1.6物联网系统的搭建（教学课件）-八年级信息科技上册同步教学（清华版2024）

物联网系统的搭建 第一单元 物联网入门 1 1 物联网系统搭建流 2 MQTT服置 目录 CONTENTS 3 MQTT 客户端编程 2 导入新课 本单元前几节中我们已经学习了很多的物联网知识，是时候大显身手真正动手搭建一个完整的物联网应用了这一节将从搭建物联网服务器开始，选择合适的物联网终端、传感器和执行器，搭建一个简单而又完整的物联网应用系统模型。搭建过程中，需要经历哪些阶段呢？ 3 第一部分 常见的物联网通信技术 01 4 文字内容 讲授新课 一、物联网系统搭建流程 物联网服务平台 智能终端 编程语言 1 2 本地自建 网络平台 1 2 掌控板 Arduino 1 2 Python mind+ 3 4 虚谷号 树莓派 5 …… 5 讲授新课 控制端的通信需要服务器进行中转。这个中转站统称为“物联网服务平台”，它可以提供设备管理、数据存储、数据处理及数据分析等服务。作为个人用户，我们可以直接使用网络上已经搭建好的物联网服务平台，以实现智能终端与网络甚至是手机端的连接。除了网络平台，我们还可以选择在本地建立服务器，将数据储存在本地。 物联网服务平台的选择 6 常见的物联网服务平台有 OneNet、阿里云等，当然我们也可以在本地自建 MQTT 服务器。阿里云物联网服务平台的产品管理界面如图所示。用户登录这些平台后便可以设置物联网项目，将各种智能终端采集到的数据上传到该项目中，通过软、硬件结合，搭建一套物联网信息收集系统。 讲授新课 7 讲授新课 如果仅仅需要完成简单的数据采集工作，大部分开源硬件都能胜任。在将数据上传至物联网时，有的开源硬件需要外接联网模块，而有的开源硬件则自带了 Wi-Fi 功能，如 ESP32、ESP8266 等芯片都已经提供了联网功能，使用很方便。但如果想要实现更加复杂的语音、录像功能，则需要选择功能更丰富的智能终端。 智能终端的选择 8 讲授新课 我们一般使用功能强大且较为主流的 Python 语言进行编程，对于部分基于C语言进行编程的智能终端，可以借助pimnpong库直接在计算机端运行Python代码，通过串口进行通信，便可实现感知和控制。 编程语言的选择 9 第二部分 MQTT服置 PART 02 02 10 运 以 Windows 操作系统为例，下载与当前操作系统匹配的 SIoT 程序，双击运行执行文件，屏幕会弹出命令提示符窗口，如图所示。这个窗口显示的是服务器后台运行的细节，在整个过程中，不要关闭窗口，否则服务器进程也会一同关闭。 讲授新课 行 服 序 务 程 器 访 SIoT 提供了 web 管理功能，即 SloT 在启动 MOTT 服务的同时，还启动了 Web 服务。SloT 的运行窗口中列出了本机的IP地址，我们可通过这个IP地址访问自己的 Web 服务器。 SIoT的 Web 服务器的默认端口号为 8080。如图所示，我们在浏览器中输人 http:/本机 PP:8080，即可访问服务器的网页管理端。如果在本机访问，使用 http: /localhost:8080和 http://127.0.0.1:8080，也能够顺利访问。 讲授新课 问 w 理 e 管 b 端 讲授新课 实验活动 使用客户端调试工具测试服务器 搭建好服务器后，需要先对服务器的基本功能进行调试。MOTTX是一款方便好用的 MOTT客户端调试工具，支持在Windows、macO8 和Linux 上运行。 实验内容:MOIT消息订阅和发送。 实验准备:SIoT服务器运行程序、MOTIX应用。 实验数据记录表见下表。 13 讲授新课 实验活动 次数 MOTTX 发送的消息 服务器接收的消息 服务器发送的消息 MOTTX 接收的消息 1 2 3 14 第三部分 MQTT 客户端编程 PART 03 03 15 讲授新课 MOTT 消息的发送 发送一条 MQTT 消息，首先要连接 MQTT 服务器。SIoT 连接参数的关键代码如下，在实际编写过程中可以将代表本机IP地址的 127.0.0.1，替换成局域网内运行 SIoT 服务的计算机 IP 地址，IOT pubTopic 可自行命名。 16 讲授新课 MOTT 消息的订阅 siot 采用回调函数的方式来处理消息的订阅过程。以下面的代码为例siot.subscribe 的两个参数分别是要订阅的消息名称(IOT pubTopic)和接收到消息要运行的回调函数名称(sub cb )。当名称等于变量 IOT pubTopic 的主题接收到消息时，就会运行一次回调函数 sub cb, 17 讲授新课 实验活动 订阅智能农植园数据 我们已经学过开源硬件的联网操作，体验过开源硬件与MQTT服务器的通信过程，但当时的服务器是给定的，没有具体介绍。本活动将带你体验从服务器搭建到订阅智能农植园数据的完整过程。请参考资源包的相关程序，体验订阅智能农植园数据的完整过程。 18 讲授新课 物联网终端设备的协同工作 物联网系统的各个终端设备要实现协同工作，依靠的是基于消息主题和内容的“协议”。这里的“协议”指的是一个约定的规则，如共同订阅什么主题的消息，消息内容分别代表什么含义等。以一个物联网灌溉系统为例，智能终端订阅 Topicm 为 wz/001 的主题消息，当接收到的消息值为“5”时，就打开电磁阀5秒;当接收到的消息值为“0”时，就关闭电阀。而给TopicID 为wz/001 的主题发送消息的既可以是手机 App，也可以是另一个终端，如负责数据处理和协同工作的程序。 19 开源硬件的联网 大多数的物联网作品都需要连通网络进行通信，这是一项基本的功能。某款开源硬件支持 Wi-Fi通信，可作为物联网节点实现物联网应用。 请利用开源硬件，打开教学资源包的相应程序，修改并运行程序，体验其联网的过程。 体 验 活 动 讲授新课 20 选择一种物联网服务平台，如果是本地自建的服务器，请通过测试确保其能够正常使用。结合前面对物联网智能终端、通信、感知、控制的学习，根据已拟定的项目方案，搭建一个简单的物联网应用，并填写下表。 讲授新课 搭建的物联网应用名称 选择的物联网服务平台 硬件清单 代码编程 实现效果 谢谢观看！ 22 $$