如果搭建好硬件平臺(tái)后，這一次我們的任務(wù)主要是調(diào)試好智能電燈，并且連接到騰訊云的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

騰訊云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

騰訊物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)：

騰訊云鏈接: link.
到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的原因這是因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)平臺(tái)提供了基本的設(shè)備管理功能，可以幫助我們更快速地實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制功能。比如說，我們可以通過“騰訊連連”小程序，來控制電燈的狀態(tài)，而不用自己花費(fèi)時(shí)間和精力去寫相應(yīng)的代碼等工作。

1.它的平臺(tái)是開放注冊(cè)的，我們普通的用戶也可以注冊(cè)來使用，不像很多平臺(tái)那樣需要企業(yè)用戶才能注冊(cè)。
2.另一方面是，騰訊云提供的交互方式非常方便，不需要編譯，或者下載其他 App，在微信上用小程序就可以進(jìn)行。

注冊(cè)與登錄

創(chuàng)建項(xiàng)目和產(chǎn)品

登錄之后，我們直接進(jìn)入準(zhǔn)備工作的第二步，創(chuàng)建項(xiàng)目和產(chǎn)品。我們先在物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目“智能家居”。

創(chuàng)建一個(gè)新產(chǎn)品“智能電燈”。

簡(jiǎn)單設(shè)置幾個(gè)參數(shù)：

產(chǎn)品品類：直接選擇“智能生活”–>“電工照明”–>“燈”。
認(rèn)證方式選擇：密鑰認(rèn)證，適合我們的開發(fā)板 NodeMCU。
通信方式：選擇 Wi-Fi。
數(shù)據(jù)協(xié)議選擇：“數(shù)據(jù)模板”，也就是基于物模型來解析數(shù)據(jù)。

定義物模型

點(diǎn)擊進(jìn)入產(chǎn)品，我們可以看到“數(shù)據(jù)模板”界面中列出了“電燈開關(guān)”“亮度”“顏色”和“色溫”等屬性和事件。這些都是平臺(tái)根據(jù)上一步選擇的產(chǎn)品品類，自動(dòng)生成的。

完成“交互開發(fā)”配置

在“交互開發(fā)”界面中，我們需要關(guān)注兩個(gè)配置項(xiàng)：“使用官方小程序控制產(chǎn)品”的選項(xiàng)要保持打開，因?yàn)槲覀兒竺嬉ㄟ^小程序來控制智能電燈；在“掃一掃產(chǎn)品介紹”配置項(xiàng)中，設(shè)置產(chǎn)品圖片和備注信息。

其他項(xiàng)目，比如“配置引導(dǎo)”“面板配置”和“快捷入口配置”，我們保持默認(rèn)配置就行，當(dāng)然你也可以根據(jù)自己的喜好進(jìn)行調(diào)整。
這些都配置好之后，我們就可以開始準(zhǔn)備“調(diào)試設(shè)備”的配置了。
為調(diào)試設(shè)備做準(zhǔn)備
在“設(shè)備調(diào)試”界面中，我們創(chuàng)建一個(gè)測(cè)試設(shè)備。點(diǎn)擊“新建設(shè)備”，輸入設(shè)備名稱“Led_1”。

創(chuàng)建成功后，在測(cè)試設(shè)備列表中，點(diǎn)擊“Led_1”，進(jìn)入設(shè)備的詳情頁(yè)面：

在這個(gè)“設(shè)備信息”標(biāo)簽頁(yè)，我們可以看到“設(shè)備名稱”“設(shè)備秘鑰”和“產(chǎn)品 ID”的信息。我們需要把這些信息記錄下來，因?yàn)樵诤竺嬖O(shè)備的開發(fā)中需要用到。
設(shè)備名稱、設(shè)備秘鑰和產(chǎn)品 ID也經(jīng)常被稱為設(shè)備三元組。它完整地標(biāo)識(shí)了一個(gè)設(shè)備。在調(diào)試階段，設(shè)備名稱可以手動(dòng)命名，不過在正式應(yīng)用中，為了保證設(shè)備名稱的唯一性，平臺(tái)會(huì)幫你自動(dòng)生成設(shè)備名稱。
另外，在“設(shè)備調(diào)試”標(biāo)簽頁(yè)，你需要點(diǎn)擊下圖中“二維碼”，獲取這個(gè)設(shè)備的二維碼，并保存好。因?yàn)樵诤竺娴牟襟E中，你需要使用“騰訊連連”小程序掃描這個(gè)二維碼，將設(shè)備添加到小程序中。

這是我在這個(gè)配置界面中定義的產(chǎn)品的二維碼。

這個(gè)二維碼的信息內(nèi)容，如下所示：

{"DeviceName":"Led_1","ProductId":"XNXP231VQA","Signature":"2aa86e4e826b49b2a93949955f50761"}

可以看到，這個(gè)鏈接中主要包含了產(chǎn)品 ID 的信息。每個(gè)產(chǎn)品 ID 是唯一的，所以你的產(chǎn)品 ID 與這個(gè)不同。
到這里，我們就完成了騰訊云的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)的準(zhǔn)備工作。接下來，我們就要實(shí)打?qū)嵉卦陂_發(fā)板上，實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能更加完善的智能電燈產(chǎn)品了。
如何打造智能電燈設(shè)備？
在上一講，我們用代碼實(shí)現(xiàn)了開發(fā)板上 LED 的控制。不過那個(gè)功能非常簡(jiǎn)單，為了讓我們的智能電燈功能更完善，效果更酷炫，我們可以開發(fā)更多的功能，主要包括控制 LED 燈的顏色、開關(guān)，并能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
我們先看看如何控制燈的顏色。
如何控制 LED 燈的顏色？
我們使用的 RGB LED 燈模塊，是使用 PWM 來實(shí)現(xiàn)控制 LED 的顏色和亮度的。PWM 的原理是，通過芯片的數(shù)字管腳（GPIO）來獲得模擬電路信號(hào)的輸出，它會(huì)控制芯片管腳在高電平和低電平之間進(jìn)行快速切換。

硬件調(diào)配

這里有g(shù)ithub上的對(duì)這個(gè)詳細(xì)介紹：鏈接: link.
這里通過的開發(fā)板 NodeMCU 上的 GPIO 管腳來控制 LED 等的顏色。這里有好多個(gè)顏色，不用管這么多，只要關(guān)注帶淺黃色背景的“**GPIO”**的幾個(gè)管腳就夠了。
選擇 D1、D2 和 D3 這三個(gè)接口，分別連接 RGB LED 模組的紅色、綠色和藍(lán)色通道。

這個(gè)是老師創(chuàng)建的 LED 類文件

from machine import PWM
from machine import Pin

class Led():
    """
    創(chuàng)建LED類
    """
    def __init__(self, rpin, gpin, bpin, freq=1000):
        """
        構(gòu)造函數(shù)
        :param pin: 接LED的管腳，必須支持PWM
        :param freq: PWM的默認(rèn)頻率是1000
        """
        self.pin_red = Pin(rpin)
        self.pin_green = Pin(gpin)
        self.pin_blue = Pin(bpin)

        self.led_red = PWM(self.pin_red, freq = freq)
        self.led_green = PWM(self.pin_green, freq = freq)
        self.led_blue = PWM(self.pin_blue, freq = freq)

    def rgb_light(self, red, green, blue, brightness):
        if red in range(256) and             green in range(256) and             blue in range(256) and             0.0 <= brightness and             brightness <=1.0:
            self.led_red.duty(int(red/255*brightness*1023))
            self.led_green.duty(int(green/255*brightness*1023))
            self.led_blue.duty(int(blue/255*brightness*1023))
        else:
            print("red green blue must between 0 and 255, and brightness from 0.0 to 1.0")
        
    def deinit(self):
        """
        析構(gòu)函數(shù)
        """
        self.led_red.deinit()
        self.led_green.deinit()
        self.led_blue.deinit()

使用繼電器控制電燈的開關(guān)

繼電器分為弱電（小電流、低電壓）和強(qiáng)電（大電流、高電壓）兩個(gè)部分。其中，弱電的部分可以接微處理芯片；強(qiáng)電部分可以連接交流電設(shè)備，比如電風(fēng)扇、冰箱和燈泡等。繼電器其實(shí)就像是我們現(xiàn)實(shí)生活中“中間人”的角色，它通過電磁器件、或者光耦單元將弱電和強(qiáng)電聯(lián)系起來，以完成微處理芯片對(duì)強(qiáng)電設(shè)備的控制。
這里使用的一款基于 SRD-05VDC-SL-C 型號(hào)的電磁繼電器。使用中，模塊的控制接口，需要連接 NodeMCU 開發(fā)板的 GPIO 管腳。我們通過設(shè)置這個(gè) GPIO 的輸出電平高、低狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)控制繼電器強(qiáng)電部分電路的“通”和“斷”。
弱電部分的供電，不要使用電腦的 USB 接口；為了電腦設(shè)備安全，建議使用獨(dú)立的電源為開發(fā)板供電。
這個(gè)是創(chuàng)建的 Relay 類文件，提供參考

from machine import ADC
from machine import Pin

class Relay():

    def __init__(self, pin):
        self.relaypin = Pin(pin, Pin.OUT)
        self.last_status = 1

    def set_state(self, state):
        self.relaypin.value(state)
        self.last_status = state

智能電燈的整體電路如何搭建？
確定了 LED 的技術(shù)方案和繼電器后，我們就可以搭建出智能電燈的電路。電路中各模塊的連線情況，在連接電路的時(shí)候按照這個(gè)連線來就行。

電路搭建完成后，你可以運(yùn)行下面的代碼測(cè)試一下：

from machine import PWM, Pin
import time 

#設(shè)置對(duì)應(yīng)紅、綠、藍(lán)的三個(gè)GPIO管腳
led_red = PWM(Pin(5), freq = 1000)  
led_green = PWM(Pin(4), freq = 1000)
led_blue = PWM(Pin(0), freq = 1000)

#繼電器的GPIO管腳
relaypin = Pin(16, Pin.OUT)#

#通過PWM的占空比設(shè)置顏色
def rgb_light(red, green, blue, brightness):
    pwm_red = led_red.duty(int(red/255*brightness*1023))
    pwm_green = led_green.duty(int(green/255*brightness*1023))
    pwm_blue = led_blue.duty(int(blue/255*brightness*1023))

rgb_light(255, 255, 0, 1.0)

#周期點(diǎn)亮、熄滅
while True:
    relaypin.on()
    time.sleep(2)
    relaypin.off()
    time.sleep(2)

使用MQTT實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制

準(zhǔn)備好了智能電燈設(shè)備后，要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，我們還需要讓智能電燈連接到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)這里就要用到 MQTT 通信協(xié)議了。
首先，你需要在 NodeMCU 開發(fā)板上安裝一個(gè) MQTT 客戶端代碼庫(kù) umqtt.simple 庫(kù)。它來自 MicroPython 官方維護(hù)的非內(nèi)核標(biāo)準(zhǔn)庫(kù) micropython-lib，可以使用 upip 包管理器來安裝。在串口 REPL 中運(yùn)行下面的命令，就可以完成安裝：

>>> import upip
>>> upip.install('micropython-umqtt.simple')

這里有一個(gè)前提要求，就是 NodeMCU 需要連接到 Wi-Fi 路由器上，也就是能夠訪問網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)檫@個(gè)安裝過程是從網(wǎng)絡(luò)下載安裝文件。
NodeMCU 連接到 Wi-Fi 路由器可以通過串口 REPL 來完成，可以在 REPL 中依次輸入下面的命令來接入網(wǎng)絡(luò)：

>>> import network
>>> wifi = network.WLAN(network.STA_IF)
>>> wifi.active(True) 
>>> wifi.scan() 
>>> wifi.isconnected() 
>>> wifi.connect('你家中Wi-Fi的SSID', '你家中Wi-Fi密碼') 
>>> wifi.isconnected()

安裝好 umqtt.simple 庫(kù)之后，我們需要再設(shè)置一下物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的 MQTT 協(xié)議交互的 Topic 和具體的連接參數(shù)。
我們用到的 MQTT Topic 主要有兩個(gè)：一個(gè)用于發(fā)布消息，即消息流向是從設(shè)備到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；另一個(gè)用于接收訂閱消息，即消息流向是從物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)到設(shè)備。

#發(fā)布消息
$thing/up/property/ProductID/DeviceName
#接收訂閱消息
$thing/down/property/ProductID/DeviceName

需要注意的是，ProductID 和 DeviceName 需要替換為我們?cè)谏厦鎰?chuàng)建設(shè)備的具體值。
設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建立 MQTT 連接，涉及 Broker 服務(wù)器地址、端口號(hào)、設(shè)備 ID、用戶名和密碼。我把這些參數(shù)整理到了一張表里

用戶名和密碼不太好手動(dòng)生成，我們可以借助網(wǎng)頁(yè)工具（百度下在線生成用戶名和密碼）來生成。下載完成后，你可以解壓縮，得到一些網(wǎng)頁(yè)原文件，雙擊打開 sign.html，然后在頁(yè)面輸入設(shè)備三元組，點(diǎn)擊“Generate”即可生成用戶名和密碼。

有了這些信息，我們就可以開始為智能電燈設(shè)備編寫 MQTT 代碼了：

from LED import Led
from Button import Button
from Relay import Relay

import time 
import uasyncio
import network
import ujson
from umqtt.simple import MQTTClient

"""
Wi-Fi Gateway : SSID and Password
"""
WIFI_AP_SSID = "你家的Wi-Fi SSID"
WIFI_AP_PSW = "你家的Wi-Fi密碼"

"""
QCloud Device Info
"""
DEVICE_NAME = "你的設(shè)備名稱"
PRODUCT_ID = "你的產(chǎn)品ID"
DEVICE_KEY = "你的設(shè)備密鑰"

"""
MQTT topic
"""
MQTT_CONTROL_TOPIC = "$thing/down/property/"+PRODUCT_ID+"/"+DEVICE_NAME
MQTT_CONTROL_REPLY_TOPIC = "$thing/up/property/"+PRODUCT_ID+"/"+DEVICE_NAME

led = Led(5, 4, 0)
relay = Relay(16)
button = Button(14)

mqtt_client = None
color = 0   #enum 0=red, 1=green, 2=blue
name= ""    #light name. it is optional
brightness = 100  # 0%~100%
light_changed = False

async def wifi_connect(ssid, pwd):
    sta = network.WLAN(network.STA_IF)
    sta.active(True)
    sta.connect(ssid, pwd)

    while not sta.isconnected():
        print("Wi-Fi Connecting...")
        time.sleep_ms(500)

def mqtt_callback(topic, msg):
    global led, relay, button
    global color, name, brightness, light_changed

    print((topic, msg))
    msg_json = ujson.loads(msg)
    if msg_json['method'] == 'control':
        params = msg_json['params']

        power_switch_tmp = params.get('power_switch')
        if power_switch_tmp is not None:
            power_switch = power_switch_tmp
            relay.set_state(power_switch)
        
        brightness_tmp = params.get('brightness')
        if brightness_tmp is not None:
            brightness = brightness_tmp

        color_tmp = params.get('color')
        if color_tmp is not None:
            color = color_tmp
        
        name_tmp = params.get('name')
        if name_tmp is not None:
            name = name_tmp
        
        if brightness_tmp is not None or color_tmp is not None:
            light_changed = True

async def mqtt_connect():
    global mqtt_client

    MQTT_SERVER = PRODUCT_ID + ".iotcloud.tencentdevices.com"
    MQTT_PORT = 1883
    MQTT_CLIENT_ID = PRODUCT_ID+DEVICE_NAME
    MQTT_USER_NAME = "你的用戶名"
    MQTTT_PASSWORD = "你的密碼"

    mqtt_client = MQTTClient(MQTT_CLIENT_ID, MQTT_SERVER, MQTT_PORT,MQTT_USER_NAME, MQTTT_PASSWORD, 60)
    mqtt_client.set_callback(mqtt_callback)
    mqtt_client.connect()

def mqtt_report(client, color, name, switch, brightness):

    msg = {
        "method": "report",
        "clientToken": "clientToken-2444532211",
        "params": {
            "color": color,
            "color_temp": 0,
            "name": name,
            "power_switch": switch,
            "brightness": brightness
        }   
    }

    client.publish(MQTT_CONTROL_REPLY_TOPIC.encode(), ujson.dumps(msg).encode())

async def light_loop():
    global led, relay, button
    global color, name, brightness, light_changed

    switch_status_last = 1
    LED_status = 1  

    color = 2   #blue
    brightness = 100    #here 100% == 1
    led.rgb_light(0, 0, 255, brightness/100.0)

    time_cnt = 0

    mqtt_client.subscribe(MQTT_CONTROL_TOPIC.encode())

    while True:
        mqtt_client.check_msg()

        switch_status = button.state()
        LED_status = relay.state()
        if switch_status != switch_status_last:
            if switch_status == 0 and switch_status_last == 1:
                LED_status = 0 if LED_status else 1
            relay.set_state(LED_status)
            switch_status_last = switch_status
        
        if light_changed:
            light_changed = False
            led.rgb_light(255 if color==0 else 0, 255 if color==1 else 0, 255 if color==2 else 0, brightness/100.0)

        if time_cnt >= 20:
            mqtt_report(mqtt_client, color, name, LED_status, brightness)
            time_cnt = 0
        time_cnt = time_cnt+1
        uasyncio.sleep_ms(50)

async def main():
    global mqtt_client

    # Wi-Fi connection
    try:
        await uasyncio.wait_for(wifi_connect(WIFI_AP_SSID, WIFI_AP_PSW), 20)
    except uasyncio.TimeoutError:
        print("wifi connected timeout!")
    
    # MQTT connection
    try:
        await uasyncio.wait_for(mqtt_connect(), 20)
    except uasyncio.TimeoutError:
        print("mqtt connected timeout!")

    await uasyncio.gather(light_loop())

uasyncio.run(main())

通過手機(jī)遠(yuǎn)程控制

在完成代碼后，我們通過 ampy 工具或者 pyboard.py 工具，將這些源代碼上傳到 NodeMCU 開發(fā)板中。程序開始自動(dòng)執(zhí)行，智能電燈自動(dòng)接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。打開物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的設(shè)備調(diào)試頁(yè)面，我們就可以看到設(shè)備顯示“在線”。
點(diǎn)擊“調(diào)試”，通過調(diào)試界面發(fā)送 MQTT 消息來控制智能電燈。

點(diǎn)擊“發(fā)送”，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)會(huì)向設(shè)備發(fā)送下面這樣的消息內(nèi)容：

{
  "method": "control",
  "clientToken": "clientToken-e9d920ea-a1f4-4a53-aada-a1d36fbbdd20",
  "params": {
    "power_switch": 1,
    "brightness": 50,
    "color": 0,
    "color_temp": 0,
    "name": ""
  }
}

通過手機(jī)小程序控制電燈

這也很好實(shí)現(xiàn)，我們只需要在小程序上添加設(shè)備，就可以使用小程序界面控制了。
打開“騰訊連連”小程序，點(diǎn)擊“+”按鈕，掃描我們?cè)凇霸O(shè)備調(diào)試”界面保存的二維碼，就完成添加動(dòng)作了。

然后，點(diǎn)擊設(shè)備卡片，進(jìn)入設(shè)備交互界面，就可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制了。

這里可以用手機(jī)來遠(yuǎn)程控制智能電燈的開關(guān)狀態(tài)和顏色了。到這里，我們就可以用手機(jī)來遠(yuǎn)程控制智能電燈的開關(guān)狀態(tài)和顏色了。