ESP32+Micropython+MQTT阿里云物联网

前言
一、ESP32是什么？
二、Micropthon开发环境搭建
- 1.ESP32串口驱动下载与安装
三、IDE工具下载及使用说明
- 1.IDE下载
- 2.uPyCraft使用说明
- 3.设置串口参数
- 4.下载ESP32固件
- 5.烧写ESP32固件
- 6.串口连接
四、HelloWorld编写与运行
- 1.编写helloworld脚本
- 2.下载main.py到ESP32中
五、阿里云物联网
- 1.什么是物联网平台
- 2.创建产品与设备
- 3.使用MQTT.fx工具连接阿里云
- 4.创建数据流转规则
六、ESP32实现MQTT通信
- 1.mqtt.py代码
- 2.main.py代码
七、ESP32实验
- 1.ESP32作为Device1
- 2.MQTT.fx工具作为Device2
- 3.实验效果-通过Device2远程开关Device1的LED灯
总结

前言

本文章将从零讲起，ESP32硬件介绍–>Micropthon开发环境搭建–>helloworld编写与运行–>创建阿里云物联网设备–>MQTT协议介绍–>ESP32接入阿里云物联网平台–>通过阿里云的数据流转规则实现两个ESP32通讯

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

博主已录制视频上传，请查阅：
https://m.toutiao.com/is/NyVHV8d/

一、ESP32是什么？

是乐鑫继ESP8266后推出的又一款集成WiFi蓝牙功能的微控制器。ESP32拥有比ESP8266更加强大的性能，可以用来开发更加复杂的应用。
WiFi支持 802.11 b/g/n，802.11 n (2.4 GHz) 速度高达 150 Mbps；
支持蓝牙 v4.2 完整标准，包含传统蓝牙 (BR/EDR) 和低功耗蓝牙 (BLE)；
32位双核处理器，CPU正常工作速度为80MHz，最高可达240MHz，运算能力高达 600 MIPS；
内置 448 KB ROM；
内置520 KB SRAM；
最大支持 16 MB 片外 SPI Flash；
最大支持 8 MB 片外 SPI SRAM；
包含常用微控制器的基本功能；
更多相关内容参考乐鑫官网： https://www.espressif.com/zh-hans/products/hardware/esp32/overview

二、Micropthon开发环境搭建

1.ESP32串口驱动下载与安装

买到ESP32开发板后，首先要下载对应的USB转串口驱动。
如下如示，博主使用的模块中，USB转串口模块型号为：CP2102系列，因此需要在windows安装如下驱动软件：https://download.csdn.net/download/weixin_42089940/81364076

下载附件的驱动软件，点击.exe文件安装即可

安装完串口驱动后，使用MicroUSB数据线接入电脑，在我的电脑右键–>管理–>设备管理器–>端口，查看接入的串口号，这里是COM3，后续使用串口软件登录ESP32时需要用到此串口号COM3

三、IDE工具下载及使用说明

推荐使用uPyCraft ，此IDE优点：既支持Micropython程序编写，也支持烧写ESP32固件，也支持下载py脚本到ESP32，还支持串口信息打印，且免安附带丰富的例程，使用简单。

1.IDE下载

官方下载地址：http://download3.dfrobot.com.cn/uPyCraft/
博主使用的版本：https://download.csdn.net/download/weixin_42089940/81366838

2.uPyCraft使用说明

1、设置板子型号：Tools–>board–>esp32

3.设置串口参数

设置串口参数：Tools–>Preferences–>Serial

4.下载ESP32固件

MicroPython官方针对不同的微控制器有不同的固件：http://www.micropython.org/download#esp32
博主使用的固件：https://download.csdn.net/download/weixin_42089940/81367535

5.烧写ESP32固件

Tools–>BurnFirmware
注意：burn_addr参数必须设置为0x1000
erase_flash：是否擦除flash，可选
选择在上一步下载到的ESP32固件.bin文件，点击OK烧写到ESP单板中

ESP32固件烧写中

6.串口连接

关于串口连接的特别说明
烧写完固件后，在没有下载过py脚本的时候，串口插上点击连接就可以连接上，但是一旦之前下载过py脚本，重新拔插串口线后，再点击连接就会提示open serial error, please try again.
并且软件自动弹出Burn Firmware界面，此时注意了，在已经下载过py脚本的情况下，再次连接串口需要重新烧写固定并把flash清空。
重新设置一下烧写固件参数，如下图所示，特别注意的是要把erase_flash选择yes，点击OK烧写一遍即可。
在平时连接好串口来调试代码时，请不要随意拔插串口以及不要点击关闭连接铵键。

四、HelloWorld编写与运行

1.编写helloworld脚本

注意：
1、创建的py文件必须命名为main.py，ESP上电只会自动运行main.py脚本，其它脚本不会被执行，如果要执行其它py文件，只能在main.py中import再调用相关方法执行
2、#coding:utf-8是一种编码声明，需要加上，否则在有中文时会因编码问题而报错，中文注释也会报错

main.py示例如下：

#-*-coding:utf-8-*-
print('helloworld')

2.下载main.py到ESP32中

注意：
main.py下载到ESP32完成后，需要按一下ESP32单板上的EN复位键启动程序运行

五、阿里云物联网

1.什么是物联网平台

阿里云官方指导手册：https://help.aliyun.com/document_detail/30522.html
阿里云官方有详细的操作指导，建议大家仔细阅读。
下文将简要介绍：如何在阿里云物联网平台创建产品–>创建设备–>ESP32如何通过MQTT协议接入–>数据流转–>两个ESP32通过阿里云物联网平台实现通信

阿里云物联网平台是一个集成了设备管理、数据安全通信和消息订阅等能力的一体化平台。向下支持连接海量设备，采集设备数据上云；向上提供云端API，服务端可通过调用云端API将指令下发至设备端，实现远程控制。
物联网平台与设备、服务端、客户端的消息通信流程如下。

使用物联网平台实现设备完整的通信链接，需要您自行完成设备端的设备开发、云端服务器的开发（云端SDK的配置）、数据库的创建、手机App的开发。在设备和服务器开发中，您需完成设备消息的定义和处理逻辑。

设备通过物联网平台上下行通信说明如下。

2.创建产品与设备

1、登录阿里云
使用支付宝APP扫码
https://account.aliyun.com/login/login.htm?oauth_callback=https%3A%2F%2Fhelp.aliyun.com%2Fdocument_detail%2F30528.html
2、登录物联网平台

3、创建产品

4、创建设备

3.使用MQTT.fx工具连接阿里云

下载MQTT.fx工具：https://download.csdn.net/download/weixin_42089940/81618381
设置MQTT连接参数：

设置好MQTT连接参数后，点击Connect进行连接，一旦连接成功，在阿里云平台就可以看到设备处于在线状态，但此时显示的是未激活状态。必须进行以下的操作，才会正常显示为在线
Publish topic格式为：/ProductKey/{ProductKey}/ProductKey/{deviceName}/user/get
随便在输入框中输入点内容，点击Publish，

点击Publish后，设备显示为在线状态：

PS：Publish接口是上传数据到阿里云物联网平台，属于设备到云平台的发送数据过程，在阿里云平台的日志中可看到发送成功的数据：

至此，我们已经掌握了设备向阿里云物联网平台发送数据，接下来，将介绍如何从阿里云物联网平台向设备发送数据。
Subscribe的接口格式为：/ProductKey/{ProductKey}/ProductKey/{deviceName}/user/get

至此，我们已经掌握了Publish和SubScribe两个方法，分别是从设备向云平台发送数据和从云平台向设备发送数据。掌握了双向通信的方法后，我们就大体掌握了设备与云平台的通信流程了。

4.创建数据流转规则

1、创建两个在线设备
按照上一章节再创建一个设备，命名为Device2。打开两个MQTT.fx工具，模拟两个设备，分别与Device1和Device2连接

2、创建数据流转规则
规则引擎–>云产品流转–>创建解析器–>输入解析器名称–>输入解析器描述–>确定

规则引擎–>云产品流转–>数据源–>创建数据源–>输入数据源名称–>输入数据源描述–>确定

添加Topic
注意，选择的产品为TEST即设备所属产品，选择Devic1设备，选择的Topic为update接口，因为这个数据源来自于设备1的update上报接口

创建数据目的

关联数据源

数据源

关联数据目的

解析器脚本

//通过payload函数，获取设备上报的消息内容，并按照JSON格式转换。
var data = payload(“json”);
//直接流转物模型上报数据。
writeIotTopic(ID, “/ProductKey/DeviceName/user/get”, data)

启动规则

使用MQTT.fx模拟Device1发送数据，在Device2上接收到数据，至此我们已经掌握了从设备1向设备2发送数据了，此时的阿里云物联网平台只起到了数据透传功能，负责将设备1的数据流转到设备2

同理，创建Device2_To_Device1规则，实现设备2发送数据到设备1

至此我们已经掌握了两个设备通过阿里云物联网平台的双向通信了。到了这一步，我们已经具备了两个设备远程通信的方式了，这是以后开发物联网设备的基础。
温馨提示：这一章节的学习中，我们使用了MQTT.fx工具模拟ESP32设备来测试与阿里云物联网通信。
下一章，我们将一起学习如何在ESP32上实现MQTT协议通信。

六、ESP32实现MQTT通信

1.mqtt.py代码

mqtt.py示例如下：

#-*-coding:utf-8-*-
from umqtt.simple import MQTTClient
from machine import Pin
import network
import time
import machine
import dht
from machine import Timer
import json#---以下的参数值都需要根据自己的环境修改-----------------------------------------------
led=Pin(2,Pin.OUT) #ESP32的引脚2接了LED灯，可根据自己的ESP32板子的LED引脚来设置SSID = "myhome***"  #填写自己的WIFI名称
PASSWORD = "mypasswd****"   #填写自己的WIFI密码SERVER = 'iot-************.mqtt.iothub.aliyuncs.com'  # mqttHostUrl
CLIENT_ID = "gt******S.Device1|securemode=2,signmethod=hmacsha256,timestamp=2524608000000|"  # clientId
username = 'light&gt*********S' #username
password = '***************************'  #密码
publish_TOPIC = '/gt********S/Device1/user/update'
subscribe_TOPIC = '/gt********S/Device1/user/get'
#---以上的参数值都需要根据自己的环境修改-----------------------------------------------client = None
mydht = None
wlan = Nonedef ConnectWifi(ssid, passwd):global wlanwlan = network.WLAN(network.STA_IF)  # create a wlan objectwlan.active(True)  # Activate the network interfacewlan.disconnect()  # Disconnect the last connected WiFiwlan.connect(ssid, passwd)  # connect wifiwhile (wlan.ifconfig()[0] == '0.0.0.0'):time.sleep(1)print(wlan.ifconfig())def sub_cb(topic, msg):global ledprint((topic, msg))#msg = str(msg)print(type(msg))print(msg)msg = json.loads(msg)print(msg)if msg['lightStatus'] =='ON':print('receive ON')led.value(1)print('led ON')if msg['lightStatus'] =='OFF':print('receive OFF')led.value(0)print('led OFF')def heartbeatTimer(mytimer):global clientglobal ledled.value(1)try:mymessage = '{"heartbeat":"Device1"}'print('============================')print(mymessage)client.publish(topic=publish_TOPIC, msg=mymessage, retain=False, qos=0)except Exception as ex_results2:print('exception', ex_results2)print('this is error')mytimer.deinit()
#     finally:
#         machine.reset()def run():global clientglobal ledglobal wlanprint('start to connect mqtt ali')try:mydht = dht.DHT11(machine.Pin(4))ConnectWifi(SSID, PASSWORD)client = MQTTClient(CLIENT_ID, SERVER, 0, username, password, 60)  # create a mqtt clientprint('client:%s' % str(client))led.value(1)client.set_callback(sub_cb)  # set callbackclient.connect()  # connect mqttclient.subscribe(subscribe_TOPIC)  # client subscribes to a topicmytimer = Timer(0)mytimer.init(mode=Timer.PERIODIC, period=50000, callback=heartbeatTimer)while True:client.wait_msg()  # wait messageexcept Exception  as ex_results:print('exception1', ex_results)finally:if (client is not None):led.value(0)client.disconnect()wlan.disconnect()wlan.active(False)return 'FAILED'

代码说明：
拷贝mqtt.py脚本到本地，修改以下的内容即可。然后将mqtt.py脚本下载到ESP32板子上。
这部分参数需要根据自己的环境参数修改。ESP32是通过WIFI接入互联网的，所以请填写正确的可用的WIFI账户密码信息。

其余信息均可在阿里云物联网平台中获取：

相关方法说明：
1）ConnectWifi(ssid, passwd)
我这个是连接WIFI的方法，输入的参数是上面设置的WIFI用户名和密码
2）sub_cb(topic, msg)
SubScribe接口，用于接收阿里云数据。此方法中实现了对接收到的数据解析，如果收到msg[‘lightStatus’] ==‘ON’，则将LED灯点亮，如果收到msg[‘lightStatus’] =='OFF’则将LED灯关闭。这是本实验的主要业务实现。
3）heartbeatTimer(mytimer)
这个是心跳发送方法，实现向阿里云发送心跳数据，
重要：设备端在保活时间间隔内，至少需要发送一次报文，包括ping请求，连接保活时间的取值范围为30秒~1200秒。建议取值300秒以上。从物联网平台发送CONNACK响应CONNECT消息时，开始心跳计时。收到PUBLISH、SUBSCRIBE、PING或 PUBACK消息时，会重置计时器。超过指定1.5倍心跳时间未收到消息（指定心跳时间乘以1.5），服务器将自动断开连接。
因此必须实现定期向阿里云物联网平台发送消息。否则会出现连接自动断连的情况。
4）run() 这个是mqtt.py的主要方法，实现整个业务逻辑。
此方法中，会进行WIFI连接，设置数据接收方法和开启定期器定期发送心跳包保活。
如果连接中断，会返回’FAILED’字符串，供main.py脚本重试连接。

2.main.py代码

mqtt.py示例如下：

#-*-coding:utf-8-*-
import time
from mqtt import *while (True):if run() == 'FAILED':print('FAILED,retry to connect')time.sleep(5)

之前我们提到过，ESP32只会执行main.py脚本，所以其它业务脚本只能被main.py调用。
以上的main.py脚本中，调用了mqtt.py的run方法，这个是主要的业务实现代码，当连接中断或者脚本异常后，会进行自动重试。

七、ESP32实验

1.ESP32作为Device1

将mqtt.py和main.py下载到ESP32板子上，按一下EN复位键运行脚本。此时ESP32就是Device1设备

2.MQTT.fx工具作为Device2

特别提醒：
阿里云平台的一个设备只能对应一个真实在线设备，所以请将MQTT.fx Device2客户端关闭。
使用MQTT.fx作为Device2连接到阿里云。
使用MQTT.fx工具发送{“lightStatus”:“OFF”}

3.实验效果-通过Device2远程开关Device1的LED灯

1、ESP32按EN复位启动后，程序运行，连接阿里云成功后LED点亮。
2、MQTT.fx作为Device2发送{“lightStatus”:“OFF”}
3、ESP32串口打印信息，接收到Device2的数据，将LED关闭。
4、MQTT.fx作为Device2发送{“lightStatus”:“ON”}，LED灯点亮

总结

本文章，主要从硬件介绍和开发环境搭建讲起，演示了如何将两个ESP32通过阿里云物联网平台实现远程网络通信。这是我们以后开发物联网设备的基础流程。后续会为大家带来基于ESP32+阿里云物联网平台开发出有意思的小玩意儿，敬请关注。
完

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