一、系统概述
基于米尔-全志 T527设计一个简易的物联网网关,该网关能够管理多台MQTT设备,通过MQTT协议对设备进行读写操作,同时提供HTTP接口,允许用户通过HTTP协议与网关进行交互,并对设备进行读写操作。
二、系统架构
数据存储:使用内存或数据库存储设备数据,确保数据持久化。
三、组件设计
MQTT组件:
发布消息到设备,实现远程控制。
设备管理组件:
提供设备增删改查的方法。
HTTP组件:
返回操作结果给用户。
四、接口设计
设备列表:
DELETE /devices/{device_id}:从网关中删除指定设备。
设备详情:
GET /devices/{device_id}:返回指定设备的详细信息。
设备数据:
POST /devices/{device_id}/data:发送数据到指定设备。
设备控制:
POST /devices/{device_id}/control:发送控制命令到指定设备。
五、数据结构设计
设备信息:
其他设备属性(如名称、描述等)。
设备数据:
数据内容 (data):设备发送或接收的具体数据,可以是JSON格式或其他格式。
六、安全性考虑
对于敏感操作(如删除设备),要求用户进行二次确认或提供额外的安全措施。
七、部署与扩展
根据需要,可以水平扩展网关实例以处理更多的设备连接和请求。
八、实现步骤
部署网关服务并监控其运行状态。
该设计方案仅仅是概述,具体实现细节可能需要根据实际需求和项目环境进行调整和优化。在实际开发中,还需要考虑异常处理、日志记录、性能优化等方面的问题。基于上述设计方案,以下是一个简化版的参考代码,展示了如何使用FastAPI和paho-mqtt库来创建一个物联网网关。需要注意,示例中不包含完整的错误处理、用户认证和授权机制,这些在实际生产环境中都是必不可少的。依赖的主要库版本:
fastapi==0.108.0
paho-mqtt==1.6.1
网关模拟代码gateway.py:
from fastapi import FastAPI, HTTPException, Body, status from paho.mqtt.client import Client as MQTTClient from typing import List, Dict, Any import asyncio import json app = FastAPI() mqtt_client = None device_data = {} subtopic="gateway/device/#" # MQTT回调函数 def on_message(client, userdata, msg): payload = msg.payload.decode() topic = msg.topic device_id = topic.split('/')[-1] device_data[device_id] = payload print(f"Received message from {device_id}: {payload}") # MQTT连接和订阅 def mqtt_connect_and_subscribe(broker_url, broker_port): global mqtt_client mqtt_client = MQTTClient() mqtt_client.on_message = on_message mqtt_client.connect(broker_url, broker_port, 60) mqtt_client.subscribe(subtopic) mqtt_client.loop_start() # MQTT发布消息 async def mqtt_publish(topic: str, message: str): if mqtt_client is not None and mqtt_client.is_connected(): mqtt_client.publish(topic, message) else: print("MQTT client is not connected!") # 设备管理:添加设备 @app.post("/devices/", status_code=status.HTTP_201_CREATED) async def add_device(device_id: str): device_data[device_id] = None return {"message": f"Device {device_id} added"} # 设备管理:获取设备列表 @app.get("/devices/") async def get_devices(): return list(device_data.keys()) # 设备管理:获取设备数据 @app.get("/devices/{device_id}/data") async def get_device_data(device_id: str): if device_id not in device_data: raise HTTPException(status_code=status.HTTP_404_NOT_FOUND, detail=f"Device {device_id} not found") return device_data.get(device_id) # 设备管理:发送数据到设备 @app.post("/devices/{device_id}/data") async def send_data_to_device(device_id: str, data: Dict[str, Any] = Body(...)): topic = f"devices/{device_id}" message = json.dumps(data) await mqtt_publish(topic, message) return {"message": f"Data sent to {device_id}"} # 设备控制:发送控制命令到设备 @app.post("/devices/{device_id}/control") async def control_device(device_id: str, command: str): topic = f"devices/device/{device_id}" await mqtt_publish(topic, command) return {"message": f"Control command sent to {device_id}"} # FastAPI启动事件 @app.on_event("startup") async def startup_event(): mqtt_connect_and_subscribe("127.0.0.1", 1883) # FastAPI关闭事件 @app.on_event("shutdown") async def shutdown_event(): if mqtt_client is not None: mqtt_client.loop_stop() mqtt_client.disconnect() # 运行FastAPI应用 if __name__ == "__main__": import uvicorn uvicorn.run(app, host="127.0.0.1", port=8000)
设备1模拟代码 dev1.py:
import paho.mqtt.client as mqtt # 连接成功回调 def on_connect(client, userdata, flags, rc): print('Connected with result code '+str(rc)) client.subscribe('devices/1') # 消息接收回调 def on_message(client, userdata, msg): print(msg.topic+" "+str(msg.payload)) client.publish('gateway/device/1',payload=f'echo {msg.payload}',qos=0) client = mqtt.Client() # 指定回调函数 client.on_connect = on_connect client.on_message = on_message # 建立连接 client.connect('127.0.0.1', 1883) # 发布消息 client.publish('gateway/device/1',payload='Hello, I am device',qos=0) client.loop_forever()
设备2模拟代码 dev2.py
import paho.mqtt.client as mqtt # 连接成功回调 def on_connect(client, userdata, flags, rc): print('Connected with result code '+str(rc)) client.subscribe('devices/2') # 消息接收回调 def on_message(client, userdata, msg): print(msg.topic+" "+str(msg.payload)) client.publish('gateway/device/2',payload=f'echo {msg.payload}',qos=0) client = mqtt.Client() # 指定回调函数 client.on_connect = on_connect client.on_message = on_message # 建立连接 client.connect('127.0.0.1', 1883) # 发布消息 client.publish('gateway/device/2',payload='Hello, I am device',qos=0) client.loop_forever()
运行网关代码,打开网页得到api接口:
通过api分别添加设备1和设备2,
![]()
在另外两个控制台中分别运行模拟设备1和模拟设备2的代码 通过网页API向设备1发送数据 ![]()
通过网页API获得设备回复的数据,设备代码中只是简单的把网关发过来的数据进行回传 ![]()
我们在网关的后台可以看到完整的数据流 ![]()
至此一个简易的网关已经实现了,接下来将会尝试实现楼宇里的最常见的bacnet设备进行通讯管理。
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