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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。基于上述設計方案，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：

from fastapi import FastAPI, HTTPException, Body, status
from paho.mqtt.client import Client as MQTTClient
from typing import List, Dict, Any
import asyncio
import json
app = FastAPI()
mqtt_client = None
device_data = {}
subtopic="gateway/device/#"
# MQTT回調函數
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!")
# 設備管理：添加設備
@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"}
# 設備管理：獲取設備列表
@app.get("/devices/")
async def get_devices():
return list(device_data.keys())
# 設備管理：獲取設備數據
@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)
# 設備管理：發送數據到設備
@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}"}
# 設備控制：發送控制命令到設備
@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啟動事件
@app.on_event("startup")
async def startup_event():
mqtt_connect_and_subscribe("127.0.0.1", 1883)
# FastAPI關閉事件
@app.on_event("shutdown")
async def shutdown_event():
if mqtt_client is not None:
mqtt_client.loop_stop()
mqtt_client.disconnect()
# 運行FastAPI應用
if __name__ == "__main__":
import uvicorn
uvicorn.run(app, host="127.0.0.1", port=8000)

復制代碼

設備1模擬代碼 dev1.py：

import paho.mqtt.client as mqtt
# 連接成功回調
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
print('Connected with result code '+str(rc))
client.subscribe('devices/1')
# 消息接收回調
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()
# 指定回調函數
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
# 建立連接
client.connect('127.0.0.1', 1883)
# 發布消息
client.publish('gateway/device/1',payload='Hello, I am device',qos=0)
client.loop_forever()

復制代碼

設備2模擬代碼 dev2.py

import paho.mqtt.client as mqtt
# 連接成功回調
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
print('Connected with result code '+str(rc))
client.subscribe('devices/2')
# 消息接收回調
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()
# 指定回調函數
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
# 建立連接
client.connect('127.0.0.1', 1883)
# 發布消息
client.publish('gateway/device/2',payload='Hello, I am device',qos=0)
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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