第四回 初入联网（接入了贝壳物联）

本来计划先把所有的硬件介绍完，再介绍如何介入贝壳物联的。但是那样就比较枯燥，还是先尝试接入贝壳物联，来增加ESP8266模块的可玩性。

需要了解[贝壳物联平台通信协议](贝壳物联平台通讯协议-贝壳物联，让你与智能设备沟通更方便的物联网云平台 (bigiot.net)) ，如果不想了解，可以跳过通讯协议这小节，不影响后面学习，等到后面有疑问再来这小节里面寻找。

忘记说了，可以先去贝壳物联官网熟悉熟悉，最好自己注册账号，在后续试验中使用自己的设备；

通信协议

这里使用TCP(websocket)长连接协议，先主要介绍通讯地址，通讯数据格式和命令列表。

通讯地址

通讯方式：TCP或websocket

地址：www.bigiot.net

TCP端口：8181，还有其他的8282，8585

Websocket端口：8383，8484

若选用8181端口则，服务器不主动发送心跳包，靠客户端主动发送心跳包保持在线，心跳间隔以40~50s为佳；

说人话，就是设备需要间隔40~50s向服务器发过去一个指令，用于通知服务器端，自己还活着，因为时间间隔非常有规律，所以拟称为心跳包。

其他情况，自行了解；

通讯数据格式

Json字符串 + 换行符，比如：

{
    
    "M":"beat"}\n

这种形式也叫做Json New Line。

命令列表

常用的命令有10种，分别是：

1. 设备登录（加密）；
2. 发送实时数据；
3. 用户和设备上线通知数据；
4. 用户或设备下线通知数据；
5. 用户与设备、设备与设备、用户与用户间沟通指令数据；
6. 查询设备或用户是否在线；
7. 查询当前设备状态；
8. 发送报警信息；
9. 查询服务器时间；
10. 强制目标设备下线；

命令，都是一句Json New Line的数据格式（有点类似于Python的字典），以包的形式，向服务器发出。

详细介绍设备登录和发送实时数据，熟悉了这两个就可以完成基本的想服务器发送指令的操作了。

设备登录（加密）

格式：

{
    
    "M":"checkin","ID":"xx1","K":"xx2"}\n

说明：
M —— 固定(Method)
checkin —— 固定，登录指令
ID —— 固定
xx1 —— 可变，设备ID，在会员中心查看
K —— 固定(apiKey)
xx2 —— 可变，设备apikey，在会员中心查看
设备登录后，如果在1分钟内无数据传送，连接将被自动关闭。
若保持设备长期在线，可每隔50秒向服务器发送一次信息，任何信息均可。

返回结果（登录信息正确时返回，错误无任何返回，如果设备已登录，也将无任何返回信息，且不会登录成功）：

{
    
    "M":"checkinok","ID":"xx1","NAME":"xx2","T":"xx3"}\n

说明：
M —— 固定(Method)
checkinok —— 固定，设备登录成功指令
ID —— 固定
xx1 —— 可变，设备登录成功后，用于通讯的唯一ID，其组成为字符“D"+设备ID，如D24

NAME —— 固定
xx2 —— 可变，该设备的名称
T —— 固定(time)
xx3 —— 可变，服务器发送信息时的时间戳，自从 Unix 纪元（格林威治时间 1970 年 1 月 1 日 00:00:00）到当前时间的秒数。发送实时数据

发送实时数据

格式：

{
    
    "M":"update","ID":"xx1","V":{
    
    "id1":"value1",...}}\n

说明：此命令无返回信息，两次发送间隔不得小于5s，发送数据前应确保该设备已登录在线。

M —— 固定(Method)
update —— 固定，实时更新数据指令（可用 u 代替 update，减小命令长度）
ID —— 固定
xx1 —— 可变，设备ID，在会员中心查看
V —— 固定(Value)
id1 —— 可变，数据接口ID，在会员中心查看，
value1 —— 可变（数值型），本地数据（譬如：传感器测量数据）
… —— 可以更新该设备下多个数据接口的数据

示例

一次上传单个接口数据示例：

{
    
    "M":"update","ID":"2","V":{
    
    "2":"120"}}\n

同时上传多个接口数据示例：

{
    
    "M":"update","ID":"112","V":{
    
    "6":"1","36":"116"}}\n

实时上传定位接口数据示例：

{
    
    "M":"update","ID":"112","V":{
    
    "36":"116,40"}}\n

其中116为经度值，40是为维度值，详见：定位数据上传说明。

贝壳物联的官方指导手册中也提供的了PC端的模拟测试 ，可以通过软件，先对自己创建的设备进行便捷的联网访问。

PC模拟测试TCP长连接教程见：《贝壳物联通讯协议TCP连接测试教程》

Windows测试工具见：https://www.bigiot.net/talk/1140.html

设备联网

接下来可就是真操实练了，那么就从ESP8266的内部文件目录搞起。

内部文件目录

通过MicroUSB连接ESP8266模块到PC，确保COM端口已经被识别。PC端打开MicroPython File Uploader.exe工具，再来个该工具的使用界面，唤醒一下第一回的记忆：

选择COM口，Open。

在命令行中键入：import os, os.listdir()：

>>> import os
>>> os.listdir()
['boot.py', 'main.py']

可以看到在ESP8266模块中，有两个特殊启动文件：

• boot.py
• main.py

文件操作的方式为：当设备启动，一旦文件系统被挂载上，boot.py将会首先执行，而后执行main.py。

可以在main.py中创建用户代码，也可以创建自己的用户脚本，并且在main.py中建立关联，如在main.py中写入如下code：

import my_app

my_app.main()

并创建my_app.py进行用户代码编写，其中包含main()函数，也可以创建其他用户模块。

先在PC端创建，main.py和my_app.py，并按照上述编辑main.py，并且在my_app.py中进行如下编辑：

from machine import Pin
import time

# 定义引脚2为输出
ledPin = Pin(2, Pin.OUT)

def main():
	while True:
		# 延时1000ms使ledPin进行数值反转
		ledPin.value(not ledPin.value())
		time.sleep_ms(1000)

通过文件传输工具，传输到ESP8266模块，在MicroPython File Uploader工具中，选择main.py和my_app.py文件（需要逐个上传），之后点击send，REPL提示如下：

>>> os.listdir()
['boot.py']
Sending main.py...
SUCCESS: 52 bytes written
>>> 
MPY: soft reboot
MicroPython v1.13 on 2020-09-11; ESP module with ESP8266
Type "help()" for more information.
Sending my_app.py...
SUCCESS: 223 bytes written
MicroPython v1.13 on 2020-09-11; ESP module with ESP8266
Type "help()" for more information.
>>> import os
>>> os.listdir()
['boot.py', 'main.py', 'my_app.py']

上述操作，先查看了内部只有boot.py文件，而后送入main.py和my_app.py，再次查询文件存在，上传成功；

此时，ESP8266模块会按照my_app.py的设计，进行每隔1s闪烁一次；

这说明，模块按照预期的那样，依次执行了boot.py，main.py和my_app.py。

连接WIFI

接入贝壳物联之前，需要是的ESP8266模块通过WIFI的STA模式连接入网络，可以在my_app.py编辑（一定要修改成自己的热点账号和密码啊）：

import network

SSID = "MEIZU 17"	# 这里为WIFI名称
PASSWORD = "123456.789" # 这里为WIFI密码

def connect_wifi():
	wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
	wlan.active(True)
	if not wlan.isconnected():
		print('Connecting to network...')
		wlan.connect(SSID, PASSWORD)
		while not wlan.isconnected():
			pass
	print('Network config:', wlan.ifconfig())

def main():
	connect_wifi()

将该文件上传至ESP8266模块，RST之后，便可以接入WIFI，这里为手机开的移动热点，REPL会通过print打印出wifi的接口配置信息：

>>> 
MPY: soft reboot
network config: ('192.168.43.70', '255.255.255.0', '192.168.43.127', '192.168.43.127')

手机端热点列表里，也可以看到有名称为ESP_XXXX的设备已经连接。

连接至贝壳物联

在贝壳物联个人中心，添加智能设备，输入设备名称为LED灯（还有一些详细介绍可以根据需求添加），如果不公开设备可以设定为加密等。

返回到智能设备列表，可以获得此设备重要信息，如ID，APIKEY，（这俩非常重要，一定要记住自己的设备ID和APIKEY，也支持重置APIKEY）在线状态以及控制模式等。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-2oFc1sIt-1608449167465)(https://i.loli.net/2020/12/20/oJ2R9HsEgiOm1Kc.png)]

比较重要的信息为ID和APIKEY （再次强调，要用自己的哈），在my_app.py脚本中，将会被定义为常量。

DEVICEID = "10471"
APIKEY = "2530067a3"
host = "www.bigiot.net"
port = 8181

而后，使用socket连接：

import socket

def connect_bigiot():
	s = socket.socket()
	# s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
	addr = socket.getaddrinfo(host, port)[0][-1]
	
	try:
		s.connect(addr)
	except:
		print('Waiting for connect bigiot.net')
		
	print('Connect bigiot success!')
	# 获取会话返回信息
	ans = s.recv(50)
	print(ans)
	
	# 连接至贝壳物联后，需要通过发送命令，使得设备上线
    checkinBytes=bytes('{\"M\":\"checkin\",\"ID\":\"'+DEVICEID+'\",\"K\":\"'+APIKEY+'\"}\n', 'utf8')
	s.sendall(checkinBytes)
	print('Check in OK!')
	ans = s.recv(50)
	print(ans)
    

def main():
	# 先连接WIFI
	connect_wifi()
	
	# 再连接贝壳物联
	connect_bigiot()

将my_app.py上传至ESP8266模块后，对应REPL显示为：

>>> 
MPY: soft reboot
Network config: ('192.168.43.70', '255.255.255.0', '192.168.43.127', '192.168.43.127')
Connect bigiot success!
b'{"M":"WELCOME TO BIGIOT"}\n'
Check in OK!
b'{"M":"checkinok","ID":"D10471","NAME":"LED\\u706f",'

通过上一节的内容可以了解到，返回的Json New Line信息为服务端返回的数据，通过上述ID和NAME，可以看到ESP8266设备已经登录成功，再贝壳物联智能设备列表中也能够观察到设备在线：

一张设备在线的图片.jpg

这样，就完成了这个名称为LED灯的ESP8266模块，通过

1. 先连接网络；
2. 再连接贝壳物联，进行设备登陆

两步骤，完成了设备联网，接入服务器。

通过Web/手机控制设备

根据设备入网需求，再8181端口需要设备每隔40~50s向服务器发送依次心跳包，这里先设定每隔40秒（也可以用中断的方式），发送一次check status：

def keepOnline(s, t):
	if utime.time()-t > 40:
		sayBytes = bytes('{\"M\":\"status\"}\n', 'utf8')
		s.sendall(sayBytes)
		ans = s.recv(100)
		print('Check status : {}\n'.format(json.loads(str(ans, 'utf-8'))["M"]))
		return utime.time()
	else:
		return t

LED的状态有两种，设定最简单的开关方式：

def toggle(pin):
	pin.value(not pin.value())

接下来的交给main()函数，使用轮询的方式，判断是否收到web端/或手机端的消息，来判断是否需要对本地的LED灯状态进行改变：

def main():

	# 定义引脚2为输出
	ledPin = Pin(2, Pin.OUT)
	# 定义引脚的初始状态为关闭, 此ESP8266模块中on()为LED熄灭；
	ledPin.off()

	# 先连接WIFI
	connect_wifi()

	# 再连接贝壳物联
	s = socket.socket()
	# 设置超时
	s.settimeout(10)
	connect_bigiot(s)

	recvData = b''
	t = utime.time()
	print("The start time is :{}\n".format(t))

	while True:

		try:	# 在超时时间内是否接收到数据
			recvData = s.recv(100)
		except: # 如果接收不到，维持上线状态
			t = keepOnline(s, t)
			print("Keep online operate, The time now is {}\n".format(t))
		if recvData : # 接收到数据
			msg = json.loads(str(recvData, 'utf-8'))
			print("Received Data is : {}\n".format(msg))
			if "C" in msg.keys(): # 接收到offOn的命令，执行操作
				if msg["C"] == "offOn":
					toggle(ledPin)
				else:
					print("The other C in msg : {}\n".format(msg["C"]))
			else:
				print("NO keys C in the msg!\n")
			recvData = b''

主函数中，先定义LED引脚为输出，再连接WIFI，后连接贝壳物联；通过接受贝壳物联返回的信息， 根据信息offOn ，控制LED反转；

通过贝壳物联Web端，或者是微信小程序，就可以控制这个名称为LED灯的设备开关了。演示效果如下：

仔细观察开关按钮和ESP8266模块上蓝色的LED灯，向模块发送offOn指令，对LED的亮灭进行了控制。

登录贝壳物联微信小程序 ，也可以看到名称为LED灯的设备在线，也同样支持相同的方式进行控制，界面效果与上述Web端一致，下图为小程序操作界面：

想必，细心的你已经发现控制面板上还有很多控制按钮（其实也可以自定义控件），那么就可以根据控件进行其他的控制了，emm后面的内容就更加丰富了。

至此，使用Micropython，配合ESP8266模块，接入贝壳物联这一路也就畅通了。

结束语

表面上看，是结束了可实际上后面需要做的事情还有很多，比如：

• 使用中断进行间隔状态查询；
• 通过AP对wifi的SSID和PASSWORD进行设置；
• 丰富接收信息处理内容；
• 丰富ESP8266模块连接硬件的功能；
• OTA远程软件升级？
• 模块系统化，精致化等等；

捣鼓了两个星期的周末，四篇博文也算是有点像模像样了。打算此系列后面的内容就是根据功能需求，根据小制作的功能来将此系列继续下去。

道阻且长，其修远兮。

2020-12-20；