt_publish(topic: str, message: str): if mqtt_client is not None and mqtt_client.is_connected(): mqtt_client.publish(topic, message) else: print("MQTT client is not connected!") # 設(shè)備管理：添加設(shè)備 @app.post("/devices/", status_code=status.HTTP_201_CREATED) async def add_device(device_id: str): device_data[device_id] = None return {"message": f"Device {device_id} added"} # 設(shè)備管理：獲取設(shè)備列表 @app.get("/devices/") async def get_devices(): return list(device_data.keys()) # 設(shè)備管理：獲取設(shè)備數(shù)據(jù) @app.get("/devices/{device_id}/data") async def get_device_data(device_id: str): if device_id not in device_data: raise HTTPException(status_code=status.HTTP_404_NOT_FOUND, detail=f"Device {device_id} not found") return device_data.get(device_id) # 設(shè)備管理：發(fā)送數(shù)據(jù)到設(shè)備 @app.post("/devices/{device_id}/data") async def send_data_to_device(device_id: str, data: Dict[str, Any] = Body(...)): topic = f"devices/{device_id}" message = json.dumps(data) await mqtt_publish(topic, message) return {"message": f"Data sent to {device_id}"} # 設(shè)備控制：發(fā)送控制命令到設(shè)備 @app.post("/devices/{device_id}/control") async def control_device(device_id: str, command: str): topic = f"devices/device/{device_id}" await mqtt_publish(topic, command) return {"message": f"Control command sent to {device_id}"} # FastAPI啟動(dòng)事件 @app.on_event("startup") async def startup_event(): mqtt_connect_and_subscribe("127.0.0.1", 1883) # FastAPI關(guān)閉事件 @app.on_event("shutdown") async def shutdown_event(): if mqtt_client is not None: mqtt_client.loop_stop() mqtt_client.disconnect() # 運(yùn)行FastAPI應(yīng)用 if __name__ == "__main__": import uvicorn uvicorn.run(app,host="127.0.0.1",port=8000)

設(shè)備1模擬代碼 dev1.py：

import paho.mqtt.client as mqtt
# 連接成功回調(diào)def on_connect(client, userdata, flags, rc): print('Connected with result code '+str(rc)) client.subscribe('devices/1')
# 消息接收回調(diào)def on_message(client, userdata, msg): print(msg.topic+" "+str(msg.payload)) client.publish('gateway/device/1',payload=f'echo {msg.payload}',qos=0)
client = mqtt.Client()
# 指定回調(diào)函數(shù)client.on_connect = on_connectclient.on_message = on_message
# 建立連接client.connect('127.0.0.1', 1883)# 發(fā)布消息client.publish('gateway/device/1',payload='Hello, I am device',qos=0)
client.loop_forever()

設(shè)備2模擬代碼 dev2.py

import paho.mqtt.client as mqtt# 連接成功回調(diào)def on_connect(client, userdata, flags, rc): print('Connected with result code '+str(rc)) client.subscribe('devices/2')# 消息接收回調(diào)def on_message(client, userdata, msg): print(msg.topic+" "+str(msg.payload)) client.publish('gateway/device/2',payload=f'echo {msg.payload}',qos=0)client = mqtt.Client()# 指定回調(diào)函數(shù)client.on_connect = on_connectclient.on_message = on_message# 建立連接client.connect('127.0.0.1', 1883)# 發(fā)布消息client.publish('gateway/device/2',payload='Hello, I am device',qos=0)client.loop_forever()

運(yùn)行網(wǎng)關(guān)代碼，打開網(wǎng)頁得到api接口：? 通過api分別添加設(shè)備1和設(shè)備2， 在另外兩個(gè)控制臺(tái)中分別運(yùn)行模擬設(shè)備1和模擬設(shè)備2的代碼通過網(wǎng)頁API向設(shè)備1發(fā)送數(shù)據(jù) 通過網(wǎng)頁API獲得設(shè)備回復(fù)的數(shù)據(jù)，設(shè)備代碼中只是簡單的把網(wǎng)關(guān)發(fā)過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行回傳 我們?cè)诰W(wǎng)關(guān)的后臺(tái)可以看到完整的數(shù)據(jù)流 至此一個(gè)簡易的網(wǎng)關(guān)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，接下來將會(huì)嘗試實(shí)現(xiàn)樓宇里的最常見的bacnet設(shè)備進(jìn)行通訊管理。