腾讯IOT之树莓派物联网设备
腾讯IOT之树莓派物联网设备
本次实验的目的是将树莓派设置为一个物联网终端，通过微信小程序可以控制树莓派，实现蜂鸣器的开关。
微信小程序界面如下所示，点击这个开关，就可以控制蜂鸣器。
项目地址：https://github.com/xiaohuiduan/IotForTecentBeep
架构图
一图胜千言：
硬件配置
- 树莓派
- 蜂鸣器
在这里我将树莓派接的是GPIO_00，使用的树莓派是树莓派4B版本。不同的树莓派的GPIO接口可能不同，可以根据自己的需要按情况考虑。
实物图如下所示，VCC——3.3V ，GND ——GND，IO——GPIO_00（低电平触发）
软件配置
编程语言使用的是Java，也就是说将使用Java实现腾讯云IOT平台的连接和树莓派GPIO口的控制。使用的IDE是IntelliJ IDEA。
Tecent IOT 开发平台的使用
Tecent IOT开发平台的官方参考文档网址：https://cloud.tencent.com/document/product/1081，不过个人觉得其文档对于Java SDK的描述不够详细，建议去看其 Demo 源码才能明白其工作流程。
腾讯云IOT开发平台的项目结构如下所示：分为两层——项目 和 产品。在使用其平台的时候，既需要创建project，也需要创建product。
我们可以将项目理解为智能家居整个系统，因此在项目中有很多产品，比如说智能空调，智能报警器等等产品。而在空调中有温度、湿度等属性，同时也有着开关等控制器。
而在这篇博客中，项目名称是物联网实训，产品名为树莓派，但是树莓派只有一个功能——控制蜂鸣器。也就是说，没有属性，只有控制器。
新建项目
打开网址：https://console.cloud.tencent.com/iotexplorer新建项目，项目名称随意就行，创建好项目后，进入项目，然后创建产品。
新建产品
创建产品的选项如下：
- 设备：因为我们是准备将树莓派作为一台设备来使用的，因此，应该选择”设备“，当然，如果是准备将它作为网关，则看着选就行了。
- 认证方式：认证方式选择密钥认证，这样在代码中间直接写设备的密码就行，比证书稍微方便一点（不过实际上证书方便一点）。
- 数据协议：使用数据模板即可。
添加自定义功能
物联网设备，之所以叫物联网，是因为大家想把传感器获得的数据放在云端，或者通过云端去控制物联网设备。那么放什么数据，控制什么功能，则需要我们去定义。这里选择控制树莓派上面的蜂鸣器，因此只需要定义蜂鸣器即可。
在腾讯IOT中，可以使用新建功能定义这些功能。选择属性，数据类型选择布尔型（因为只有控制蜂鸣器的开/关）。请记住这个标识符beep_switch，这个将在后面的代码中用到。
关于功能类型的不同，可以参考下面的表格。（不过在个人看来，在他的官方 Demo 中，无论是物联设备的数据（比如说温度湿度），还是物联网的控制（比如说灯的开关），它都定义成为了属性。也就是说，尽管 蜂鸣器的开关 是人为下发的控制，但是还是定义为属性。至于事件和行为有什么作用，我也不清楚……)
以下来自官方文档
功能元素 功能描述 功能标识符 属性 用于描述设备的实时状态，支持读取和设置，如模式、亮度、开关等。 PropertiesId 事件 用于描述设备运行时的事件，包括告警、信息和故障等三种事件类型，可添加多个输出参数，如环境传感器检测到空气质量很差，空调异常告警等。 EventId 行为 用于描述复杂的业务逻辑,可添加多个调用参数和返回参数,用于让设备执行某项特定的任务，例如，开锁动作需要知道是哪个用户在什么时间开锁，锁的状态如何等。 ActionId
点击下一步，进入设备开发。
设备开发
因为这里使用的是Java SDK进行开发，没有使用模组也没有基于OS开发，因此直接点击下一步。
点击下一步就到了微信小程序配置。
微信小程序配置
腾讯IOT平台相比较于其他平台，有一个很大的特点就是可以很好的支持小程序。也就是说，在开发的阶段，就可以使用小程序去验证设备的功能。并且这个微信小程序不需要自己写样式代码，只需要进行简单的配置，就可以直接从小程序上面看到物联网设备的数据。
因为这里我们使用的数据很简单，只有开关，所以随便配置一下面板即可。
面板配置
这里面板类型选择标准面板，简单的配置一下开关即可，效果图如右图所示。
保存退出之后，就进入到新建设备功能页面。
新建设备
新建设备`的意义：创建一个设备代表启动了一个账号（这个设备会提供一个密钥），我们的设备使用这个密钥，就可以让我们的设备连接腾讯云IOT平台进行数据交互。
从现实意义来说，就是我手中有一个树莓派，我需要让它连接腾讯云IOT平台，就需要账号密码，所以就需要创建一个设备。
新建设备的步骤如下所示：
使用设备
点击 my_pi ，进入设备管理。
设备管理界面如下所示：
-
设备信息：这里面是设备的一些基本属性，其中通过设备
名称，设备密钥，和产品ID就可以唯一定位一个设备，然后对其进行操作。 -
设备日志：设备日志里面保存着设备的上行和下行数据。
-
在线调试：通过在线调试，可以模拟设备的行为，或者对设备下发控制命令。
在线调试
可以使用在线的调试功能对物联网设备进行功能下发。（比如说下发开关数据，控制蜂鸣器的开关）
设备日志
可以在设备中看到物联网设备与云平台之间的上行和下行数据。
🆗，以上的所有就是腾讯IOT平台的介绍，通过上面的操作，就可以创建一个设备，获得其name，key，id，然后对其进行开发。
树莓派Java开发
针对于树莓派开发，相信大家听过最多的都是Python开发，使用Python去控制树莓派的GPIO口，但是，因为腾讯提供的平台没有Python的SDK，因此，只能选择Java去控制树莓派的GPIO口。
Pi4j是一个专门用来控制树莓派GPIO口的设备。关于使用安装可以去看树莓派---JAVA操作GPIO（不过基本上比较新的树莓派系统都不需要安装了）。
因为我们是在Windows平台开发然后在树莓派上面运行Java程序（打包成jar运行），因此需要在树莓派上面安装Java环境（不过一般来说树莓派都自带了Java环境）。
创建项目
使用IDEA创建maven项目。
通过上述操作就创建一个Java maven项目。
配置maven文件
然后配置maven文件，也就是pom.xml，在其中导入依赖库，以及进行配置。
具体配置如下：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
<build>
<plugins>
<plugin>
<artifactId>maven-assembly-plugin</artifactId>
<configuration>
<appendAssemblyId>false</appendAssemblyId>
<descriptorRefs>
<descriptorRef>jar-with-dependencies</descriptorRef>
</descriptorRefs>
<archive>
<manifest>
<!--注意，此处必须是main()方法对应类的完整路径 -->
<mainClass>Main</mainClass>
</manifest>
</archive>
</configuration>
<executions>
<execution>
<id>make-assembly</id>
<phase>package</phase>
<goals>
<goal>assembly</goal>
</goals>
</execution>
</executions>
</plugin>
</plugins>
</build>
<!-- 生成的包名-->
<groupId>org.example</groupId>
<artifactId>IotForTecentBeep</artifactId>
<version>1.0-SNAPSHOT</version>
<!-- 添加依赖库-->
<dependencies>
<!-- 腾讯IOT库-->
<dependency>
<groupId>com.tencent.iot.explorer</groupId>
<artifactId>explorer-device-java</artifactId>
<version>1.0.0</version>
</dependency>
<!-- 树莓派GPIO 库-->
<dependency>
<groupId>com.pi4j</groupId>
<artifactId>pi4j-core</artifactId>
<version>1.2</version>
</dependency>
</dependencies>
</project>
项目文件配置
在项目的目录下面添加data.json文件。
data.json需要存放一些数据。这个数据实际上就是自定义功能的json数据，从页面复制之后粘贴到data.json文件中即可。
代码编写
使用Java编写代码，具体的解释可以看代码中间的注释。不过要注意，需要根据自己的设备情况更改如下的信息。
同时，在这个地方需要根据自己的情况修改。（尽管在云平台中定义的是布尔型数据，但是实际上腾讯云发送过来的是int类型数据。）
在代码中要注意，必须先订阅（也就是执行subscribeTopic函数），才能够进行接收到平台发送过来的数据。
import com.pi4j.io.gpio.*;
import com.tencent.iot.explorer.device.java.common.Status;
import com.tencent.iot.explorer.device.java.data_template.TXDataTemplateDownStreamCallBack;
import com.tencent.iot.explorer.device.java.mqtt.TXMqttActionCallBack;
import com.tencent.iot.explorer.device.java.server.samples.data_template.DataTemplateSample;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.IMqttToken;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttMessage;
import org.json.JSONObject;
/**
* @author XiaoHui
*/
public class Main {
/**
* IOT平台URL
*/
public static String mBrokerURL = "ssl://iotcloud-mqtt.gz.tencentdevices.com:8883";
/**
* 产品ID
*/
public static String mProductID = "64ONICJ3N8";
/**
* 设备名称
*/
public static String mDevName = "my_pi";
/**
* 设备密钥
*/
public static String mDevPSK = "1ktYq8uojYiuJgX7iZxAoQ==";
/**
* 储存属性的json文件名
*/
public static String mJsonFileName = "data.json";
private static DataTemplateSample mDataTemplateSample;
/**
* 获得GPIO的控制器
*/
public static final GpioController gpio = GpioFactory.getInstance();
/**
* GPIO输出，使用GPIO_00 ,默认输出为High
*/
public static final GpioPinDigitalOutput beep = gpio.provisionDigitalOutputPin(RaspiPin.GPIO_00, "beep", PinState.HIGH);
public static void main(String[] args) {
// CallBack 代表的是MQTT协议的回调函数，MyDownCallback代表的是IOT平台下发消息的回调
mDataTemplateSample = new DataTemplateSample(mBrokerURL, mProductID, mDevName, mDevPSK,
null, null, new CallBack(), mJsonFileName, new MyDownCallback());
// 进行连接
mDataTemplateSample.connect();
// 进行订阅，只有订阅后，消息才能下发。
mDataTemplateSample.subscribeTopic();
mDataTemplateSample.propertyClearControl();
}
/**
* MQTT的回调函数，可以不用管
*/
public static class CallBack extends TXMqttActionCallBack {
@Override
public void onConnectCompleted(Status status, boolean reconnect, Object userContext, String msg) {
}
@Override
public void onConnectionLost(Throwable cause) {
}
@Override
public void onDisconnectCompleted(Status status, Object userContext, String msg) {
}
@Override
public void onPublishCompleted(Status status, IMqttToken token, Object userContext, String errMsg) {
}
@Override
public void onSubscribeCompleted(Status status, IMqttToken asyncActionToken, Object userContext, String errMsg) {
}
@Override
public void onMessageReceived(final String topic, final MqttMessage message) {
}
}
/**
* 实现下行消息处理的回调接口
*/
private static class MyDownCallback extends TXDataTemplateDownStreamCallBack {
@Override
public void onReplyCallBack(String msg) {
}
@Override
public void onGetStatusReplyCallBack(JSONObject data) {
}
/**
* 在微信小程序点击关闭按钮后，IOT平台会向树莓派发送命令消息，此命令消息会在这这里进行回调
* beep是低电平触发！！！！！！！！！！！！
*
* @param msg 接收到的消息。
* @return
*/
@Override
public JSONObject onControlCallBack(JSONObject msg) {
// 获得开关的数据，beep_switch是开关的标识符。尽管我们在云平台中定义的是布尔型数据，但是实际上腾讯云发送过来的是int类型数据。
int power = msg.getInt("beep_switch");
// 打开开关
if (power == 1) {
beep.low();
System.out.println("打开");
} else {
// 关闭蜂鸣器
beep.high();
System.out.println("关闭");
}
// 返回消息
JSONObject result = new JSONObject();
result.put("code", 0);
result.put("status", "ok");
return result;
}
@Override
public JSONObject onActionCallBack(String actionId, JSONObject params) {
return null;
}
}
}
代码打包
因为我们的代码是在windows上面编译的，因此需要将其编译成jar文件，这个也就是之前配置pom.xml文件的原因。IDEA上面编译还是挺简单的，如下图所示：
经过如上的操作我们就将项目编译成了jar包，jar包在target目录下。
程序运行
将编译好的jar文件放到树莓派中，使用VNC或者XShell皆可。然后在jar包文件目录下使用如下命令：
java -jar 包名
此次项目生成的包名为IotForTecentBeep-1.0-SNAPSHOT.jar，因此命令如下所示：
当程序运行起来的时候，就可以在微信小程序或者在线调试工具中对蜂鸣器进行控制。
微信小程序控制
前面说了，可以是用微信小程序对开发的物联网设备进行开发调试，然后在如下的页面得到设备的二维码。
然后打开”腾讯连连“小程序，对二维码进行扫描，即可将设备加入。
点击中间的按钮就可以实现对蜂鸣器的控制了！！！
总结
相比较于上一篇腾讯IOT安卓开发初探，这一次实现消息的下发接收控制。不过有一说一，官方文档是真的坑，连一个比较详细的说明文档都没有，还得自己一个一个Debug，查看为什么消息发送失败，查看为什么没有接收到下发的消息……
GitHub：https://github.com/xiaohuiduan/IotForTecentBeep
