【行空板图形化Python入门教程】第11课：IoT数据助手

第11课 IoT数据助手

你还记得学校体测时，体育老师是怎样记录体测数据的吗？老师一般有一个体测项目的名册表，每次体测时，老师会按照名单点名分组进行测试，测试完成后将学生体测数据填写到表格中。这种传统记录数据的方式，非常不利于老师开展工作。

物联网是一个非常强大的数据存储服务器，如果测试时，能够使用物联网来记录体测数据，体测完成后，老师只需要登录物联网平台就可以查看数据，这样就可以更好地帮助老师记录数据。接下来，我们就制作一款这样的IoT数据助手，来帮助老师吧！

任务目标

将检测到的肺活量数据，按照学号加肺活量数据的形式发送到SIoT物联网平台。

知识点

1. 了解物联网的概念

2. 认识SIoT物联网平台

3. 了解MQTT协议

4. 了解字符串

5. 掌握行空板物联网发送数据与接收数据的方法

材料清单

1. 硬件清单

行空板x1

Type-C&Micro二合一USB线x1

2. 软件使用

Mind+编程软件x1

下载地址：https://www.mindplus.cc

动手实践

上一节课程中，学习了如何将检测到的肺活量数据存放在列表中。虽然列表里可以存储数据，但是行空板一旦掉电，列表里的数据也不会被保存。如何才能有效地存储数据呢？接下来，从以下三个任务来实现如何将数据存储到SIoT物联网平台。

任务一：行空板向SIoT平台发送数据

学习使用行空板MQTT指令，在行空板上开启SIoT服务器，并向SIoT平台发送消息，登录SIoT平台后，学会查看对应主题中的数据。

任务二：行空板接收SIoT平台的数据

行空板接收SIoT平台的数据，并将接收到的数据在Mind+终端中打印出来。

任务三：行空板向SIoT平台发送肺活量数据

将检测到的实时肺活量数据，发送到SIoT物联网平台。


任务一：行空板向SIoT平台发送数据

1. 硬件搭建

使用USB连接线将行空板连接到计算机。

2. 软件准备

打开Mind+，按照下面图示完成软件准备过程。

3. 编写程序

这个任务，主要是学习行空板如何向SIoT物联网平台发送一条“hello”的文本消息，在发送消息之前需要做哪些准备。接下来，就一起来学习一下行空板开启和使用物联网需要哪些步骤吧！

注意：关于“物联网及物联网SIoT平台”的相关介绍见知识园地。

(1) 检查SIoT是否开启

长按行空板的“Home”键进入菜单页，点击“应用开关”，检查SIoT服务是否开启，如果显示“已禁用”，点击SIoT选项，切换SIoT状态为“已启用”。

具体操作如图所示：

(2) MQTT-py库

要向SIoT平台发送数据，要有发送相关指令才能实现。但是现在行空板的指令区中没有这样的指令，该怎么办呢？

点击“拓展”，在官方库中找到“MQTT-py”并点击，完成添加。



(3) MQTT初始化

指令添加完成后，要使用MQTT构建物联网，首先需要使用指令 初始化MQTT，点击“设置”图标，将“SIoT服务器”的内容修改为行空板连接电脑的默认IP地址“10.1.2.3”。

初始化设置完成后，MQTT发起连接，使用指令MQTT发起连接；连接成功后，需要保持连接，使用指令 MQTT保持连接永久。

要向SIoT平台发送数据，就需要先订阅要发送到SIoT平台的主题，使用指令 MQTT订阅 。需要特别说明的是，MQTT订阅指令中填写的主题，并且固定的格式为“项目ID/设备号”。

(4) 行空板向SIoT物联网平台发送数据

完成了“MQTT的初始化——发起连接——保持连接——订阅”这四个步骤后，接下来，就可以向SIoT平台发送数据了，使用 MQTT发布 指令。

每隔5秒，向SIoT平台发送一条“hello”的文本数据。

4. 程序运行

运行程序，程序运行成功后，Mind+终端界面上打印“连接结果：连接成功”。

程序设置每隔5秒给SIoT平台发送一条“hello”的文本数据。但是当数据发送成功后，行空板屏幕上没有任何反馈，数据又应该怎么查看呢？

查看数据需要使用网页进入行空板服务页面，双击打开浏览器在地址栏输入“10.1.2.3”。

进入行空板服务页面后，点击“应用开关”，找到SIoT并点击下方的“打开页面”，进入SIoT服务页。

输入对应的账号和密码，点击登录。

账号：siot

密码：dfrobot

登录成功后，点击“设备列表”，找到订阅的主题。

点击“查看消息”，就可以看到对应的数据了。

5. 试一试

要实现按下A按键后，向物联网SIoT平台发送一条内容为“hello”的消息，程序应该怎么修改呢？

提示：使用 当按键A被按下 指令。

任务二：行空板接收SIoT平台的数据

1. 编写程序

上一个任务学习了如何向SIoT平台发送数据，接下来，一起学习行空板如何接收SIoT平台数据的方法，并且将该数据在Mind+终端中打印出来。

(1) SIoT平台向行空板发送消息

SIoT平台查看消息界面上，有一个发送消息的消息内容框，在消息内容框里输入“你好，行空板！”，按下发送按钮，完成消息发送。消息发送成功后，Topic里面会多一条“你好，行空板！”的消息。

(2) 行空板接收SIoT平台发送的数据

行空板要接收来自SIoT平台发送的消息数据，需要使用指令 当MQTT从MQTT主题接收到MQTT消息。

接收数据，首先需要判断数据是否是来自“肺活量/1班”这个主题。需要注意的是，MQTT消息的数据类型为字符串型，在进行MQTT消息判断时，需要将判断数据“肺活量/1班”放入英文状态下的引号内。

MQTT主题判断成功后，将接收到的 MQTT消息 在Mind+终端中打印出来。

完整程序如下：

2. 程序运行

点击运行，程序运行成功后，Mind+终端界面上打印“连接结果：连接成功”的消息。然后在SIoT平台的消息内容框中输入“你好，行空板！”，点击发送按钮，Mind+中终端打印接收到的消息数据“你好，行空板！”。

3. 试一试

行空板能够接收到SIoT平台发送的数据，并且可以将接收到的数据在Mind+终端打印出来。接下来，大家试一下将接收到的数据显示在行空板屏幕上。行空板屏幕显示效果如下图：

任务三：行空板向SIoT平台发送肺活量数据

1. 编写程序

第十一课的任务一中，完成了对肺活量数据的检测。接下来，就在该程序的基础上，添加一个选择学号功能和发送数据功能，通过“+/-”按钮来进行学号选择，按下A键开始检测肺活量，进度条反应肺活量的大小。按下B按键，将数据发送到SIoT平台的“肺活量/1班”的主题中。行空板界面效果图如下：

(1) 选择学号功能

选择学号功能，当按下“+”按钮，学号加一；按下“-”按钮，学号减一。这个功能中用到的 文字对象 、 按钮对象 以及 变量 ，都是学习过的知识，这里就不做详细地讲解了。

(2) MQTT准备工作

实现行空板与SIoT物联网平台联网的第一步，先完成MQTT的准备工作。

(3) 发送肺活量数据

按下B按键，将检测到的肺活量数据发送到SIoT物联网平台的“肺活量/1班”主题中。判断B按键是否按下，使用指令 当按键B被按下 ；向SIoT平台发送数据，使用 MQTT发布 指令。

增加一个数据发送成功的反馈，数据发送成功后，蜂鸣器会响起，并清除检测到的数据和进度条。

(4) 发送带学号的肺活量数据

上面程序中使用 MQTT发布 指令，发布的数据是肺活量数据，没有学号，即使SIoT平台接收到了数据，也不知道该数据是哪位同学的。所以在发送数据时，最好带上学号标识，将学号和肺活量数据合并后一起发送到SIoT平台。合并字符使用文本指令区的 合并字符 指令。

注意：关于“字符串”的相关介绍见知识园地。

修改 MQTT发布 指令中的内容为合并后的学号和肺活量数据。

完整程序如下：

2. 程序运行

点击运行，程序运行成功后，通过行空板屏幕上的“+/-”按钮，选择对应的学号。然后按下A按键，开始测量肺活量，测量结束后，按下B按键，将带学号的肺活量数据发送到SIoT平台。

3. 试一试

为了避免重复多次的测量，当一个班的学生都测试完成后，行空板就不能再向SIoT平台发送肺活量数据了。接下来我们以一个班十个学生为例，当这十个学生都测试完成后，就断开MQTT连接，SIoT平台不再接收行空板发送的消息。

提示：十个学生测试完成后，使用指令 MQTT断开连接。

知识园地

1. 什么是物联网

物联网（Internet of Things，简称IoT）是借助互联网、传统电信网等，让具有一定功能的设备实现互联互通的网络。比如在智能家居场景下，通过房间里的无线网，将灯、风扇、摄像头等设备与手机相连，这就形成了万物互联。

物联网的原理是什么呢？

一个完整的物联网系统包含三个部分，分别是服务器、智能终端、移动终端。以智能家居场景为例，我们可以通过手机控制和查看灯、风扇、摄像头这些设备的状态，手机就是物联网系统中的移动终端；而那些可以直接连接网络的灯、摄像头等智能家电就是物联网系统中的智能终端；另外，在物联网系统中，移动终端和智能终端不能直接传输数据，它们之间还需要一个枢纽，用来存储和收发数据，这就是服务器。

行空板也可以构建这种有智能终端、移动终端、服务器的智能家居系统，如果我们手上只有一块行空板时，可以让这块行空板做智能终端，连接灯、风扇、摄像头这些设备，使用行空板自带的SIoT平台做物联网服务器端，我们的手机或者电脑做移动终端。

需要说明的是，本节课项目中的行空板，即是智能终端又是服务器，而电脑则对应移动终端。其中电脑是使用USB线这种有线连接的方式去查看服务器数据的。

其实，移动终端访问服务器数据还可以使用无线连接方式，这种方式是通过行空板自带的WIFI模块功能实现，详细操作，你可以进入行空板官网“物联网项目”进行查看，地址如下：

https://wiki.unihiker.com/iot_project

2. 物联网SIoT平台

物联网中的服务器是通过物联网平台（又称IoT平台）实现的，常用的IoT平台有Easy IoT、SIoT。要实现物联网中的设备通信，通常采用HTTP协议或者MQTT协议。这节课使用到的是物联网SIoT平台，行空板与SIoT平台之间的通信采用MQTT协议，接下来，一起来了解一下什么是SIoT平台，什么是MQTT协议吧！

SIoT是行空板自带的物联网服务器平台，你可以通过有线或无线的形式快速开启本地物联网服务器。SIoT重点关注物联网数据的收集和导出，是采集科学数据的最好选择之一。

3. MQTT协议

什么是MQTT协议？

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议）是一个基于客户端－服务器的消息发布/订阅传输协议。

MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。

MQTT协议在行空板与SIoT平台中起到一个什么作用呢？

我们可以将MQTT协议理解为行空板与SIoT平台通信的桥梁，在行空板和物联网SIoT平台通信过程中，MQTT协议有三种身份：发布者(Publish)、代理(Broker)(服务器)、订阅者(Subscribe)。其中，消息的发布者和订阅者都是设备端（行空板），消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。

换种简单的理解方式，我们可以将这个消息代理理解为一个群，如果你想在这个群里发消息，首先你得进入这个群，才能发送消息，而进群的方式就是MQTT协议。进群后，发消息这个人就是发布者，群就是服务器，其他群成员就是订阅者，你发的消息自己也能看到，因此发布者也可以是订阅者。

4.什么是字符串

什么是字符串？字符串是一种数据类型，Python中有六种标准的数据类型，分别是字符串（文本）、数字、列表、元组、集合、字典。

大家注意一下，上面的字符串指令里都有一对引号。我们可以将字符串理解为放在引号里面的一系列字符，通俗的理解，就是由标点符号、字母、数字、文字组成的单词或句子就是字符串。其中组成字符串的标点符号、字母、数字、文字就是字符，字符串就是字符的集合。

现在你知道为什么任务二中，判断 MQTT主题 时，需要将“肺活量/1班”放入引号内了吗？

因为 MQTT主题 的数据类型是字符串，如果不将“肺活量/1班”放入引号内，两个数据就不能作比较，因为数据类型不一样。

如果觉得不好理解，简单地举个例子，现在有两组数据，一组是23，另一组是“23”。第一组数据的数据类型是数字型，第二组数据类型是字符型，两组数据的类型不一样，不能做比较。只有当两组数据类型一样时才可以作比较，所以“肺活量/1班”需要放入引号内。

为什么要用 合并字符 指令呢？

举个例，现在有“你”、“好”“，”、“行”、“空”、“板”、“！”这七个字符。如果不组合，那就是单个的字符，而 合并字符 指令的作用就是将这些字符组成一个完整的句子“你好，行空板！”。

5. 指令学习

该指令用于初始化设置MQTT，使用时需要点击设置图标，选择MQTT平台，写明服务器IP、服务器端口号、用户名以及密码。

该指令用于发起并建立MQTT连接。

该指令用于一直保持MQTT连接。

该指令用于订阅MQTT服务器的设备主题。主题名（topic）的格式为“项目ID/设备号”。

该指令用于向MQTT服务器的对应主题发送数据。

该指令用于接收SIoT物联网平台的数据，指令中包含MQTT主题和MQTT消息。

该指令用于合并两个及以上的字符。

挑战自我

学号和肺活量数据合并后，学号确实发送成功了。如果学号两位数，学号和肺活量数据合并后，很难分清数据。如果在学号与肺活量数据中间添加冒号（:）将学号和肺活量数据隔开，发送的数据形式为：学号:肺活量数据，这样就可以分清数据了。接下来，大家一起来试一下吧！

提示：添加冒号使用 合并字符 指令，在合并字符指令中嵌套合并字符指令。

SIoT接收到的消息如下图：

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