物联网Python项目实战思维导图模板_ProcessOn思维导图、流程图

物联网邂逅Python

搭建开发环境

Python基础

物联网核心组件

microPython开发物联网终端

构建物联网网关

网关概述

网关担任的角色：

局域网的组建

局域网和外网消息转发

本地运算中心

本地数据存储中心

网关构成：

核心硬件

软件部分

外围硬件

常用物联网网关

自主设计的网关

Nuvoton NUC97X

TI AM335X

NXP iMX6

开源嵌入式平台

树莓派

3代B版

硬件参数

博通ARM CPU，主频1.2G 4c

内存：512M

板载WIFI和蓝牙

开源嵌入式开发板 BeagleBone Black

行业网关

英特尔 IoT Gateway

提供了多个软硬件工具，方便物联网开发

可以轻松接入Amazon Web Services(AWS)、Google Cloud Network、IBM Watson IoT、Microsoft Azure等云平台

硬件参数

一个DDR3、一个无线网卡、一个4GB存储磁盘

戴尔 1 Wyse * 3290

Gigabyte * GB-BXBT-3825

Type A USB 连接线

网线

主机PC

Arduino开发板

自主构建网关

交叉编译

背景

PC程序和服务器程序开发不会涉及交叉编译

物联网网关CPU为ARM架构，PC机的CPU为X86架构

代码在X86架构上编译，在ARM架构上运行；这种一个平台为另一个平台编译的操作称为交叉编译

工具链

编译器-连接器-解释器

命名规则：

arch-vendor-os-eabi

体系架构（ARM、MIPS）- 工具链提供商 - 目标操作系统 -嵌入式因公二进制接口

常用工具链

arm-none-eabi-gcc（意为ARM架构、无厂商、无操作系统、EABI的编译器）

arm-none-linux-gnueabi-gcc（意为ARM架构的linux系统，可用于编译ARM架构的u-boot、Linux内核、Linux应用等，同时arm-none-linux-gnueabi基于GCC，使用glibc库）

arm-eabi-gcc：为Android ARM编译器

armcc：为ARM公司推出的编译工具

环境搭建

Nuvoton公司为NUC97X平台提供了胚胎的交叉编译器，只需要获取安装即可

编译引导程序

引导程序（bootloader）

嵌入式系统上电后执行的第一段代码

完成CPU和硬件的初始化之后，会将操作系统加载到内存中，然后跳转到操作系统所在空间，启动操作系统

对于嵌入式系统，不同的处理器架构对应不同的bootloader

U-Boot

同时支持PowerPC、ARM、MIPS、X86等CPU架构

编译U-Boot

配置文件：nuc970_nand_config

编译过程

make nuc970_nand_config

make

ls u-boot

其中u-boot.bin就是烧写到板子上的镜像文件

下载地址：https://github.com/nuc97xx/u-boot/tree/u-boot-nuc97xx

内核配置与编译

下载地址：https://www.kernel.org/

编译内核

make nuc977_defconfig

make uImage CROSS_MOMPILE=arm-none-linux-gnueabi-

制作文件系统

种类

UBI

YAFF32

制作过程

make menuconfig

BusyBox Settings

[ * ] Build BusyBox as a static binary(no shared libs)

BusyBox Settings --> Installation Options

BusyBox installation prefix

./_install

make

make install

制作文件系统镜像

mkyaffs2 --inband-tags -p 2048 rootfs rootfs_yaffs2.bin

分区与下载

在下载U-Boot镜像、内核镜像、根文件系统镜像之前，需要确定Flash分区信息

移植python3

树莓派作网关

初次启动树莓派

背景

开发者拿到树莓派开发板时，是裸板，需要自行安装操作系统并进行配置才能启动

提供TF卡槽，支持TF卡启动

下载操作系统镜像到本地

下载地址

https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/

制作带有操作系统镜像的TF启动卡

准备一张4G以上的TF卡和一个读卡器

对TF卡进行格式化

windows平台，下载Win32DiskImage工具

下载地址

https://sourceforge.net/projects/win32diskimager/

打开Win32DiskImager烧写工具，选择镜像、TF卡盘符，单击“写入”进行烧写

将TF卡插入树莓派TF卡槽

硬件连接

连接方式

显示器

串口终端

SSH远程登录

初次启动必连硬件

5V电源，可以使用手机充电器

HDMI连接计算机显示器，使用HDMI转DVI转接线连接

USB接口的键盘

烧写好镜像的TF卡

启动开发板

正常启动

红灯长亮，黄灯闪烁

输入用户名和密码登录：pi/raspberry

启动异常

红灯长亮

未能检测到TF卡

双灯长亮

未能检测到系统

查看树莓派型号

cat /proc/device-tree/model

初次启动设置

sudo raspi-config

开启wifi配置

开启ssh配置

开启串口配置

串口登录

在/dev目录下查看是否有串口终端设备节点

ls /dev/ttyS0

配置串口终端

sudo raspi-config

配置界面中选择5 Interfacing Options

继续选择P6 Serial

重启树莓派

连线

使用USB转TTL转接线连接PC和树莓派开发板

通过查看树莓派引脚示意图连接GND、TX、RX三个引脚

putty访问树莓派

查看USB转TTL接口的端口号

我的电脑 --> 管理 --> 设备管理器

打开putty

设置Serial line为COM7

Speed为115200

Connection type为serial

打开，登录界面输入用户名、密码（pi/raspberry）

SSH登录

2016-11-25之后的版本，ssh服务默认关闭

通过显示器、串口方式开启SSH服务

在boot分区中创建SSH文件

在树莓派中执行确认ssh状态

service ssh status

raspi-config界面开启

sudo raspi-config

配置界面中选择5 Interfacing Options

继续选择P2 SSH

再次确认ssh状态

命令开启

service ssh start

chkconfig ssh on

需要预先执行apt-get install chkconfig

确认ssh服务状态

将TF卡通过读卡器连接计算机

在boot中创建SSH文件

使用网线连接树莓派开发板和PC

使用ipscan工具扫描

arp -a命令得到树莓派IP地址

putty访问树莓派

设置Host Name(or IP address)为树莓派IP地址

设置Port为22

Connection type为SSH

打开，登录界面输入用户名、密码（pi/raspberry）

升级Python版本

创建Python3.5.1存放的目录

mkdir /opt/python3.5.1

下载Python3.5.1源码包

wget https://www.python.org/ftp/python/3.5.1/Python-3.5.1.tgz

解压缩

tar -zxvf Python-3.5.1.tgz

编译Python之前需要安装的依赖

libssl-dev

解决no module named '_ssl'的问题

centos 安装openssl-devel

libffi-dev

解决no module named '_ctypes'的问题

centos 安装libffi-devel

配置、编译、安装

cd Python-3.5.1

./configure &amp;&amp; make &amp;&amp; make install

修改python版本

rm /usr/bin/python

ln -s /usr/local/bin/python3.5 /usr/bin/python

确认python版本

python -V

板载WIFI配置

树莓派作为网关需要与远程服务器通信

除了有线网络之外，树莓派3B还自带板载WIFI

命令行扫描附近所有WIFI热点信息

sudo iwlist wlan0 scan

配置WIFI上网信息

root权限打开wpa_supplicant.conf

sudo vi /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

文件末尾添加

network = { ssid = "anxiang" psk = "12345678" }

执行wpa_cli reconfigure或者重启树莓派

查看连接状态

ifconfig wlan0

密码加密

wpa_passphrase "anxiang" "12345678" | sudo tee -a

隐藏的WIFI配置

scan_ssid

配置多个WIFI网络

id_str

串口通信

树莓派作为网关设备，除了逻辑运算和网络连接外，还需要连接其他设备

如LoRa模块及2G模块

配置串口通信，需要注意两点

开启串口驱动，产生设备节点

不要配置为调试串口，才能作为通信串口

执行命令raspi-config打开配置界面

Would you like a login shell to be accessible over serial?

选择No

Would you like the serial port hadware to be enabled?

选择Yes

PC和树莓派通过串口相连，进行串口通信验证

python串口通信类库pyserial

安装pyserial

pip install pyserial

树莓派测试代码

python串口通信类库wiringpi

安装wiringpi

pip install wiringpi

树莓派测试代码

网关数据编码与处理

读写csv文件

JSON解析

XML操作

二进制数据读写

Base64编解码

正则表达式

网关多进程与多线程

进程

线程

协程

网关数据持久化

文件操作

数据库

自由主题

网关网络编程

hbmqtt

broker.yaml

listeners:   default:   max-connections: 5000   type: tcp   bind: 0.0.0.0:1883 topic-check:   enabled: True   plugins:     - topic_taboo

LoRa

semtech

定义

特点

远距离、低功耗