一、前言

1.1 開發(fā)背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的設(shè)備和應(yīng)用依賴于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換和遠(yuǎn)程控制。在物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中，設(shè)備與云平臺(tái)之間的通信是核心環(huán)節(jié)之一，然而對于許多開發(fā)者來說，進(jìn)行這種設(shè)備與云平臺(tái)之間的通信往往涉及到硬件的配置與調(diào)試，這對于一些不熟悉硬件的開發(fā)者，尤其是那些處于軟件開發(fā)領(lǐng)域的人員，可能是一大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)往往需要開發(fā)者擁有一定的硬件基礎(chǔ)，或者至少具備與硬件設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和交互的能力，這使得一些開發(fā)者在沒有硬件設(shè)備的情況下，難以快速上手和測試物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

為了解決這一問題，開發(fā)者迫切需要一種能夠模擬硬件設(shè)備并與云平臺(tái)進(jìn)行交互的工具。通過軟件仿真硬件的方式，開發(fā)者可以不依賴于實(shí)際硬件設(shè)備，就能夠快速學(xué)習(xí)、理解和驗(yàn)證物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中設(shè)備與云平臺(tái)的通信過程。這種仿真方法不僅能夠降低開發(fā)門檻，還能夠幫助開發(fā)者更好地理解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的工作原理，并有效加速物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的開發(fā)周期。

本項(xiàng)目正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。通過開發(fā)一款基于MQTT協(xié)議的客戶端調(diào)試助手，項(xiàng)目旨在為開發(fā)者提供一個(gè)簡單易用的工具，模擬硬件設(shè)備與云平臺(tái)的通信交互。這款工具通過軟件模擬了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的行為，支持主題的訂閱與發(fā)布，能夠與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)（IoTDA）進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。對于不熟悉硬件的開發(fā)者，或者暫時(shí)沒有硬件設(shè)備的開發(fā)者而言，這款調(diào)試助手可以讓他們在沒有物理硬件的前提下，體驗(yàn)完整的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上云過程。開發(fā)者可以通過該工具快速了解設(shè)備如何連接云平臺(tái)，如何進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并學(xué)習(xí)MQTT協(xié)議的基本操作。

此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本身發(fā)展迅速，而MQTT作為一種輕量級(jí)、高效的消息傳輸協(xié)議，已成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與云平臺(tái)之間通信的首選協(xié)議。利用MQTT，設(shè)備可以以低帶寬、高可靠性的方式與云平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。為了幫助開發(fā)者熟悉和掌握這一協(xié)議，本項(xiàng)目采用了paho-mqtt庫，它是一個(gè)開源的Python庫，能夠簡化MQTT協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，使得開發(fā)者能夠?qū)Ｗ⒂跇I(yè)務(wù)邏輯，而無需過多擔(dān)心底層通信細(xì)節(jié)。

本項(xiàng)目的目標(biāo)不僅僅是為開發(fā)者提供一個(gè)調(diào)試工具，更重要的是通過仿真硬件的方式，使得開發(fā)者能夠從軟件層面全面體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上云的全過程。這不僅有助于他們更好地理解物聯(lián)網(wǎng)的通信機(jī)制，還能夠?yàn)槲磥淼挠布_發(fā)和云平臺(tái)集成打下基礎(chǔ)。通過本項(xiàng)目，開發(fā)者能夠在一個(gè)完全虛擬的環(huán)境中學(xué)習(xí)和掌握物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的基本技能，為日后的實(shí)際硬件開發(fā)做好準(zhǔn)備。

本項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)將有助于推廣物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和應(yīng)用，讓更多的開發(fā)者能夠在沒有硬件的情況下，通過軟件模擬快速掌握物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的云端通信技術(shù)，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展提供更加廣泛的人才支持和技術(shù)儲(chǔ)備。

當(dāng)前項(xiàng)目使用的相關(guān)軟件工具已經(jīng)上傳到網(wǎng)盤：
[https://ccnr8sukk85n.feishu.cn/wiki/QjY8weDYHibqRYkFP2qcA9aGnvb?from=from_copylink]

代碼設(shè)計(jì)界面：

運(yùn)行效果：

填入信息：

最終設(shè)計(jì)完成的界面如下：

1.2 云主機(jī)

這里使用的華為云開發(fā)者空間云主機(jī)，是華為云為全球開發(fā)者打造的一個(gè)云端開發(fā)環(huán)境，簡化開發(fā)流程、提高開發(fā)效率，并促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。這個(gè)平臺(tái)提供了一個(gè)無需成本即可探索和使用華為云服務(wù)的機(jī)會(huì)，每位注冊的開發(fā)者在年度內(nèi)都能享有數(shù)百小時(shí)的云主機(jī)使用權(quán)。云主機(jī)預(yù)裝了CodeArts IDE（華為云的集成開發(fā)環(huán)境）、代碼倉庫以及JDK、Python等關(guān)鍵運(yùn)行時(shí)插件，從而避免了本地環(huán)境配置的復(fù)雜性，讓開發(fā)者能夠快速上手并立即開始工作。

除了云主機(jī)外，華為云還提供了5GB的云存儲(chǔ)容量及定制化的場景模擬沙箱，這些資源幫助開發(fā)者在安全隔離的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測試。華為云開發(fā)者空間提供了豐富的技術(shù)培訓(xùn)課程和專業(yè)認(rèn)證資料，助力開發(fā)者提升技能，并通過認(rèn)證來證明自己的能力。該空間特別注重于應(yīng)用全周期管理，涵蓋從應(yīng)用構(gòu)建到運(yùn)維的全過程，確保開發(fā)者可以高效地完成云端應(yīng)用搭建。

華為云開發(fā)者空間云主機(jī)圍繞CodeArts IDE打造了一個(gè)全面的開發(fā)工具生態(tài)系統(tǒng)，整合了鯤鵬、昇騰、鴻蒙等核心生態(tài)的開發(fā)資源，提供廣泛的開源軟件庫和實(shí)用開發(fā)插件，支持從代碼托管到應(yīng)用運(yùn)維的各個(gè)階段。這不僅提升了開發(fā)效率，也方便了開發(fā)者與華為先進(jìn)技術(shù)和全球開發(fā)者社區(qū)互動(dòng)，共同推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用創(chuàng)新。

華為云開發(fā)者空間云主機(jī)的操作系統(tǒng)版本為Ubuntu 22.04.4 LTS，并且內(nèi)置了一些常用的應(yīng)用程序如Gitcode等，為開發(fā)者提供了一個(gè)穩(wěn)定而高效的開發(fā)環(huán)境。

1.3 開發(fā)環(huán)境

本項(xiàng)目的開發(fā)環(huán)境采用了華為開發(fā)者空間的云主機(jī)，這一環(huán)境為全球開發(fā)者提供了一個(gè)功能強(qiáng)大且易于訪問的云端開發(fā)平臺(tái)。開發(fā)者可以通過這一平臺(tái)進(jìn)行快速的應(yīng)用開發(fā)、調(diào)試和部署，省去了本地環(huán)境配置和硬件限制等問題。整個(gè)開發(fā)環(huán)境包括了操作系統(tǒng)、開發(fā)語言、開發(fā)框架、工具鏈以及云端資源等多個(gè)方面。

（1）云主機(jī)平臺(tái)：華為開發(fā)者空間

華為開發(fā)者空間是華為云為開發(fā)者提供的一個(gè)云端開發(fā)環(huán)境，能夠幫助開發(fā)者無需復(fù)雜的本地環(huán)境配置即可開展工作。該平臺(tái)提供了強(qiáng)大的計(jì)算資源和開發(fā)工具，能夠滿足大規(guī)模開發(fā)和調(diào)試的需求。在本項(xiàng)目中，云主機(jī)提供了一個(gè)統(tǒng)一的、穩(wěn)定的開發(fā)環(huán)境，開發(fā)者只需要通過瀏覽器即可訪問，不需要擔(dān)心操作系統(tǒng)的配置、版本兼容性等問題。這種云端開發(fā)方式特別適合開發(fā)與云服務(wù)緊密集成的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，能夠高效地進(jìn)行實(shí)時(shí)測試和調(diào)試。

（2）操作系統(tǒng)：Ubuntu 22.04.4

整個(gè)開發(fā)環(huán)境基于Ubuntu 22.04.4操作系統(tǒng)運(yùn)行，Ubuntu作為一種流行的Linux發(fā)行版，因其穩(wěn)定性、開源性和豐富的軟件支持而被廣泛應(yīng)用于開發(fā)領(lǐng)域。Ubuntu 22.04.4是該系統(tǒng)的LTS（長期支持）版本，提供了長期的安全更新和穩(wěn)定性支持，適合進(jìn)行生產(chǎn)環(huán)境中的應(yīng)用開發(fā)。對于Python開發(fā)者而言，Ubuntu提供了優(yōu)良的包管理工具和開發(fā)工具，能夠方便地安裝各種開發(fā)所需的庫和工具。

（3）開發(fā)語言：Python

項(xiàng)目采用Python作為主要開發(fā)語言，Python因其簡潔的語法、強(qiáng)大的庫支持和廣泛的應(yīng)用場景，成為了開發(fā)者常用的語言。Python的跨平臺(tái)特性使得應(yīng)用能夠在不同的操作系統(tǒng)上無縫運(yùn)行，而其龐大的第三方庫（如paho-mqtt）則為開發(fā)者提供了許多現(xiàn)成的解決方案。本項(xiàng)目中，Python用于實(shí)現(xiàn)MQTT協(xié)議的客戶端功能，包括消息的訂閱、發(fā)布和連接管理等核心操作。

（4） 界面開發(fā)框架：PyQt5

為了提升用戶體驗(yàn)并提供便捷的圖形化界面，本項(xiàng)目采用了PyQt5作為界面開發(fā)框架。PyQt5是Python的Qt庫綁定，提供了一套豐富的用戶界面組件，開發(fā)者可以用它來快速構(gòu)建高效、美觀且跨平臺(tái)的桌面應(yīng)用程序。通過PyQt5，開發(fā)者可以設(shè)計(jì)直觀的界面，幫助用戶通過圖形化操作進(jìn)行MQTT主題的訂閱、消息的發(fā)布和設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控。PyQt5的信號(hào)與槽機(jī)制也使得界面的事件響應(yīng)和后臺(tái)邏輯處理更加簡潔高效。

（5）MQTT客戶端庫：paho-mqtt

項(xiàng)目中的MQTT協(xié)議操作主要通過paho-mqtt庫來實(shí)現(xiàn)。paho-mqtt是由Eclipse基金會(huì)提供的一個(gè)廣泛使用的Python MQTT客戶端庫，它支持MQTT協(xié)議的各種操作，如客戶端連接、消息的發(fā)布和訂閱、消息的接收等。paho-mqtt庫在本項(xiàng)目中承擔(dān)著與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行通信的核心功能，能夠保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和可靠性。

（6）開發(fā)工具：CodeArts IDE

CodeArts IDE是華為開發(fā)者空間提供的集成開發(fā)環(huán)境，它為開發(fā)者提供了豐富的開發(fā)工具和調(diào)試功能。該IDE內(nèi)置了代碼編輯、版本控制、調(diào)試等多種功能，并且預(yù)先配置好了開發(fā)環(huán)境，開發(fā)者可以直接進(jìn)入開發(fā)狀態(tài)。通過CodeArts IDE，開發(fā)者可以在云端編寫代碼、執(zhí)行調(diào)試、管理版本等，而不需要擔(dān)心本地環(huán)境配置的問題。此外，CodeArts IDE的云端特性也使得開發(fā)者能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行開發(fā)，無論是在不同的設(shè)備還是不同的地理位置，都能夠保持一致的開發(fā)體驗(yàn)。

1.4 功能說明

本項(xiàng)目主要解決以下幾個(gè)問題：

1. 模擬硬件設(shè)備 ：通過軟件模擬物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，允許開發(fā)者在沒有實(shí)際硬件的情況下體驗(yàn)設(shè)備與云平臺(tái)的通信過程。
2. 簡化調(diào)試流程 ：提供圖形化界面和簡易操作，降低了調(diào)試和測試的門檻，尤其適合沒有硬件設(shè)備的開發(fā)者進(jìn)行學(xué)習(xí)和驗(yàn)證。
3. 實(shí)現(xiàn)MQTT協(xié)議的基本功能 ：通過paho-mqtt庫，支持MQTT協(xié)議中的主題訂閱、消息發(fā)布等功能，讓開發(fā)者能夠快速掌握物聯(lián)網(wǎng)通信的核心技術(shù)。

本項(xiàng)目主要實(shí)現(xiàn)了以下幾項(xiàng)核心功能：

（1）主題訂閱功能

在物聯(lián)網(wǎng)通信中，設(shè)備通常需要訂閱云平臺(tái)上的特定主題（Topic），以便接收實(shí)時(shí)消息或指令。通過主題訂閱功能，開發(fā)者可以模擬設(shè)備通過MQTT協(xié)議與云平臺(tái)進(jìn)行通信，獲取云平臺(tái)推送的消息。此功能支持以下操作：

• 輸入主題名稱 ：用戶可以手動(dòng)輸入MQTT主題名稱。
• 訂閱主題 ：模擬硬件設(shè)備訂閱云平臺(tái)的指定主題，等待云平臺(tái)推送消息。
• 查看消息 ：訂閱成功后，客戶端能夠?qū)崟r(shí)顯示從云平臺(tái)接收到的消息，幫助開發(fā)者了解訂閱是否成功以及接收到的內(nèi)容。

（2）主題發(fā)布功能

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，設(shè)備通常會(huì)將采集到的數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息推送到云平臺(tái)。這一過程通過主題發(fā)布實(shí)現(xiàn)。在本項(xiàng)目中，開發(fā)者可以模擬設(shè)備向云平臺(tái)發(fā)布消息，操作步驟包括：

• 選擇主題 ：用戶可以選擇一個(gè)已有的主題或創(chuàng)建新的主題。
• 發(fā)布消息 ：通過輸入消息內(nèi)容，模擬設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)布到指定的MQTT主題。
• 消息傳遞確認(rèn) ：客戶端會(huì)向用戶顯示消息是否成功發(fā)布，以及云平臺(tái)是否已經(jīng)成功接收。

（3）MQTT連接管理

為了確保與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的通信穩(wěn)定，項(xiàng)目提供了MQTT連接管理功能，允許開發(fā)者：

• 連接到華為云IoTDA平臺(tái) ：通過設(shè)置MQTT代理地址和認(rèn)證信息，開發(fā)者能夠輕松連接到華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。
• 自動(dòng)重連 ：當(dāng)連接出現(xiàn)問題或網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，客戶端可以自動(dòng)嘗試重新連接，確保設(shè)備與平臺(tái)的穩(wěn)定通信。
• 查看連接狀態(tài) ：客戶端實(shí)時(shí)顯示連接狀態(tài)，幫助開發(fā)者了解當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)連接情況及連接穩(wěn)定性。

（4）圖形化用戶界面（GUI）

本項(xiàng)目使用PyQt5構(gòu)建了一個(gè)直觀、易操作的圖形化界面，具體包括：

• 用戶友好的界面 ：通過清晰的按鈕、文本框和消息顯示框，使得開發(fā)者可以直觀地進(jìn)行操作，例如輸入主題、發(fā)布消息、查看訂閱的消息等。
• 操作日志 ：界面中展示了連接、訂閱、發(fā)布等操作的日志信息，幫助開發(fā)者實(shí)時(shí)查看操作狀態(tài)和通信結(jié)果。
• 事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制 ：通過PyQt5的信號(hào)與槽機(jī)制，客戶端能夠快速響應(yīng)用戶的操作，執(zhí)行相應(yīng)的MQTT協(xié)議功能，確保交互過程流暢且無延遲。

（5）實(shí)時(shí)消息顯示和調(diào)試

為了方便開發(fā)者進(jìn)行調(diào)試，項(xiàng)目提供了實(shí)時(shí)的消息顯示功能。每當(dāng)有新的消息被發(fā)布或接收時(shí)，客戶端界面會(huì)立即更新，開發(fā)者可以：

• 查看接收到的消息內(nèi)容 ：幫助開發(fā)者驗(yàn)證主題訂閱和消息發(fā)布的有效性。
• 調(diào)試信息輸出 ：在操作過程中，客戶端會(huì)顯示詳細(xì)的調(diào)試信息，幫助開發(fā)者跟蹤操作步驟，查找并解決潛在的問題。

（6）支持多平臺(tái)運(yùn)行

通過使用PyQt5框架，項(xiàng)目能夠?qū)崿F(xiàn)跨平臺(tái)運(yùn)行，開發(fā)者可以在不同的操作系統(tǒng)（如Windows、Linux、macOS）上運(yùn)行調(diào)試助手。這使得該工具不僅限于某一操作系統(tǒng)，開發(fā)者可以在任何操作系統(tǒng)上進(jìn)行測試和學(xué)習(xí)。

（7）MQTT協(xié)議的學(xué)習(xí)和測試工具

本項(xiàng)目不僅僅是一個(gè)調(diào)試工具，還是一個(gè)學(xué)習(xí)和測試平臺(tái)。開發(fā)者可以通過該工具快速掌握MQTT協(xié)議的基本概念，包括如何建立連接、如何訂閱和發(fā)布消息、如何管理MQTT會(huì)話等。通過模擬硬件設(shè)備與云平臺(tái)的交互，開發(fā)者能夠更清楚地理解物聯(lián)網(wǎng)通信的工作原理，為實(shí)際的硬件開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

二、華為云開發(fā)者空間

這一個(gè)章節(jié)介紹華為云主機(jī)的配置與使用。

2.1 進(jìn)入開發(fā)者空間

鏈接地址:[https://developer.huaweicloud.com/space/devportal/desktop]

登錄華為云賬號(hào)，進(jìn)去之后看到的頁面如下：

2.2 配置云主機(jī)

在左上角可以看到云主機(jī)的配置提醒，目前默認(rèn)是基礎(chǔ)版。

點(diǎn)擊配置云主機(jī)，會(huì)彈出對話框，讓你選擇云主機(jī)的配置，進(jìn)行安裝系統(tǒng)。我這里選擇ubuntu 22.04.

2.3 安裝系統(tǒng)

點(diǎn)擊安裝后，會(huì)進(jìn)行安裝系統(tǒng)。需要等等一段時(shí)間。

2.4 啟動(dòng)云主機(jī)

安裝完畢之后，直接可以在瀏覽器里啟動(dòng)云主機(jī)。

啟動(dòng)需要一段時(shí)間初始環(huán)境。

進(jìn)去之后會(huì)有引導(dǎo)界面，提示云主機(jī)的使用技巧。

進(jìn)入桌面后的默認(rèn)效果如下。

2.5 全屏切換

在桌面頁面上有個(gè)按鈕可以全屏切換，切換全屏后，可視化空間更大，開發(fā)更加方便。

2.6 共享桌面

云主機(jī)還有共享桌面功能，如果需要遠(yuǎn)程演示項(xiàng)目，共享開發(fā)過程，對方還可以遠(yuǎn)程操作，這個(gè)功能非常的方便。 直接雙擊666 。

2.5 測試Python開發(fā)環(huán)境

點(diǎn)擊左下角的所有應(yīng)用程序，可以看到開發(fā)菜單里，有安裝好的Python環(huán)境，可以直接使用。

啟動(dòng)之后的效果如下。

進(jìn)去之后，點(diǎn)擊左上角，新建一個(gè)文件。

然后保存文件，名字叫：test.py

然后編寫一段簡單的python代碼，測試當(dāng)前的開發(fā)環(huán)境是否正常。

代碼如下：

import socket

def get_local_ip():
    """
    獲取本地 IP 地址
    """
    try:
        # 創(chuàng)建一個(gè) socket 對象，并連接到一個(gè)公共地址
        s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
        s.connect(("8.8.8.8", 80))
        local_ip = s.getsockname()[0]
        s.close()
        return local_ip
    except Exception as e:
        return f"無法獲取本地 IP 地址: {e}"

if __name__ == '__main__':
    print("本地 IP 地址是:", get_local_ip())

點(diǎn)擊左上角運(yùn)行。

結(jié)果如下：

2.6 安裝requests庫

接下來需要使用Python代碼的requests庫，發(fā)起HTTP請求。先提前安裝環(huán)境。

2.7 安裝Pillow庫

Pillow 是 PIL（Python Imaging Library）的一個(gè)分支，提供了圖片處理功能。

pip3 install Pillow

2.8 安裝paho-mqtt庫

安裝命令：

pip install paho-mqtt

到此，云主機(jī)的開發(fā)環(huán)境已經(jīng)測試OK。

三、配置華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)IOTDA

華為云官網(wǎng): https://www.huaweicloud.com/

打開官網(wǎng)，搜索物聯(lián)網(wǎng)，就能快速找到 設(shè)備接入IoTDA。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)介紹

華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)（IoT 設(shè)備接入云服務(wù)）提供海量設(shè)備的接入和管理能力，將物理設(shè)備聯(lián)接到云，支撐設(shè)備數(shù)據(jù)采集上云和云端下發(fā)命令給設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，配合華為云其他產(chǎn)品，幫助我們快速構(gòu)筑物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

使用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)構(gòu)建一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案主要包括3部分：物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用和設(shè)備。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為連接業(yè)務(wù)應(yīng)用和設(shè)備的中間層，屏蔽了各種復(fù)雜的設(shè)備接口，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速接入；同時(shí)提供強(qiáng)大的開放能力，支撐行業(yè)用戶構(gòu)建各種物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

設(shè)備可以通過固網(wǎng)、2G/3G/4G/5G、NB-IoT、Wifi等多種網(wǎng)絡(luò)接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，并使用LWM2M/CoAP、MQTT、HTTPS協(xié)議將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上報(bào)到平臺(tái)，平臺(tái)也可以將控制命令下發(fā)給設(shè)備。

業(yè)務(wù)應(yīng)用通過調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供的API，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集、命令下發(fā)、設(shè)備管理等業(yè)務(wù)場景。

3.2 開通物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)

地址： https://www.huaweicloud.com/product/iothub.html

點(diǎn)擊立即創(chuàng)建。

正在創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)版實(shí)例，需要等待片刻。

創(chuàng)建完成之后，點(diǎn)擊實(shí)例名稱。 可以看到標(biāo)準(zhǔn)版實(shí)例的設(shè)備接入端口和地址。

在上面也能看到 免費(fèi)單元的限制。

開通之后，點(diǎn)擊總覽，也能查看接入信息。 我們當(dāng)前設(shè)備準(zhǔn)備采用MQTT協(xié)議接入華為云平臺(tái)，這里可以看到MQTT協(xié)議的地址和端口號(hào)等信息。

總結(jié):

端口號(hào)：   MQTT (1883)| MQTTS (8883)	
接入地址：ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

**根據(jù)域名地址得到IP地址信息: **

打開Windows電腦的命令行控制臺(tái)終端，使用ping 命令。ping一下即可。

Microsoft Windows [版本 10.0.19045.4170]
(c) Microsoft Corporation。保留所有權(quán)利。

C:Users11266 >ping ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

正在 Ping ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com [117.78.5.125] 具有 32 字節(jié)的數(shù)據(jù):
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=35ms TTL=93
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=36ms TTL=93
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=36ms TTL=93
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=39ms TTL=93

117.78.5.125 的 Ping 統(tǒng)計(jì)信息:
    數(shù)據(jù)包: 已發(fā)送 = 4，已接收 = 4，丟失 = 0 (0% 丟失)，
往返行程的估計(jì)時(shí)間(以毫秒為單位):
    最短 = 35ms，最長 = 39ms，平均 = 36ms

C:Users11266 >

MQTT協(xié)議接入端口號(hào)有兩個(gè)，1883是非加密端口，8883是證書加密端口，單片機(jī)無法加載證書，所以使用1883端口比較合適。 接下來的ESP8266就采用1883端口連接華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

3.3 創(chuàng)建產(chǎn)品

（1）創(chuàng)建產(chǎn)品

（2）填寫產(chǎn)品信息

根據(jù)自己產(chǎn)品名字填寫，下面的設(shè)備類型選擇自定義類型。

（3）產(chǎn)品創(chuàng)建成功

創(chuàng)建完成之后點(diǎn)擊查看詳情。

（4）添加自定義模型

產(chǎn)品創(chuàng)建完成之后，點(diǎn)擊進(jìn)入產(chǎn)品詳情頁面，翻到最下面可以看到模型定義。

模型簡單來說： 就是存放設(shè)備上傳到云平臺(tái)的數(shù)據(jù)。

你可以根據(jù)自己的產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)建。

比如：

煙霧可以叫  MQ2
溫度可以叫  Temperature
濕度可以叫  humidity
火焰可以叫  flame
其他的傳感器自己用單詞簡寫命名即可。 這就是你的單片機(jī)設(shè)備端上傳到服務(wù)器的數(shù)據(jù)名字。

先點(diǎn)擊自定義模型。

再創(chuàng)建一個(gè)服務(wù)ID。

接著點(diǎn)擊新增屬性。

3.4 添加設(shè)備

產(chǎn)品是屬于上層的抽象模型，接下來在產(chǎn)品模型下添加實(shí)際的設(shè)備。添加的設(shè)備最終需要與真實(shí)的設(shè)備關(guān)聯(lián)在一起，完成數(shù)據(jù)交互。

（1）注冊設(shè)備

（2）根據(jù)自己的設(shè)備填寫

（3）保存設(shè)備信息

創(chuàng)建完畢之后，點(diǎn)擊保存并關(guān)閉，得到創(chuàng)建的設(shè)備密匙信息。該信息在后續(xù)生成MQTT三元組的時(shí)候需要使用。

（4）設(shè)備創(chuàng)建完成

（5）設(shè)備詳情

3.5 MQTT協(xié)議主題訂閱與發(fā)布

（1）MQTT協(xié)議介紹

當(dāng)前的設(shè)備是采用MQTT協(xié)議與華為云平臺(tái)進(jìn)行通信。

MQTT是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，它被設(shè)計(jì)用于輕量級(jí)的發(fā)布/訂閱式消息傳輸，旨在為低帶寬和不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。MQTT是專門針對物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的輕量級(jí)傳輸協(xié)議。MQTT協(xié)議針對低帶寬網(wǎng)絡(luò)，低計(jì)算能力的設(shè)備，做了特殊的優(yōu)化，使得其能適應(yīng)各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景。目前MQTT擁有各種平臺(tái)和設(shè)備上的客戶端，已經(jīng)形成了初步的生態(tài)系統(tǒng)。

MQTT是一種消息隊(duì)列協(xié)議，使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發(fā)布，解除應(yīng)用程序耦合，相對于其他協(xié)議，開發(fā)更簡單；MQTT協(xié)議是工作在TCP/IP協(xié)議上；由TCP/IP協(xié)議提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接；所以，只要具備TCP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可以使用MQTT協(xié)議。 本次設(shè)備采用的ESP8266就具備TCP協(xié)議棧，能夠建立TCP連接，所以，配合STM32代碼里封裝的MQTT協(xié)議，就可以與華為云平臺(tái)完成通信。

華為云的MQTT協(xié)議接入幫助文檔在這里: https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_02_2200.html

業(yè)務(wù)流程：

（2）華為云平臺(tái)MQTT協(xié)議使用限制

（3）主題訂閱格式

幫助文檔地址：https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_02_2200.html

對于設(shè)備而言，一般會(huì)訂閱平臺(tái)下發(fā)消息給設(shè)備 這個(gè)主題。

設(shè)備想接收平臺(tái)下發(fā)的消息，就需要訂閱平臺(tái)下發(fā)消息給設(shè)備 的主題，訂閱后，平臺(tái)下發(fā)消息給設(shè)備，設(shè)備就會(huì)收到消息。

如果設(shè)備想要知道平臺(tái)下發(fā)的消息，需要訂閱上面圖片里標(biāo)注的主題。

以當(dāng)前設(shè)備為例，最終訂閱主題的格式如下:
$oc/devices/{device_id}/sys/messages/down
    
最終的格式:
$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/messages/down

（4）主題發(fā)布格式

對于設(shè)備來說，主題發(fā)布表示向云平臺(tái)上傳數(shù)據(jù)，將最新的傳感器數(shù)據(jù)，設(shè)備狀態(tài)上傳到云平臺(tái)。

這個(gè)操作稱為：屬性上報(bào)。

幫助文檔地址：https://support.huaweicloud.com/usermanual-iothub/iot_06_v5_3010.html

根據(jù)幫助文檔的介紹， 當(dāng)前設(shè)備發(fā)布主題，上報(bào)屬性的格式總結(jié)如下：

發(fā)布的主題格式:
$oc/devices/{device_id}/sys/properties/report
 
最終的格式:
$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/properties/report
發(fā)布主題時(shí)，需要上傳數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)格式是JSON格式。

上傳的JSON數(shù)據(jù)格式如下:

{
  "services": [
    {
      "service_id": < 填服務(wù)ID >,
      "properties": {
        "< 填屬性名稱1 >": < 填屬性值 >,
        "< 填屬性名稱2 >": < 填屬性值 >,
        ..........
      }
    }
  ]
}
根據(jù)JSON格式，一次可以上傳多個(gè)屬性字段。 這個(gè)JSON格式里的，服務(wù)ID，屬性字段名稱，屬性值類型，在前面創(chuàng)建產(chǎn)品的時(shí)候就已經(jīng)介紹了，不記得可以翻到前面去查看。

根據(jù)這個(gè)格式，組合一次上傳的屬性數(shù)據(jù):
{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"DHT11_T":30,"DHT11_H":10,"BH1750":1,"MQ135":0}}]}

3.6 MQTT三元組

MQTT協(xié)議登錄需要填用戶ID，設(shè)備ID，設(shè)備密碼等信息，就像我們平時(shí)登錄QQ，微信一樣要輸入賬號(hào)密碼才能登錄。MQTT協(xié)議登錄的這3個(gè)參數(shù)，一般稱為MQTT三元組。

接下來介紹，華為云平臺(tái)的MQTT三元組參數(shù)如何得到。

（1）MQTT服務(wù)器地址

要登錄MQTT服務(wù)器，首先記得先知道服務(wù)器的地址是多少，端口是多少。

幫助文檔地址：https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-portal/home

MQTT協(xié)議的端口支持1883和8883，它們的區(qū)別是：8883 是加密端口更加安全。但是單片機(jī)上使用比較困難，所以當(dāng)前的設(shè)備是采用1883端口進(jìn)連接的。

根據(jù)上面的域名和端口號(hào)，得到下面的IP地址和端口號(hào)信息： 如果設(shè)備支持填寫域名可以直接填域名，不支持就直接填寫IP地址。 （IP地址就是域名解析得到的）

華為云的MQTT服務(wù)器地址：117.78.5.125
華為云的MQTT端口號(hào)：1883

如何得到IP地址？如何域名轉(zhuǎn)IP？ 打開Windows的命令行輸入以下命令。

ping  ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

（2）生成MQTT三元組

華為云提供了一個(gè)在線工具，用來生成MQTT鑒權(quán)三元組： https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/

打開這個(gè)工具，填入設(shè)備的信息（也就是剛才創(chuàng)建完設(shè)備之后保存的信息），點(diǎn)擊生成，就可以得到MQTT的登錄信息了。

下面是打開的頁面：

填入設(shè)備的信息： （上面兩行就是設(shè)備創(chuàng)建完成之后保存得到的）

直接得到三元組信息。

得到三元組之后，設(shè)備端通過MQTT協(xié)議登錄鑒權(quán)的時(shí)候，填入?yún)?shù)即可。

ClientId  663cb18871d845632a0912e7_dev1_0_0_2024050911
Username  663cb18871d845632a0912e7_dev1
Password  71b82deae83e80f04c4269b5bbce3b2fc7c13f610948fe210ce18650909ac237

3.7 模擬設(shè)備登錄測試

經(jīng)過上面的步驟介紹，已經(jīng)創(chuàng)建了產(chǎn)品，設(shè)備，數(shù)據(jù)模型，得到MQTT登錄信息。 接下來就用MQTT客戶端軟件模擬真實(shí)的設(shè)備來登錄平臺(tái)。測試與服務(wù)器通信是否正常。

（1）填入登錄信息

打開MQTT客戶端軟件，對號(hào)填入相關(guān)信息（就是上面的文本介紹）。然后，點(diǎn)擊登錄，訂閱主題，發(fā)布主題。

（2）打開網(wǎng)頁查看

完成上面的操作之后，打開華為云網(wǎng)頁后臺(tái)，可以看到設(shè)備已經(jīng)在線了。

點(diǎn)擊詳情頁面，可以看到上傳的數(shù)據(jù)：

到此，云平臺(tái)的部署已經(jīng)完成，設(shè)備已經(jīng)可以正常上傳數(shù)據(jù)了。

（3）MQTT登錄測試參數(shù)總結(jié)

MQTT服務(wù)器:  117.78.5.125
MQTT端口號(hào):  183

//物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的設(shè)備信息
#define MQTT_ClientID "663cb18871d845632a0912e7_dev1_0_0_2024050911"
#define MQTT_UserName "663cb18871d845632a0912e7_dev1"
#define MQTT_PassWord "71b82deae83e80f04c4269b5bbce3b2fc7c13f610948fe210ce18650909ac237"

//訂閱與發(fā)布的主題
#define SET_TOPIC  "$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/messages/down"  //訂閱
#define POST_TOPIC "$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/properties/report"  //發(fā)布


發(fā)布的數(shù)據(jù):
{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"DHT11_T":30,"DHT11_H":10,"BH1750":1,"MQ135":0}}]}

3.8 創(chuàng)建IAM賬戶

創(chuàng)建一個(gè)IAM賬戶，因?yàn)榻酉聛黹_發(fā)上位機(jī)，需要使用云平臺(tái)的API接口，這些接口都需要token進(jìn)行鑒權(quán)。簡單來說，就是身份的認(rèn)證。 調(diào)用接口獲取Token時(shí)，就需要填寫IAM賬號(hào)信息。所以，接下來演示一下過程。

地址: https://console.huaweicloud.com/iam/?region=cn-north-4#/iam/users

**【1】獲取項(xiàng)目憑證 ** 點(diǎn)擊左上角用戶名，選擇下拉菜單里的我的憑證

項(xiàng)目憑證:

28add376c01e4a61ac8b621c714bf459

【2】創(chuàng)建IAM用戶

鼠標(biāo)放在左上角頭像上，在下拉菜單里選擇統(tǒng)一身份認(rèn)證。

點(diǎn)擊左上角創(chuàng)建用戶。

創(chuàng)建成功：

【3】創(chuàng)建完成

用戶信息如下：

主用戶名  l19504562721
IAM用戶  ds_abc
密碼     DS12345678

3.9 獲取影子數(shù)據(jù)

幫助文檔：https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0079.html

設(shè)備影子介紹：

設(shè)備影子是一個(gè)用于存儲(chǔ)和檢索設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)信息的JSON文檔。
每個(gè)設(shè)備有且只有一個(gè)設(shè)備影子，由設(shè)備ID唯一標(biāo)識(shí)
設(shè)備影子僅保存最近一次設(shè)備的上報(bào)數(shù)據(jù)和預(yù)期數(shù)據(jù)
無論該設(shè)備是否在線，都可以通過該影子獲取和設(shè)置設(shè)備的屬性

簡單來說：設(shè)備影子就是保存，設(shè)備最新上傳的一次數(shù)據(jù)。

我們設(shè)計(jì)的軟件里，如果想要獲取設(shè)備的最新狀態(tài)信息，就采用設(shè)備影子接口。

如果對接口不熟悉，可以先進(jìn)行在線調(diào)試：https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/doc?product=IoTDA&api=ShowDeviceShadow

在線調(diào)試接口，可以請求影子接口，了解請求，與返回的數(shù)據(jù)格式。

調(diào)試完成看右下角的響應(yīng)體，就是返回的影子數(shù)據(jù)。

設(shè)備影子接口返回的數(shù)據(jù)如下：

{
 "device_id": "663cb18871d845632a0912e7_dev1",
 "shadow": [
  {
   "service_id": "stm32",
   "desired": {
    "properties": null,
    "event_time": null
   },
   "reported": {
    "properties": {
     "DHT11_T": 18,
     "DHT11_H": 90,
     "BH1750": 38,
     "MQ135": 70
    },
    "event_time": "20240509T113448Z"
   },
   "version": 3
  }
 ]
}

調(diào)試成功之后，可以得到訪問影子數(shù)據(jù)的真實(shí)鏈接，接下來的代碼開發(fā)中，就采用Qt寫代碼訪問此鏈接，獲取影子數(shù)據(jù)，完成上位機(jī)開發(fā)。

鏈接如下：

https://ad635970a1.st1.iotda-app.cn-north-4.myhuaweicloud.com:443/v5/iot/28add376c01e4a61ac8b621c714bf459/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/shadow

四、圖形化界面開發(fā)

4.1 安裝PyQt5

為了方便能直觀的展示項(xiàng)目的整體功能，接下來安裝PyQt，完成MQTT調(diào)試助手的設(shè)計(jì)。

在Python中安裝PyQt庫非常簡單，可以使用pip這個(gè)包管理工具來完成。PyQt有兩個(gè)主要版本：PyQt5（基于Qt 5）和PyQt6（基于Qt 6）。

我這里安裝Qt5，以Qt5為例進(jìn)行開發(fā)。

要安裝PyQt5，打開命令行界面，然后運(yùn)行以下命令：

pip install PyQt5

安裝過程中：

安裝完畢。

4.2 安裝QtDesigner

如果想使用PyQt5的設(shè)計(jì)工具（Qt Designer），用圖形方式設(shè)計(jì)界面，可以安裝pyqt5-tools：

pip install pyqt5-tools

安裝過程如下：

安裝過程中

安裝完畢。

4.3 測試Qt環(huán)境

安裝完成后，先寫一份測試代碼，創(chuàng)建一個(gè)窗口，運(yùn)行測試Qt環(huán)境是否正常。

新建一個(gè)文件:hello_pyqt.py

編寫代碼如下：

import sys
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget  # 如果使用PyQt6，這里改為 from PyQt6.QtWidgets import QApplication, QWidget

app = QApplication(sys.argv)

window = QWidget()
window.setWindowTitle('Hello PyQt')
window.show()

sys.exit(app.exec_())

在終端命令行中運(yùn)行：

python3 hello_pyqt.py

如果一切正常，應(yīng)該能看到一個(gè)標(biāo)題為Hello PyQt的空白窗口。這表明PyQt已經(jīng)成功安裝并且可以正常使用了。

運(yùn)行效果如下：

4.4 編寫MQTT調(diào)試助手【設(shè)計(jì)界面】

下面是基于PyQt5 的設(shè)計(jì)的MQTT調(diào)試助手，當(dāng)前只是設(shè)計(jì)了界面，沒有設(shè)計(jì)功能。

import sys
from PyQt5.QtCore import Qt  # 導(dǎo)入Qt核心模塊，包含Qt的基礎(chǔ)功能
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QWidget, QVBoxLayout, QHBoxLayout, QFormLayout, QLabel, QLineEdit, QSpinBox, QPushButton, QGridLayout, QGroupBox, QPlainTextEdit, QSpacerItem, QSizePolicy, QMenuBar, QStatusBar  # 導(dǎo)入PyQt5組件

class MainWindow(QMainWindow):  # 創(chuàng)建主窗口類，繼承自QMainWindow
    def __init__(self):
        super().__init__()

        self.setWindowTitle("MainWindow")  # 設(shè)置窗口標(biāo)題
        self.setGeometry(100, 100, 1019, 772)  # 設(shè)置窗口位置和大小

        self.centralWidget = QWidget(self)  # 創(chuàng)建一個(gè)中央控件
        self.setCentralWidget(self.centralWidget)  # 設(shè)置中央控件為上面創(chuàng)建的控件
        
        # 主布局
        self.mainLayout = QVBoxLayout(self.centralWidget)  # 創(chuàng)建一個(gè)垂直布局
        
        # 連接設(shè)置布局
        self.connectionLayout = QHBoxLayout()  # 創(chuàng)建水平布局，用于連接設(shè)置

        # 創(chuàng)建表單布局，添加各個(gè)輸入框
        self.formLayout = QFormLayout()  
        self.hostLineEdit = QLineEdit()  # 創(chuàng)建一個(gè)文本框
        self.hostLineEdit.setText("117.78.5.125")  # 設(shè)置默認(rèn)服務(wù)器IP地址
        self.formLayout.addRow(QLabel("服務(wù)器域名或者IP地址:"), self.hostLineEdit)  # 添加一個(gè)標(biāo)簽和文本框
        
        # 端口號(hào)使用QSpinBox
        self.spinBoxPort = QSpinBox()  # 創(chuàng)建一個(gè)整數(shù)框
        self.spinBoxPort.setMaximum(99999)  # 設(shè)置最大值為99999
        self.spinBoxPort.setValue(1883)  # 設(shè)置默認(rèn)端口號(hào)為1883
        self.formLayout.addRow(QLabel("服務(wù)器端口:"), self.spinBoxPort)  # 添加端口號(hào)輸入框

        # 客戶端ID輸入框
        self.clientIdLineEdit = QLineEdit()  
        self.clientIdLineEdit.setText("6746c32eef99673c8ad0812e_dev1_0_0_2024112707")  # 預(yù)設(shè)客戶端ID
        self.formLayout.addRow(QLabel("ClientId"), self.clientIdLineEdit)  # 添加客戶端ID輸入框

        # 用戶名輸入框
        self.usernameLineEdit = QLineEdit()  
        self.usernameLineEdit.setText("6746c32eef99673c8ad0812e_dev1")  # 預(yù)設(shè)用戶名
        self.formLayout.addRow(QLabel("Username"), self.usernameLineEdit)  # 添加用戶名輸入框

        # 密碼輸入框
        self.passwordLineEdit = QLineEdit()  
        self.passwordLineEdit.setText("b69234ba506cf2c1c579c4fd407a0a801479a672032fcf5ab9ea126abcf2a8b1")  # 預(yù)設(shè)密碼
        self.formLayout.addRow(QLabel("Password"), self.passwordLineEdit)  # 添加密碼輸入框

        self.connectionLayout.addLayout(self.formLayout)  # 將表單布局添加到連接設(shè)置布局中
        
        # 連接按鈕
        self.connectButton = QPushButton("Connect")  # 創(chuàng)建連接按鈕
        self.connectionLayout.addWidget(self.connectButton)  # 將按鈕添加到連接設(shè)置布局中
        
        # 將連接設(shè)置布局添加到主布局中
        self.mainLayout.addLayout(self.connectionLayout)
        
        # MQTT 主題和消息布局
        self.gridLayout = QGridLayout()  # 創(chuàng)建網(wǎng)格布局

        self.gridLayout.addWidget(QLabel("訂閱主題:"), 0, 0)  # 添加訂閱主題標(biāo)簽
        self.subscribeTopicLineEdit = QLineEdit("$oc/devices/6746c32eef99673c8ad0812e_dev1/sys/messages/down")  # 設(shè)置默認(rèn)訂閱主題
        self.gridLayout.addWidget(self.subscribeTopicLineEdit, 0, 1)  # 添加訂閱主題文本框
        self.gridLayout.addWidget(QPushButton("訂閱"), 0, 2)  # 添加訂閱按鈕

        self.gridLayout.addWidget(QLabel("發(fā)布主題:"), 1, 0)  # 添加發(fā)布主題標(biāo)簽
        self.publishTopicLineEdit = QLineEdit("$oc/devices/6746c32eef99673c8ad0812e_dev1/sys/properties/report")  # 設(shè)置默認(rèn)發(fā)布主題
        self.gridLayout.addWidget(self.publishTopicLineEdit, 1, 1)  # 添加發(fā)布主題文本框

        self.gridLayout.addWidget(QLabel("主題消息:"), 2, 0)  # 添加主題消息標(biāo)簽
        self.messageLineEdit = QLineEdit()  # 創(chuàng)建主題消息輸入框
        self.gridLayout.addWidget(self.messageLineEdit, 2, 1)  # 添加主題消息文本框
        self.gridLayout.addWidget(QPushButton("發(fā)布"), 2, 2)  # 添加發(fā)布按鈕

        self.gridLayout.addWidget(QPushButton("點(diǎn)擊發(fā)送心跳包"), 3, 2)  # 添加心跳包按鈕

        self.mainLayout.addLayout(self.gridLayout)  # 將網(wǎng)格布局添加到主布局中

        # 日志顯示區(qū)域
        self.logGroupBox = QGroupBox("日志消息:")  # 創(chuàng)建一個(gè)日志組框
        self.logLayout = QHBoxLayout()  # 創(chuàng)建水平布局
        self.logTextEdit = QPlainTextEdit()  # 創(chuàng)建一個(gè)只讀文本框用于顯示日志
        self.logTextEdit.setReadOnly(True)  # 設(shè)置文本框?yàn)橹蛔x模式
        self.logLayout.addWidget(self.logTextEdit)  # 將文本框添加到布局中
        self.logGroupBox.setLayout(self.logLayout)  # 設(shè)置組框布局

        self.mainLayout.addWidget(self.logGroupBox)  # 將日志組框添加到主布局中

        # 底部按鈕布局
        self.bottomLayout = QHBoxLayout()  # 創(chuàng)建水平布局用于底部按鈕
        
        # 創(chuàng)建底部按鈕
        self.testButton = QPushButton("測試按鈕(一鍵填充MQTT信息)")  
        self.clearButton = QPushButton("一鍵清除MQTT信息")
        self.clearLogButton = QPushButton("清除日志消息")
        self.viewTutorialButton = QPushButton("【查看物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目開發(fā)教程】")
        self.quitButton = QPushButton("退出軟件")

        self.testButton.clicked.connect(self.fillMQTTInfo)  # 連接填充按鈕點(diǎn)擊事件
        self.clearButton.clicked.connect(self.clearMQTTInfo)  # 連接清除按鈕點(diǎn)擊事件

        self.bottomLayout.addWidget(self.testButton)  # 將測試按鈕添加到底部布局
        self.bottomLayout.addWidget(self.clearButton)  # 將清除按鈕添加到底部布局
        self.bottomLayout.addWidget(self.clearLogButton)  # 將清除日志按鈕添加到底部布局
        self.bottomLayout.addWidget(self.viewTutorialButton)  # 將查看教程按鈕添加到底部布局
        self.bottomLayout.addWidget(self.quitButton)  # 將退出按鈕添加到底部布局

        self.mainLayout.addLayout(self.bottomLayout)  # 將底部按鈕布局添加到主布局中

        # 菜單欄
        self.menuBar = self.menuBar()  # 創(chuàng)建菜單欄
        self.fileMenu = self.menuBar.addMenu("File")  # 添加“File”菜單
        quitAction = self.fileMenu.addAction("Quit")  # 創(chuàng)建退出菜單項(xiàng)
        quitAction.triggered.connect(self.close)  # 連接退出菜單項(xiàng)的點(diǎn)擊事件

        # 狀態(tài)欄
        self.statusBar = QStatusBar()  # 創(chuàng)建狀態(tài)欄
        self.setStatusBar(self.statusBar)  # 設(shè)置窗口的狀態(tài)欄

    # 填充MQTT信息的函數(shù)
    def fillMQTTInfo(self):
        """填充MQTT服務(wù)器信息到表單字段中"""
        self.hostLineEdit.setText("117.78.5.125")  # 設(shè)置服務(wù)器IP地址
        self.spinBoxPort.setValue(1883)  # 設(shè)置端口號(hào)
        self.clientIdLineEdit.setText("6746c32eef99673c8ad0812e_dev1_0_0_2024112707")  # 設(shè)置客戶端ID
        self.usernameLineEdit.setText("6746c32eef99673c8ad0812e_dev1")  # 設(shè)置用戶名
        self.passwordLineEdit.setText("b69234ba506cf2c1c579c4fd407a0a801479a672032fcf5ab9ea126abcf2a8b1")  # 設(shè)置密碼
        self.subscribeTopicLineEdit.setText("$oc/devices/6746c32eef99673c8ad0812e_dev1/sys/messages/down")  # 設(shè)置訂閱主題
        self.publishTopicLineEdit.setText("$oc/devices/6746c32eef99673c8ad0812e_dev1/sys/properties/report")  # 設(shè)置發(fā)布主題

    # 清除MQTT信息的函數(shù)
    def clearMQTTInfo(self):
        """清除MQTT服務(wù)器信息從表單字段中"""
        self.hostLineEdit.clear()  # 清空IP地址輸入框
        self.spinBoxPort.clear()  # 清空端口號(hào)輸入框
        self.clientIdLineEdit.clear()  # 清空客戶端ID輸入框
        self.usernameLineEdit.clear()  # 清空用戶名輸入框
        self.passwordLineEdit.clear()  # 清空密碼輸入框
        self.subscribeTopicLineEdit.clear()  # 清空訂閱主題輸入框
        self.publishTopicLineEdit.clear()  # 清空發(fā)布主題輸入框

if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)  # 創(chuàng)建應(yīng)用實(shí)例
    mainWin = MainWindow()  # 創(chuàng)建主窗口實(shí)例
    mainWin.show()  # 顯示主窗口
    sys.exit(app.exec_())  # 啟動(dòng)應(yīng)用并等待退出

4.5 運(yùn)行結(jié)果

運(yùn)行效果：

五、MQTT客戶端開發(fā)

完成 MQTT 客戶端調(diào)試助手整體開發(fā)，基于 paho-mqtt 庫來實(shí)現(xiàn)以下功能：

1. 連接到 MQTT 服務(wù)器 ：通過提供的 IP、端口、客戶端 ID、用戶名和密碼連接到 MQTT 服務(wù)器。
2. 訂閱主題 ：從用戶輸入的訂閱主題中接收消息。
3. 發(fā)布消息 ：發(fā)布主題消息到指定的發(fā)布主題。
4. 心跳包功能 ：通過發(fā)送保活消息來保持與服務(wù)器的連接。

每個(gè)按鈕添加相應(yīng)的功能：Connect、訂閱、發(fā)布 和 心跳包。在此基礎(chǔ)上，日志框?qū)@示與 MQTT 連接和消息傳輸相關(guān)的調(diào)試信息。

import sys
import json
import paho.mqtt.client as mqtt  # 導(dǎo)入 paho-mqtt 庫
from PyQt5.QtCore import Qt
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QWidget, QVBoxLayout, QHBoxLayout, QFormLayout, QLabel, QLineEdit, QSpinBox, QPushButton, QGridLayout, QGroupBox, QPlainTextEdit, QSpacerItem, QSizePolicy, QMenuBar, QStatusBar

class MQTTClientDebugger(QMainWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__()

        self.setWindowTitle("MQTT 客戶端調(diào)試助手")
        self.setGeometry(100, 100, 1019, 772)  # 設(shè)置窗口大小

        self.centralWidget = QWidget(self)
        self.setCentralWidget(self.centralWidget)

        self.client = None  # MQTT 客戶端實(shí)例

        # 主布局
        self.mainLayout = QVBoxLayout(self.centralWidget)

        # 連接設(shè)置布局
        self.connectionLayout = QHBoxLayout()

        self.formLayout = QFormLayout()
        self.hostLineEdit = QLineEdit()
        self.hostLineEdit.setText("117.78.5.125")  # 默認(rèn)服務(wù)器IP地址
        self.formLayout.addRow(QLabel("服務(wù)器域名或者IP地址:"), self.hostLineEdit)

        # 端口號(hào)
        self.spinBoxPort = QSpinBox()
        self.spinBoxPort.setMaximum(99999)
        self.spinBoxPort.setValue(1883)  # 默認(rèn)端口號(hào)
        self.formLayout.addRow(QLabel("服務(wù)器端口:"), self.spinBoxPort)

        self.clientIdLineEdit = QLineEdit()
        self.clientIdLineEdit.setText("6746c32eef99673c8ad0812e_dev1_0_0_2024112707")  # 默認(rèn)客戶端ID
        self.formLayout.addRow(QLabel("ClientId"), self.clientIdLineEdit)

        self.usernameLineEdit = QLineEdit()
        self.usernameLineEdit.setText("6746c32eef99673c8ad0812e_dev1")  # 默認(rèn)用戶名
        self.formLayout.addRow(QLabel("Username"), self.usernameLineEdit)

        self.passwordLineEdit = QLineEdit()
        self.passwordLineEdit.setText("b69234ba506cf2c1c579c4fd407a0a801479a672032fcf5ab9ea126abcf2a8b1")  # 默認(rèn)密碼
        self.formLayout.addRow(QLabel("Password"), self.passwordLineEdit)

        self.connectionLayout.addLayout(self.formLayout)

        # 連接按鈕
        self.connectButton = QPushButton("Connect")
        self.connectButton.clicked.connect(self.connect_to_server)
        self.connectionLayout.addWidget(self.connectButton)

        self.mainLayout.addLayout(self.connectionLayout)

        # MQTT 主題和消息布局
        self.gridLayout = QGridLayout()

        self.gridLayout.addWidget(QLabel("訂閱主題:"), 0, 0)
        self.subscribeTopicLineEdit = QLineEdit("$oc/devices/6746c32eef99673c8ad0812e_dev1/sys/messages/down")
        self.gridLayout.addWidget(self.subscribeTopicLineEdit, 0, 1)
        self.gridLayout.addWidget(QPushButton("訂閱"), 0, 2)

        self.gridLayout.addWidget(QLabel("發(fā)布主題:"), 1, 0)
        self.publishTopicLineEdit = QLineEdit("$oc/devices/6746c32eef99673c8ad0812e_dev1/sys/properties/report")
        self.gridLayout.addWidget(self.publishTopicLineEdit, 1, 1)

        self.gridLayout.addWidget(QLabel("主題消息:"), 2, 0)
        self.messageLineEdit = QLineEdit()
        self.gridLayout.addWidget(self.messageLineEdit, 2, 1)
        self.gridLayout.addWidget(QPushButton("發(fā)布"), 2, 2)

        self.gridLayout.addWidget(QPushButton("點(diǎn)擊發(fā)送心跳包"), 3, 2)

        self.mainLayout.addLayout(self.gridLayout)

        # 日志區(qū)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)

        # 底部按鈕布局
        self.bottomLayout = QHBoxLayout()

        self.testButton = QPushButton("測試按鈕(一鍵填充MQTT信息)")
        self.clearButton = QPushButton("一鍵清除MQTT信息")
        self.clearLogButton = QPushButton("清除日志消息")
        self.viewTutorialButton = QPushButton("【查看物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目開發(fā)教程】")
        self.quitButton = QPushButton("退出軟件")

        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)

        # 菜單欄
        self.menuBar = self.menuBar()
        self.fileMenu = self.menuBar.addMenu("File")
        quitAction = self.fileMenu.addAction("Quit")
        quitAction.triggered.connect(self.close)

        # 狀態(tài)欄
        self.statusBar = QStatusBar()
        self.setStatusBar(self.statusBar)

    # 連接到MQTT服務(wù)器
    def connect_to_server(self):
        host = self.hostLineEdit.text()
        port = self.spinBoxPort.value()
        client_id = self.clientIdLineEdit.text()
        username = self.usernameLineEdit.text()
        password = self.passwordLineEdit.text()

        self.client = mqtt.Client(client_id)
        self.client.username_pw_set(username, password)  # 設(shè)置用戶名和密碼

        # 設(shè)置連接成功、消息接收、連接丟失等回調(diào)函數(shù)
        self.client.on_connect = self.on_connect
        self.client.on_message = self.on_message
        self.client.on_disconnect = self.on_disconnect

        # 連接到服務(wù)器
        self.client.connect(host, port, 60)

        # 啟動(dòng) MQTT 客戶端
        self.client.loop_start()

    def on_connect(self, client, userdata, flags, rc):
        """當(dāng)連接到MQTT服務(wù)器時(shí)調(diào)用"""
        self.log(f"連接成功，返回碼：{rc}")
        # 連接成功后訂閱主題
        subscribe_topic = self.subscribeTopicLineEdit.text()
        client.subscribe(subscribe_topic)

    def on_message(self, client, userdata, msg):
        """當(dāng)接收到MQTT消息時(shí)調(diào)用"""
        self.log(f"接收到消息：{msg.topic} {msg.payload.decode()}")

    def on_disconnect(self, client, userdata, rc):
        """當(dāng)斷開連接時(shí)調(diào)用"""
        self.log(f"MQTT服務(wù)器斷開連接，返回碼：{rc}")

    # 發(fā)布消息
    def publish_message(self):
        topic = self.publishTopicLineEdit.text()
        message = self.messageLineEdit.text()
        if self.client:
            self.client.publish(topic, message)
            self.log(f"發(fā)布消息：{topic} {message}")

    # 發(fā)送心跳包
    def send_heartbeat(self):
        if self.client:
            self.client.ping()
            self.log("發(fā)送心跳包")

    # 日志輸出
    def log(self, message):
        """向日志框輸出信息"""
        self.logTextEdit.appendPlainText(message)

    # 填充MQTT信息
    def fillMQTTInfo(self):
        self.hostLineEdit.setText("117.78.5.125")
        self.spinBoxPort.setValue(1883)
        self.clientIdLineEdit.setText("6746c32eef99673c8ad0812e_dev1_0_0_2024112707")
        self.usernameLineEdit.setText("6746c32eef99673c8ad0812e_dev1")
        self.passwordLineEdit.setText("b69234ba506cf2c1c579c4fd407a0a801479a672032fcf5ab9ea126abcf2a8b1")
        self.subscribeTopicLineEdit.setText("$oc/devices/6746c32eef99673c8ad0812e_dev1/sys/messages/down")
        self.publishTopicLineEdit.setText("$oc/devices/6746c32eef99673c8ad0812e_dev1/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
    def clearMQTTInfo(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
    def clear_logs(self):
        self.logTextEdit.clear()


if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    mainWin = MQTTClientDebugger()
    mainWin.show()
    sys.exit(app.exec_())

六、總結(jié)

本項(xiàng)目通過結(jié)合云主機(jī)、Python編程語言、PyQt5圖形界面開發(fā)框架和paho-mqtt庫，成功實(shí)現(xiàn)了一款功能強(qiáng)大的MQTT客戶端調(diào)試助手。該工具為開發(fā)者提供一個(gè)簡便的方式，通過軟件模擬硬件設(shè)備與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)（IoTDA）進(jìn)行通信，完成主題訂閱和消息發(fā)布等操作。通過這一工具，即便是沒有硬件設(shè)備的開發(fā)者，或者對硬件開發(fā)不熟悉的開發(fā)者，也能夠快速上手并深入理解物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與云平臺(tái)之間的通信過程。

利用華為開發(fā)者空間的云主機(jī)，本項(xiàng)目充分發(fā)揮了云端開發(fā)環(huán)境的優(yōu)勢，降低了本地開發(fā)環(huán)境搭建的復(fù)雜性，使得開發(fā)者能夠?qū)Ｗ⒂趹?yīng)用的開發(fā)和調(diào)試，而無需關(guān)心底層環(huán)境配置問題。通過集成的CodeArts IDE，開發(fā)者可以在統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境中高效地編寫、調(diào)試和運(yùn)行代碼，提升了開發(fā)效率。

項(xiàng)目采用的MQTT協(xié)議是物聯(lián)網(wǎng)通信中的核心技術(shù)，通過paho-mqtt庫實(shí)現(xiàn)了與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的快速對接和可靠通信。該庫為開發(fā)者提供了易于使用的API，支持靈活的消息發(fā)布與訂閱操作，并通過連接管理、自動(dòng)重連等功能，確保了客戶端與云平臺(tái)的穩(wěn)定通信。

在界面設(shè)計(jì)上，PyQt5為項(xiàng)目提供了直觀、易操作的圖形化界面，用戶可以通過簡單的操作實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的MQTT通信功能，極大地提升了用戶體驗(yàn)。借助這種圖形化界面，開發(fā)者不僅能夠方便地調(diào)試物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，還能夠在沒有實(shí)際硬件的情況下，模擬設(shè)備與云平臺(tái)的通信過程，從而加速了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的學(xué)習(xí)和開發(fā)。

本項(xiàng)目不僅為開發(fā)者提供了一個(gè)功能完備的調(diào)試工具，也為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的學(xué)習(xí)和開發(fā)提供了寶貴的實(shí)踐機(jī)會(huì)。無論是在測試調(diào)試階段，還是在實(shí)際應(yīng)用中，開發(fā)者都能夠通過該工具深入理解MQTT協(xié)議、物聯(lián)網(wǎng)通信機(jī)制和云平臺(tái)集成的基本流程，為未來的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，本項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)也展示了云端開發(fā)和虛擬化硬件仿真技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的巨大潛力，推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者社區(qū)的普及和技術(shù)創(chuàng)新。

審核編輯 黃宇