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[教程] Mind+Python编程进阶系列课程—03 自制通信设备（下）

本帖最后由木子呢于 2021-11-9 16:53 编辑

自制通信设备（下）

课程目录：

一、实践情境

在生活中，无论是打电话还是发短信，通信往往都是能双向的。在上节课，我们实现了计算机向物联网平台发送消息，那我们是否也可以从物联网平台发送消息至计算机呢？

答案是肯定的！

二、实践目标

本实践项目将以计算机为智能终端，结合micro:bit开发板，自制一个基于WiFi的通信设备，来接收物联网平台的信息，最终实现多个智能终端借助物联网平台互相通信。

三、知识目标

1、掌握通过Python编程实现从SIoT物联网平台接收信息的方法

2、掌握结合micro:bit，通过 Python 编程采集板载按键开关数据的方法

四、实践准备

软件使用： mind+编程软件x1、SIoT系统软件x1

Tips:根据自己电脑的系统，对应下载SIoT软件压缩包。

五、实践过程

在本项目中，我们将分两步，自制一个基于WiFi的通信设备，实现多台计算机借助物联网平台进行信息的交换。

1、单台计算机接收物联网平台的消息

2、两台计算机互相通信

任务1：接收信息

1. 分析设计

在本任务中，我们可使micro:bit开发板与计算机相连接，通过计算机接收物联网平台的消息，之后将消息显示在点阵屏上。

2. 硬件搭建

通过USB连接线将micro:bit接到计算机。

3. 平台搭建

SIoT物联网平台的搭建方法与上节课相同，这里我们不再赘述。

4. 软件编写

在编写代码之前，我们依旧需要先对软件进行一些设置。

软件设置：

STEP1：创建与保存项目文件

启动Mind+软件，选择“Python模式”，另存项目并命名为“m自制通信设备（下）”。

STEP2：创建与保存python文件

创建一个python程序文件“任务一.py”，双击打开。

程序编写、运行及回顾：

STEP1：编写python程序


import siot#导入siot库

import time#导入时间库

from pinpong.board import Board,Pin #导入pinpong.board包中的Board,Pin模块

from pinpong.extension.microbit import *#导入pinpong.extension.microbit包中的所有模块

Board("microbit").begin()#初始化，选择板型和端口号，不输入端口号则进行自动识别

SERVER = "192.168.50.248"#MQTT服务器IP地址

CLIENT_ID = ""#在SIoT上，CLIENT_ID可以留空

IOT_UserName ='siot'#用户名

IOT_PassWord ='dfrobot'#密码

IOT_pubTopic  = 'microbit/001'#“topic”为“项目名称/设备名称”

#定义回调函数

def sub_cb(client, userdata, msg):#在这里可以写收到消息要做的事

    print("\nTopic:" + str(msg.topic) + " Message:" + str(msg.payload))#终端打印消息

    display.scroll(str(msg.payload))#点阵屏显示字符串

siot.init(CLIENT_ID, SERVER, user=IOT_UserName, password=IOT_PassWord)#初始化，确定输入的用户名和密码正确

siot.connect()#连接

siot.subscribe(IOT_pubTopic,sub_cb)#订阅消息+回调

siot.loop()#循环
复制代码

Tips：上述“SERVER”中输入的是自己电脑的IP地址。

STEP2：运行程序并观察效果

（1）运行程序，观察软件终端

点击运行按钮，终端显示“连接成功”。

（2）平台发送消息

在网页端指定位置输入“Hello World”，并点击发送。

（3）观察点阵屏与软件终端

观察micro:bit可以看到，点阵屏上滚动播放物联网平台网页端发送来的消息“Hello World”。

同时，在mind+终端内，我们也可以看到同样的消息。

STEP3：回顾程序

1、物联网平台相关操作

为了能接收物联网平台传来的消息，我们需要先创建一个回调函数，在回调函数中设定需要实现的功能，如终端显示消息。之后再通过订阅平台的消息来实现接收的效果即可。

（1）创建回调函数

def sub_cb(client, userdata, msg):#在这里可以写收到消息要做的事

print("\nTopic:" + str(msg.topic) + "Message:" + str(msg.payload))#终端打印消息

display.scroll(str(msg.payload))#点阵屏显示字符串

在“print”显示打印的内容中，这里的“\n”是换行符，“msg.topic”指的是发送消息对应的主题，“msg.payload”指的是发送的具体消息内容。

我们可以把回调函数当作一个参数，将这个函数作为一个参数传到另一个函数里面，当后面这个函数执行完之后，再执行传进去这个函数。这个过程就叫作回调。

比如，和朋友吃完饭回家，离别时，你要求朋友到家后发消息报个平安。这就是一个回调的过程。你留了个参数函数（要求对方发消息报个平安）给朋友，然后朋友回家，回家的动作就是主函数。对方必须先回到家，主函数执行完了，再执行传进去的函数，之后你就收到对方的消息了。

这里，我们创建一个回调函数，用来在终端打印消息和点阵屏显示字符串，当后续调用它时，就可以直接显示效果了。另外，这里的Topic就是指MQTT协议中消息的类型，payload指消息具体的内容。

（2）订阅物联网平台的主题消息

siot.subscribe(IOT_pubTopic,sub_cb)#订阅消息+回调

接收物联网平台发送来的消息，我们可以通过subscribe()订阅函数来实现，这里，当我们订阅接收平台主题发来的消息时，回调之前创建的函数，这样就能实现接收消息后，打印在mind+终端，并显示在点阵屏。

任务2：互相通信

至此，我们已经成功实现了单台计算机向物联网平台收发信息的功能，那么如何才能使两台计算机的互相通信呢？

1.分析设计

在本任务中，我们可使两台计算机各与一块micro:bit开发板相连接，各自通过micro:bit上的按键控制计算机向物联网平台发送消息，同时，也接收物联网平台的消息，并将消息显示在点阵屏上。

Tips：这里的SIoT服务只在其中一台计算机上启动即可。

2.软件编写

这里，我们依旧将先对Mind+编程软件进行设置，再编写Python程序。

软件设置：

STEP1：创建与保存python文件

新建一个python程序文件“任务二.py”，双击打开。

程序编写、运行及回顾：

STEP1：编写python程序

import siot#导入siot库

import time#导入时间库

from pinpong.board import Board,Pin#导入pinpong.board包中的Board,Pin模块

from pinpong.extension.microbit import * #导入pinpong.extension.microbit包中的所有模块

Board("microbit").begin()#初始化，选择板型和端口号，不输入端口号则进行自动识别

SERVER = "192.168.50.248"#MQTT服务器IP地址

CLIENT_ID = ""#在SIoT上，CLIENT_ID可以留空

IOT_UserName ='siot'#用户名

IOT_PassWord ='dfrobot'#密码

IOT_pubTopic  = 'microbit/001'#“topic”为“项目名称/设备名称”

#定义回调函数

def sub_cb(client, userdata, msg):#在这里可以写收到消息要做的事

    print("\nTopic:" + str(msg.topic) + " Message:" + str(msg.payload))#终端打印消息

    display.scroll(str(msg.payload))#点阵屏显示字符串

siot.init(CLIENT_ID, SERVER, user=IOT_UserName, password=IOT_PassWord)#初始化，确定输入的用户名和密码正确

siot.connect()#连接

siot.subscribe(IOT_pubTopic,sub_cb)#订阅消息+回调

siot.loop()#循环

while True:#永久循环

    if button_a.is_pressed() == 1:#按键A是否按下

        a = input("请输入要发送的消息(回车键确认):")#将输入的消息内容赋值给a

        siot.publish(IOT_pubTopic, a) #发送消息

    time.sleep(1)#延时1秒
复制代码

STEP2：运行程序并观察效果

（1）分别在两台计算机上编写上述程序并运行，观察各自软件终端界面

点击运行按钮，终端显示“连接成功”。

（2）按下按键A

按下连在计算机1上的micro:bit的 A 按键1秒后松开

（3）在计算机1终端输入消息内容，并按下回车键确认

（4）观察计算机2终端界面

可以看到，计算机1的消息已成功发送至计算机2。

（5）观察计算机2上micro:bit的点阵屏

观察micro:bit可以看到，点阵屏上滚动播放计算机1发送的消息“paper tiger”。

STEP3：回顾程序

1、按键相关操作

为了能使用板载上的按键功能，我们首先需要导入“micro:bit”包中的所有模块，之后通过“buttonA_is_pressed()”函数来检测按下按键与否。

（1）导入库：

from pinpong.extension.microbit import * #导入pinpong.extension.microbit包中的所有模块

（2）判断按键是否按下：

if button_a.is_pressed() == 1:#按键A是否按下

这里的“button_a”指的是按键A，“press”的意思是按压，“button_a.is_pressed()”这个函数就是用来检测按键A是否被按下。

六、巩固提高

1.项目小结

本节课我们自制了一组由micro:bit开发板、带WiFi功能的计算机、SIoT系统软件构成的通信设备，完成了两台计算机之间的互相通信。首先编程实现了从物联网网页端接收消息，之后在此基础上结合发送消息的功能，使一台计算机同时兼具消息的收发，继而借助物联网平台，使在同一局域网内的计算机皆可互相通信。

2.项目拓展

在本节课的项目中，收发的消息都是我们自己编辑设定的，而在实际的物联网场景下，发送至平台的消息往往是通过智能终端自动采集收集的，那么，我们是否可以借助micro:bit上的传感器，实现自动获取数据并上传至物联网平台呢？

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