济南市网站建设_网站建设公司_前端工程师_seo优化

最新案例动态，请查阅【案例共创】在开发者空间快速开发MQTT客户端实现硬件仿真上云。小伙伴们快来领取华为开发者空间进行实操吧！

本案例由开发者：DS小龙哥提供

1 概述

1.1 背景介绍

随着物联网技术的不断发展，越来越多的设备和应用依赖于实时数据交换和远程控制。在物联网生态系统中，设备与云平台之间的通信是核心环节之一，然而对于许多开发者来说，进行这种设备与云平台之间的通信往往涉及到硬件的配置与调试，这对于一些不熟悉硬件的开发者，尤其是那些处于软件开发领域的人员，可能是一大挑战。传统的物联网开发往往需要开发者拥有一定的硬件基础，或者至少具备与硬件设备进行调试和交互的能力，这使得一些开发者在没有硬件设备的情况下，难以快速上手和测试物联网应用，开发者迫切需要一种能够模拟硬件设备并与云平台进行交互的工具。

本案例通过开发一款基于MQTT协议的客户端调试助手，旨在为开发者提供一个简单易用的工具，模拟硬件设备与云平台的通信交互。这款工具通过软件模拟了物联网设备的行为，支持主题的订阅与发布，能够与华为云物联网平台（IoTDA）进行实时通信。对于不熟悉硬件的开发者，或者暂时没有硬件设备的开发者而言，这款调试助手可以让他们在没有物理硬件的前提下，体验完整的物联网设备上云过程。开发者可以通过该工具快速了解设备如何连接云平台，如何进行数据传输，并学习MQTT协议的基本操作。

1.2 适用对象

• 企业
• 个人开发者
• 高校学生

1.3 案例时间

本案例总时长预计60分钟。

1.4 案例流程

说明：

1. 登录开发者空间，配置开发环境；
2. 编辑MQTT客户端源码；
3. CodeArts IDE运行MQTT客户端源码文件；
4. MQTT客户端实现与MQTT服务端通信，实现连接MQTT服务器、发布和订阅消息；
5. MQTT服务器与华为云IoTA通信，像注册的设备发布和订阅消息。

1.5 资源总览

本案例预计花费总计0元。

2 开发者空间开发环境准备

本案例中，实现MQTT客户端与云端注册的设备进行交互，需要开通IoTA服务以及安装开发客户端所需依赖库。

2.1 配置云主机

登录开发者空间，登录后页面如下：

点击“配置云主机”，在弹出的对话框中进行云主机配置。

• 按如规格下配置云主机：
• 云主机名称：默认/自定义
• CPU架构：X86
• 规格：2 vCPUs 4 GB
• 操作系统：Ubuntu
• 系统镜像：公共镜像 Ubuntu 22.04 server 64bit (xfce4 desktop)
• 工具：Python工具集（CodeArts IDE+ Python +Git）

确认以上配置无误，点击“安装”，进行云主机操作系统安装。

安装完毕之后，点击“进入桌面”。

环境准备中，大约需要3-5分钟，请您耐心等待…

进入桌面后的默认效果如下：

点击左下角的“所有应用程序”->“开发”->“CodeArts IDE for Python”，打开IDE。

CodeArts IDE for Python 启动后，在弹框界面，选择“新建工程”。

在新建工程页面，自定义输入工程名称，点击“创建”。

在CodeArts IDE for Python 中，在新建的工程文件目录中，选择“venv/lib/python3.10/site-packages”路径下的任一文件，鼠标右键后，选择“打开所在文件夹”。

复制被打开的文件夹路径。

在CodeArts IDE for Python 中，点击下方的“终端”，输入以下命令后回车，安装paho-mqtt库（paho-mqtt是一个提供MQTT协议功能的Python库，通过这个库，开发者可以快速实现MQTT客户端的功能，包括连接到MQTT代理服务器、发布消息到主题、订阅感兴趣的主题以及接收并处理消息。）：

pipinstallpaho-mqtt --target={package-path}

其中{package-path}用上面复制的文件夹路径替换。

按上面的方式执行以下命令，安装PyQt5库（PyQt5是基于paho-mqtt库，实现MQTT通信。）：

pipinstallPyQt5 --target={package-path}

其中{package-path}也用上面复制的文件夹路径替换。

到此，云主机的开发环境已经配置完成。

2.2 开通IoTA服务

登录设备接入IoTA服务控制台，点击“开通免费单元”。

实例配置保持默认，点击“立即创建”按钮。

需要等待标准版实例创建完成。

创建IoT设备

2.3 创建产品

实例创建完成之后，点击实例名称，进入实例。点击左侧“产品”菜单栏，点击“创建产品”按钮。

在“创建产品”弹窗中，自定义填写产品名称，设备类型选择“自定义类型”，自定义填写设备类型（例：dev），点击“确定”，完成产品创建。

在“创建产品成功”提示窗中点击“查看详情”。

在产品详情页面，点击“自定义模型”，在“添加服务”弹窗中，填写服务ID（例：stm32），点击“确定”。

说明：模型就是存放设备上传到云平台的数据，你可以根据自己的产品进行创建。

在新增的服务中，点击“新增属性”，在“新增属性”弹窗中，填写属性名称，点击“确定”。设备属性‌是指与物联网设备相关的各种参数和设置，这些属性通常以键值对的形式存在，用于描述设备的各种特征和行为。

点击左上角“<”回到上一级页面。

2.4 添加设备

产品是属于上层的抽象模型，接下来在产品模型下添加实际的设备。添加的设备最终需要与真实的设备关联在一起，完成数据交互。

在左侧菜单栏选择“设备->所有设备”，点击“注册设备”。

在“单设备注册”弹窗中，选择所属资源空间，所属产品选择步骤3.1中创建的产品，自定义输入设备标识码（例：dev1）、设备名称和秘钥，点击“确定”。

在“设备创建成功”提示窗中，点击“保存并关闭”。可以看到，刚刚注册的设备处于“未激活”状态，待真实设备接入平台才会变成“在线”状态。

2.5 生成MQTT三元组

华为云提供了一个在线工具，用来生成MQTT鉴权三元组。

打开这个MQTT ClientId生成工具，DeviceId填入刚刚注册设备的设备ID，DeviceSecret填入步骤3.2中注册设备时设置的秘钥，点击“Generate”，就可以得到MQTT的登录信息了。

图形化界面开发MQTT客户端

下面我们开发完成 MQTT 客户端调试助手，模拟真实设备接入IoTA平台，整体开发，基于 paho-mqtt 库来实现以下功能：

连接到 MQTT 服务器：通过提供的 IP、端口、客户端 ID、用户名和密码连接到 MQTT 服务器。

订阅主题：从用户输入的订阅主题中接收消息。

发布消息：发布主题消息到指定的发布主题。

每个按钮添加相应的功能：Connect、订阅和发布 。在此基础上，日志框将显示与 MQTT 连接和消息传输相关的调试信息。

在云主机的CodeArts IDE for Python中，点击“文件”->“新建”->“文件”。

点击“文件”->“保存”。

输入文件名称为“MQTT.py”，点击“保存”。

在MQTT.py文件中输入以下代码（复制文档中python代码时，可能会导致格式错误，可以点击下载获取MQTT.py文件内容！），用于实现MQTT客户端：

importsysimportjsonimportpaho.mqtt.clientasmqtt# 导入 paho-mqtt 库fromPyQt5.QtCoreimportQtfromPyQt5.QtWidgetsimportQApplication,QMainWindow,QWidget,QVBoxLayout,QHBoxLayout,QFormLayout,QLabel,QLineEdit,QSpinBox,QPushButton,QGridLayout,QGroupBox,QPlainTextEdit,QSpacerItem,QSizePolicy,QMenuBar,QStatusBarimporttimeclassMQTTClientDebugger(QMainWindow):def__init__(self):super().__init__()self.connected=Falseself.setWindowTitle("MQTT 客户端调试助手")self.setGeometry(100,100,1019,772)# 设置窗口大小self.centralWidget=QWidget(self)self.setCentralWidget(self.centralWidget)self.client=None# MQTT 客户端实例# 主布局self.mainLayout=QVBoxLayout(self.centralWidget)# 连接设置布局self.connectionLayout=QHBoxLayout()self.host="117.78.5.125"self.clientId=""self.username=""self.passWord=""self.formLayout=QFormLayout()self.hostLineEdit=QLineEdit()self.hostLineEdit.setText(self.host)\# 默认服务器IP地址 self.formLayout.addRow(QLabel("服务器域名或者IP地址:"),self.hostLineEdit)# 端口号self.spinBoxPort=QSpinBox()self.spinBoxPort.setMaximum(99999)self.spinBoxPort.setValue(1883)# 默认端口号self.formLayout.addRow(QLabel("服务器端口:"),self.spinBoxPort)self.clientIdLineEdit=QLineEdit()self.clientIdLineEdit.setText(self.clientId)#客户端IDself.formLayout.addRow(QLabel("ClientId"),self.clientIdLineEdit)self.usernameLineEdit=QLineEdit()self.usernameLineEdit.setText(self.username)# 设备用户名self.formLayout.addRow(QLabel("Username"),self.usernameLineEdit)self.passwordLineEdit=QLineEdit()self.passwordLineEdit.setText(self.passWord)# 默认密码self.formLayout.addRow(QLabel("Password"),self.passwordLineEdit)self.connectionLayout.addLayout(self.formLayout)# 连接按钮self.connectButton=QPushButton("Connect")self.connectButton.clicked.connect(self.connect_to_server)self.connectionLayout.addWidget(self.connectButton)self.mainLayout.addLayout(self.connectionLayout)# MQTT 主题和消息布局self.gridLayout=QGridLayout()self.gridLayout.addWidget(QLabel("订阅主题:"),0,0)self.subscribeTopicLineEdit=QLineEdit("\$oc/devices/"+self.username+"/sys/messages/down")self.gridLayout.addWidget(self.subscribeTopicLineEdit,0,1)self.gridLayout.addWidget(QPushButton("订阅"),0,2)self.gridLayout.addWidget(QLabel("发布主题:"),1,0)self.publishTopicLineEdit=QLineEdit("\$oc/devices/"+self.username+"/sys/properties/report")self.gridLayout.addWidget(self.publishTopicLineEdit,1,1)self.gridLayout.addWidget(QLabel("主题消息:"),2,0)self.messageLineEdit=QLineEdit('{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"DHT11_T":18.1,"DHT11_H":16.2,"SOIL":12.4,"BH1750":124.5,"MOTOR_SW":1,"SOIL_MAX":30,"run_mode":1}}]}')self.gridLayout.addWidget(self.messageLineEdit,2,1)self.publishButton=QPushButton("发布")self.publishButton.clicked.connect(self.publish_message)self.gridLayout.addWidget(self.publishButton,2,2)self.mainLayout.addLayout(self.gridLayout)# 日志区域self.logGroupBox=QGroupBox("日志消息:")self.logLayout=QHBoxLayout()self.logTextEdit=QPlainTextEdit()self.logTextEdit.setReadOnly(True)self.logLayout.addWidget(self.logTextEdit)self.logGroupBox.setLayout(self.logLayout)self.mainLayout.addWidget(self.logGroupBox)# 底部按钮布局self.bottomLayout=QHBoxLayout()self.testButton=QPushButton("测试按钮(一键填充MQTT信息)")self.clearButton=QPushButton("一键清除MQTT信息")self.clearLogButton=QPushButton("清除日志消息")self.viewTutorialButton=QPushButton("【查看物联网项目开发教程】")self.quitButton=QPushButton("退出软件")self.testButton.clicked.connect(self.fillMQTTInfo)self.clearButton.clicked.connect(self.clearMQTTInfo)self.clearLogButton.clicked.connect(self.clear_logs)self.bottomLayout.addWidget(self.testButton)self.bottomLayout.addWidget(self.clearButton)self.bottomLayout.addWidget(self.clearLogButton)self.bottomLayout.addWidget(self.viewTutorialButton)self.bottomLayout.addWidget(self.quitButton)self.mainLayout.addLayout(self.bottomLayout)# 菜单栏self.menuBar=self.menuBar()self.fileMenu=self.menuBar.addMenu("File")quitAction=self.fileMenu.addAction("Quit")quitAction.triggered.connect(self.close)# 状态栏self.statusBar=QStatusBar()self.setStatusBar(self.statusBar)# 连接到MQTT服务器defconnect_to_server(self):host=self.hostLineEdit.text()port=self.spinBoxPort.value()client_id=self.clientIdLineEdit.text()username=self.usernameLineEdit.text()password=self.passwordLineEdit.text()try:self.client=mqtt.Client(mqtt.CallbackAPIVersion.VERSION1,client_id)self.client.username_pw_set(username,password)# 设置用户名和密码# 设置连接成功、消息接收、连接丢失等回调函数self.client.on_connect=self.on_connect self.client.on_message=self.on_message self.client.on_disconnect=self.on_disconnect# 连接到服务器self.client.connect(host,port,60)# 启动 MQTT 客户端self.client.loop_start()whilenotself.connectedandnotself._stop_event.is_set():time.sleep(0.1)self.connected=TrueexceptExceptionase:returnf"{e}"defon_connect(self,client,userdata,flags,rc):"""当连接到MQTT服务器时调用"""self.log(f"连接成功，返回码：{rc}")# 连接成功后订阅主题self.subscribeTopicLineEdit=QLineEdit("\$oc/devices/"+self.usernameLineEdit.text()+"/sys/messages/down")subscribe_topic=self.subscribeTopicLineEdit.text()try:client.subscribe(subscribe_topic)exceptExceptionase:self.log(f"订阅失败：{e}")defon_message(self,client,userdata,msg):"""当接收到MQTT消息时调用"""self.log(f"接收到消息：{msg.topic}{msg.payload.decode()}")defon_disconnect(self,client,userdata,rc):"""当断开连接时调用"""self.log(f"MQTT服务器断开连接，返回码：{rc}")# 发布消息defpublish_message(self):self.publishTopicLineEdit=QLineEdit("\$oc/devices/"+self.usernameLineEdit.text()+"/sys/properties/report")topic=self.publishTopicLineEdit.text()message=self.messageLineEdit.text()ifself.client:self.client.publish(topic,message)self.log(f"发布消息：{topic}{message}")# 发送心跳包defsend_heartbeat(self):ifself.client:self.client.ping()self.log("发送心跳包")# 日志输出deflog(self,message):"""向日志框输出信息"""self.logTextEdit.appendPlainText(message)# 填充MQTT信息deffillMQTTInfo(self):self.hostLineEdit.setText(self.host)self.spinBoxPort.setValue(1883)self.clientIdLineEdit.setText(self.clientId)self.usernameLineEdit.setText(self.username)self.passwordLineEdit.setText(self.passWord)self.subscribeTopicLineEdit.setText("\$oc/devices/"+self.username+"/sys/messages/down")self.publishTopicLineEdit.setText("\$oc/devices/"+self.username+"/sys/properties/report")self.messageLineEdit.setText('{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"DHT11_T":18.1,"DHT11_H":16.2,"SOIL":12.4,"BH1750":124.5,"MOTOR_SW":1,"SOIL_MAX":30,"run_mode":1}}]}')# 清除MQTT信息defclearMQTTInfo(self):self.hostLineEdit.clear()self.spinBoxPort.clear()self.clientIdLineEdit.clear()self.usernameLineEdit.clear()self.passwordLineEdit.clear()self.subscribeTopicLineEdit.clear()self.publishTopicLineEdit.clear()# 清除日志信息defclear_logs(self):self.logTextEdit.clear()if\__name_\_=='__main__':app=QApplication(sys.argv)mainWin=MQTTClientDebugger()mainWin.show()sys.exit(app.exec_())

将代码27~29行的3个参数值，填入步骤3.3中获取的MQTT三元组的“ClientId”、“Username”、“Password”的值，如下图所示：

说明：三元组数据会定时刷新，为确保链接数据有效，在填入参数值前请再次点击“Generate”刷新，获取最新数据后再填写（请参考步骤3.3）。

按上述步骤编写好代码后，在CodeArts IDE for Python中，MQTT.py文件页面，点击右上角的绿色三角形按钮，运行代码。

在MQTT客户端调试助手窗口，依次点击“Connect”、“订阅”、“发布”按钮，可在“日志消息”区域查看打印的日志。

再次登录设备接入IoTA服务控制台，点击步骤2.2中开通的实例，进入实例，点击“设备->所有设备”，可以看到在步骤3.2中添加的设备已处于“在线”状态，这说明我们开发的MQTT客户端已成功与云端注册的设备进行通信。

点击设备的“详情”，点击“消息跟踪”，可进一步查看我们开发的MQTT客户端发布过来的消息详情。

说明：如果您的消息跟踪还未开启，请点击“启动消息跟踪”，在弹出的“消息跟踪”弹窗中点击“确定”，即可查看MQTT客户端发布过来的消息详情。

至此，利用云主机快速开发MQTT客户端实现硬件仿真上云全部完成。