【义教指南】八年级 物联网与探索第10课物物互通有新径

【义务教育信息科技教学指南】八年级 物联网实践与探索模块 第10课中要求学生了解MQTT协议的通信机制，并通过搭建MQTT服务器，初步认识物联网服务平台的功能，了解不同的MQTT服务器搭建过程。描述原文如下图：

实验设计
结合指南课程中对于MQTT服务器搭建和主题订阅的实践要求，我们利用行空板M10信息科技实验盒（后称“实验盒”）上内置的WiFi通信芯片，分别结合在线物联网服务平台——Easyiot和本地物联网服务平台——SIoT平台设计实验，帮助学生完成不同MQTT服务器搭建和订阅消息方法的学习，直观体验MQTT协议通讯的过程。
>> 实验1（10-1）：利用MQTT实现订阅功能
>> 实验2（10-拓展与提升）：搭建MQTT本地服务器

10-1利用MQTT实现订阅功能
活动目标
学习目标
感受MQTT协议的通信过程
掌握订阅MQTT主题的方法。

实操目标
实验盒使用MQTT协议在easyiot平台订阅主题并将接收到的消息显示在屏幕上。

活动准备
硬件清单

软件使用
Mind+编程软件x1
下载地址：https://www.mindplus.cc

活动过程
本次活动要订阅主题消息并把消息显示出来。这里我们使用的MQTT平台为Easyiot。
1. 硬件连线
长按ON/OFF按钮启动实验盒。
使用USB连接线将实验盒连接到计算机，同时确保计算机处在一个流畅的网络环境下。

2. 准备软件
按照下图步骤，设置Mind+软件编程方式为Python代码编程，并完成实验盒连接。

之后我们要熟悉一下MQTT在线平台，这里我们用的是Easy Lot。

中国服务器：https://iot.dfrobot.com.cn
全球服务器：https://iot.dfrobot.com

注册完成登陆自己账号进入物联网平台，进入物联网平台后，点击顶部菜单的“工作间”，在工作间里即可新建自己的设备。

这里我们要记住这几个东西：lot_id ,  lot_pwd 和不同设备的Topic 。
点开设备的“发送消息”按钮后进入数据收发页面。

3. 编写程序
在编写程序前，首先参考第9课的方法，将实验盒连接到可以访问互联网的无线网络。

订阅服务器主题并显示的核心程序如下图所示：

可以看到在初始化MQTT语句中，这里用的是中国服务器，如果用的是全球服务器，语句中server=“”中的网址要更换。其中”port=1883”是MQTT的服务器端口号，user、password以及topic要改为你创建的物联网平台对应的lot_id、lot_pwd和topic（之前记过）。

注意：可直接将第二单元第十课资源文件夹中对应的程序文件拖入“项目中的文件”使用。

4. 运行程序
点击界面右上方的运行按钮，运行程序。

运行程序后我们服务平台网页，发送想要发送的信息，之后观察实验盒的反应。

5. 测试及活动记录

接下来，同学们可以根据实践记录表操作一下并将结果记在表中。
[实践操作]填写实践记录表：

(1) 你设置的主题是：。
(2) 你发送的消息是：。
(3) 屏幕上显示的是：。

（可以多测试几次）

思考题
为什么初始化MQTT时要设置账号和密码？

10-拓展与提升 搭建MQTT本地服务器

活动目标
学习目标
掌握搭建本地MQTT服务器的方法。
实操目标
成功搭建本地SIoT服务器，进入服务器的工作界面，完成数据发送。

活动准备
硬件清单
同上一个活动
软件使用
Mind+编程软件x1：下载地址：https://www.mindplus.cc
SIoT V2 下载：在网页的“2-软件下载”栏目下下载，网页连接如下：https://mindplus.dfrobot.com.cn/dashboard#target_4

活动过程
本次活动需要搭建本地MQTT服务器，同时要学会如何创建服务器的主题。
1. 服务器搭建与创建主题
(1) 下载win版本的SIoT V2解压后，双击start SIoT.bat 即可启动新版SIoT，启动之后会弹出小黑窗启动服务器。不要关闭小黑窗。

注意:启动时需要将SIoT添加到允许应用通过防火墙,勾选专用网络和公用网络，否则外部设备可能无法访问。

(2) 启动服务器之后打开浏览器，输入本机IP地址和“：8080”,进入服务器登陆界面。

登录账号是siot，密码dfrobot。输入账号和密码后就能进入SIoT的数据管理界面。至此，服务器就搭建完了。

(3) 在SIoT服务器中新建一个主题。

创建完成后可以看到主题名字，可以点击“查看详情”进入该主题的收发界面

2. 配置网络

要实现实验盒和计算机的消息互通，需要将计算机和实验盒接入同一网络，即处于同一局域网中。具体操作方法如下：
step1：将电脑接入无线网络（需使用 2.4G Wi-Fi）；

step2：参考第9课，将实验盒接入无线网络。

step3：检查设备IP地址，确定设备接入同一局域网。

电脑无线局域网IP可以通过Powershell查看。在电脑桌面上单击右键同时按下shift,在弹出的菜单中选择在此处打开Powershell窗口。

然后在powershell窗口中输入ipconfig即可查看电脑无线局域网IP。

当实验盒无线连接IP和电脑无线局域网IP地址前面的网络部分（即以点分隔的前面三个数字）相同，则表示它们已经接入同一网段。此时，实验盒、电脑和无线路由器构成一个小型无线局域网，例如下图。

3. 修改运行程序

在10-1代码的基础上，修改服务器地址为查看的IP地址，修改用户名为siot，密码为dfrobot，主题为实际创建内容，如“siot/test”。

4. 测试及活动记录

我计算机的IP地址是：
我的服务器是否能正常发送数据，屏幕显示正常？ （是/否）  

5. 拓展知识

想一想：使用MQTT在线平台的话设备一定要连接互联网，会受网络波动的影响并且数据存储在网站上有一定的不安全性，而用计算机搭建服务器的话在整个系统中就需要添加一个计算机，设备就变多了，我们有没有其他搭建服务器的方法？
我们在实验盒上其实也可以搭建SIoT服务器，在实验盒上运行服务器与在线服务器相比可以避免网络问题，数据独立存储，可24小时运行；与在计算机上搭建的服务器相比实验盒更加便捷，搭建了服务器的实验盒也可以发布消息或者订阅主题，可以脱离计算机使用。接下来就介绍一下如何在实验盒上搭建：
注意：在一切开始之前，我们要先把电脑连接到局域网下。

首先我们要 检查SIoT是否开启，具体操作如下图所示：

方法1：

方法2（推荐）：浏览器输入10.1.2.3

启用SIoT后点击打开页面进入登录页面，登录账号是siot，密码dfrobot。

注意事项：如果进入的登录页面与下文的不一致，那应该是使用的SIoT V1，可以参考下面的升级到SIoTV2（后续课程中会使用到的物联网服务平台）：
https://mindplus.dfrobot.com.cn/dashboard#target_4

如过登录之后页面和用计算机搭建的服务器页面一样，那就说明你搭建成功了！

要注意的是，电脑上搭建的服务器和实验盒搭建的服务器是两个不同的服务器，所以数据是不能共享的。