【物联网(IoT)开发】使用 Arduino 和 Python在 Bluemix 上开发一个 IoT 应用程序之控制LED灯开关

上篇“【物联网(IoT)开发】Arduino 入门 Hello World（LED闪烁）”只是通过将一段程序烧录到Arduino开发板上控制LEC闪烁，没有任何连网动作，也就是说断开网络提供电源依然还可以工作。本文将介绍如何开发一个应用程序，以便使用适用于物联网 (Internet of Things, IoT) 的技术。我们的应用程序通过串口收集数据，将其存储在一个 Web 服务器上，然后在网页上实时显式结果，并可以在网页上控制LED的开关。

构建一个类似的应用程序的前提条件

对于第 1 部分，您需要：

一个 Bluemix 帐户，您还没有？ 点击这里注册，已经有，点击这里登录；

对 HTML（超文本标记语言）的基本了解；

对CSS （层叠样式表）的基本了解；

对JavaScript（一种直译式脚本语言）的基本了解；

对Python 编程的基本了解；

对MySQL数据库及管理工具的基本了解；

对SQL语言的基本了解；

对于第 2 部分，您需要：

一个 Arduino NANO 或其他兼容 Arduino 的主板

可选：Arduino Ethernet Shield

一个LED灯（发光二极管）

一些母母跳线（female-female jumper wire）

Python 2.7.x

我提供了所有必要代码，但对这些技术的基本了解有助于您理解有关的细节，但不是必须如此。

也无需拥有使用 Arduino 或任何其他类型的微型控制器主板的经验。

步骤 1. 创建您的Python应用程序

1. 1、在 Bluemix 用户界面中，转至“仪表板”。
2. 
   
3. 2、单击创建应用程序。
4. 
   
5. 3、单击 Web，然后按照指导经验来选择入门模板，指定名称以及选择编码方式。
6. 
   
7. 输入应用程序名称
8. 
   
9. 应用程序名称是唯一的，接下来要通过它做为二级域名来访问你的应用！
10. 点击完成之后，需要等待一会儿，然后可以看到下图的界面
11. 
    
12. 这时就可以访问你刚刚创建的应用了。如下图：
13. 

步骤 2. 添加数据库服务

1. 可以通过单击 Bluemix 用户界面中应用程序“概述”上的添加服务或 API，将服务添加到应用程序中。也可以使用 cf 命令行界面。请参阅处理应用程序的可用选项。
2. 
   
3. 在服务列表中选择数据库（ClearDB MySQL Database）
4. 
   
5. 您可以指定服务的名称，也可以使用默认的；
6. 
   

如果你事先已经创建了数据库服务，也可以直接绑定：

获取服务信息

进入自己的应用程序》概述页面，找到已经添加的服务，点击“显示凭证”，可以查看服务的具体信息：

拿到凭证，我们就可以通过MySQL的客户端管理工具来连接管理数据库了：

1、连接数据库

如果你还没有安装Navicat for MySQL管理工具，请参考：MySQL学习（二）图形界面管理工具Navicat for MySQL安装和使用

2、创建数据表

注意：我们是没有权限创建数据库的，只能用默认创建好的；

只需要创建一张非常简单的表，来保存状态和控制命令

SET FOREIGN_KEY_CHECKS=0;-- ------------------------------ Table structure for `led_status`-- ----------------------------DROP TABLE IF EXISTS `led_status`;CREATE TABLE `led_status` (  `id` bigint(20) NOT NULL,  `status` varchar(10) DEFAULT NULL,  `control` varchar(10) DEFAULT NULL,  PRIMARY KEY (`id`)) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;-- ------------------------------ Records of led_status-- ----------------------------INSERT INTO `led_status` VALUES ('1', '0', '0');

步骤 3. 准备开发环境及硬件环境

有关开发环境搭建的细节，请参考下面的文章：

《Python入门》Windows 7下Python Web开发环境搭建笔记

《Python入门》第一个Python Web程序——简单的Web服务器

《Python入门》Linux 下 Python Web开发环境搭建笔记

【物联网(IoT)开发】Arduino IDE(集成开发环境)下载及安装

【物联网(IoT)开发】Arduino NANO,UNO 驱动安装

本文使用的硬件环境非常简单，请参考：

【物联网(IoT)开发】Arduino 入门 Hello World（LED闪烁）

步骤 4.编写代码

1、下载初始Hello World示例代码

你可以下载入门示例参考，也可以完全自己写！

进入您的应用程序，点击左侧的开始编码，在右侧点击“下载入门模板代码”。

也可以通过添加Git来下载代码。

2、使其在本地运行

1、将下载的入门模板代码解压到一个目录，打开命令行窗口，切换到这个目录下

可以看出代码结构是很简单的；

2、执行命令：python server.py

3、在浏览器中访问：http://localhost:8000/

3、编写代码

本文涉及到三部分代码

1）、烧录到Arduino开发板上的代码，用于接收串口的命令控制LED状态，并实时输出LED的状态

String blink_flag = "1";// the setup function runs once when you press reset or power the boardvoid setup() {  // initialize digital pin 13 as an output.  pinMode(2, OUTPUT);  Serial.begin(9600);}// the loop function runs over and over again forevervoid loop() {  String rx_buffer;  rx_buffer=Serial.readString();  if (rx_buffer.length() == 1){    blink_flag = rx_buffer;  }  if (blink_flag.compareTo("1")){    digitalWrite(2, LOW);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)    //delay(1000);              // wait for a second  }else{    digitalWrite(2, HIGH);    // turn the LED off by making the voltage LOW    //delay(1000);              // wait for a second  }  Serial.print(",");  Serial.print(blink_flag);  delay(100);}

2）、运行在本地计算机用于收集LED状态上传到Bluemix云平台上和从Bluemix云平台上接收命令并将控制命令通过串口发送给Anduino

文件：sendSamples.py

import serial, httplibimport os#Python的标准库中的os模块包含普遍的操作系统功能import re#引入正则表达式对象import urllib#用于对URL进行编解码import sys#提供了许多函数和变量来处理 Python 运行时环境的不同部分.# 调试函数，用于输出对象的属性及属性值def getAllAttrs(obj):    strAttrs = ''    for o in dir(obj):        strAttrs = strAttrs + o + ' := ' + str(getattr(obj, o)) + '\r\n'    return strAttrs;# Sends the reading to the webserver using a POST requestdef sendRequest(reading):    headers = {"Content-type": "application/x-www-form-urlencoded"}    conn = httplib.HTTPConnection("localhost:8000")    conn.request("POST", "/ledsave", "id="+reading, headers)    response = conn.getresponse()    print response.status, response.reason    data = response.read()    conn.close()# Creates an array of numbers based on the string# If there's any problem on the string, returns (_,False)def parseNumbers(s):    numbers = []    success = True    s = s.split(" ")    for number in s:        try:             numbers.append(int(number))        except ValueError:            success = False    return (numbers, success)## Establish connection to the serial port that your arduino ## is connected to.serialPorts=['COM5','COM7']for port in serialPorts:    try:        print "Trying to connect to Arduino on",port        device = serial.Serial(port, 9600, timeout=2)        break    except:        print "Failed to connect on",port        exit(1)print "Arduino is ready!"numberOfSamples = 0currentAcceleration = [0,0,0]auxString = ""# Keep reading everything sent by the Arduinowhile 1:    c = ''    auxString = ''    # Verifies if there's something to read in the buffer    while device.inWaiting():        # Reads a character        c=device.read()                # If its not the end of the line yet, keep appending chars to the string        if(c != '\r' and c != '\n' and c != ','):            auxString = str(c)        # If we reached the end of the line, parse the numbers read        elif (c == ','):            auxString = ""    if auxString != '':        print auxString        sendRequest(auxString)        surl = 'http://localhost:8000/ledcontrol'        resContent = ''        try:            response = urllib.urlopen(surl)            resContent = response.read()            if (auxString != resContent):                device.write(resContent)        except:            info = sys.exc_info()            resContent = getAllAttrs(info[0]) + getAllAttrs(info[1])  # 获取异常的详细信息            print resContentdevice.close()

3）、运行在Bluemix上，实时显示LED状态提供控制界面

Web服务：server.py

# coding=utf-8import os  # Python的标准库中的os模块包含普遍的操作系统功能import re  # 引入正则表达式对象import MySQLdbimport sys  # 提供了许多函数和变量来处理 Python 运行时环境的不同部分.import cgireload(sys)sys.setdefaultencoding('utf8')# 调试函数，用于输出对象的属性及属性值def getAllAttrs(obj):    strAttrs = ''    for o in dir(obj):        strAttrs = strAttrs + o + ' := ' + str(getattr(obj, o)) + '<br />'    return strAttrs;try:    from SimpleHTTPServer import SimpleHTTPRequestHandler as Handler    from SocketServer import TCPServer as Serverexcept ImportError:    from http.server import SimpleHTTPRequestHandler as Handler    from http.server import HTTPServer as Server# 自定义处理程序，用于处理HTTP请求class TransHTTPHandler(Handler):    # 处理GET请求    def do_GET(self):        # 页面输出模板字符串        templateStr = '<html><head><title>pytrans</title></head><body>%s</body></html>'        # 将正则表达式编译成Pattern对象        pattern = re.compile(r'/ledinfo')        # 使用Pattern匹配文本，获得匹配结果，无法匹配时将返回None        match = pattern.match(self.path)        if match:            resContent = ''            try:                # conn=MySQLdb.connect(host='us-cdbr-iron-east-04.cleardb.net',user='b7de64a29b1f49',passwd='64701d27',db='ad_fd4a422d117d69b',port=3306)                conn = MySQLdb.connect(host='localhost', user='root', passwd='root', db='pyiotled', port=3306)                cur = conn.cursor()                cur.execute('SET NAMES UTF8')                cur.execute('SELECT * FROM led_status')                rows = cur.fetchall()                rowIdx = 0                for row in rows:                    rowIdx += 1;                    resContent += row[1]                cur.close()                conn.close()            except MySQLdb.Error, e:                print "Mysql Error %d: %s" % (e.args[0], e.args[1])            self.protocal_version = 'HTTP/1.1'  # 设置协议版本            self.send_response(200)  # 设置响应状态码            self.send_header("Content-type", "text/html")  # 设置响应头            self.end_headers()            self.wfile.write(resContent)  # 输出响应内容        else:            pattern = re.compile(r'/ledcontrol')            # 使用Pattern匹配文本，获得匹配结果，无法匹配时将返回None            match = pattern.match(self.path)            if match:                resContent = ''                try:                    # conn=MySQLdb.connect(host='us-cdbr-iron-east-04.cleardb.net',user='b7de64a29b1f49',passwd='64701d27',db='ad_fd4a422d117d69b',port=3306)                    conn = MySQLdb.connect(host='localhost', user='root', passwd='root', db='pyiotled', port=3306)                    cur = conn.cursor()                    cur.execute('SET NAMES UTF8')                    cur.execute('SELECT * FROM led_status')                    rows = cur.fetchall()                    rowIdx = 0                    for row in rows:                        rowIdx += 1;                        resContent += row[2]                    cur.close()                    conn.close()                except MySQLdb.Error, e:                    print "Mysql Error %d: %s" % (e.args[0], e.args[1])                self.protocal_version = 'HTTP/1.1'  # 设置协议版本                self.send_response(200)  # 设置响应状态码                self.send_header("Content-type", "text/html")  # 设置响应头                self.end_headers()                self.wfile.write(resContent)  # 输出响应内容            else:                # /voteinfo 之外的请求，交给底层去处理                if self.path == "":                    self.path = '/index.html'                fStatic = self.send_head()                if fStatic:                    try:                        self.copyfile(fStatic, self.wfile)                    finally:                        fStatic.close()    # 处理POST请求    def do_POST(self):        form = cgi.FieldStorage()        # 将正则表达式编译成Pattern对象        pattern = re.compile(r'/ledsave')        # 使用Pattern匹配文本，获得匹配结果，无法匹配时将返回None        match = pattern.match(self.path)        datas = self.rfile.read(int(self.headers['content-length']))        print datas        ids = datas.split("=")        id = 0        if len(ids) == 2:            id = int(ids[1])        print id        if match:            resContent = ''            try:                # conn=MySQLdb.connect(host='us-cdbr-iron-east-04.cleardb.net',user='b7de64a29b1f49',passwd='64701d27',db='ad_fd4a422d117d69b',port=3306)                conn = MySQLdb.connect(host='localhost', user='root', passwd='root', db='pyiotled', port=3306)                cur = conn.cursor()                print str(id)                cur.execute("UPDATE led_status SET `status`='" + str(id) + "' WHERE id=1")                conn.commit()                cur.close()                conn.close()            except MySQLdb.Error, e:                print "Mysql Error %d: %s" % (e.args[0], e.args[1])            self.protocal_version = 'HTTP/1.1'  # 设置协议版本            self.send_response(200)  # 设置响应状态码            self.send_header("Content-type", "text/html")  # 设置响应头            self.end_headers()            self.wfile.write(resContent)  # 输出响应内容        else:            # 将正则表达式编译成Pattern对象            pattern = re.compile(r'/ledcontrol')            # 使用Pattern匹配文本，获得匹配结果，无法匹配时将返回None            match = pattern.match(self.path)            #datas = self.rfile.read(int(self.headers['content-length']))            print datas            ids = datas.split("=")            id = 0            if len(ids) == 2:                id = int(ids[1])            print id            if match:                resContent = ''                try:                    print 'a'                    # conn=MySQLdb.connect(host='us-cdbr-iron-east-04.cleardb.net',user='b7de64a29b1f49',passwd='64701d27',db='ad_fd4a422d117d69b',port=3306)                    conn = MySQLdb.connect(host='localhost', user='root', passwd='root', db='pyiotled', port=3306)                    cur = conn.cursor()                    cur.execute("UPDATE led_status SET `control`='" + str(id) + "' WHERE id=1")                    conn.commit()                    cur.close()                    conn.close()                except MySQLdb.Error, e:                    print "Mysql Error %d: %s" % (e.args[0], e.args[1])                self.protocal_version = 'HTTP/1.1'  # 设置协议版本                self.send_response(200)  # 设置响应状态码                self.send_header("Content-type", "text/html")  # 设置响应头                self.end_headers()                self.wfile.write(resContent)  # 输出响应内容            else:                # /ledsave 之外的请求，返回错误信息                self.protocal_version = 'HTTP/1.1'  # 设置协议版本                self.send_response(500)  # 设置响应状态码                self.send_header("Content-type", "text/html")  # 设置响应头                self.end_headers()                self.wfile.write("非法请求")  # 输出响应内容# Read port selected by the cloud for our applicationPORT = int(os.getenv('PORT', 8000))# #改变当前目录到 static 目录os.chdir('static')httpd = Server(("", PORT), TransHTTPHandler)try:    print("Start serving at port %i" % PORT)    httpd.serve_forever()  ##设置一直监听并接收请求except KeyboardInterrupt:    pass  # 按Ctrl+C退出服务httpd.server_close()

前端页面：index.html

<html><head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" /><title>【物联网(IoT)开发】使用 Arduino 和 Python在 Bluemix 上开发一个 IoT 应用程序之控制LED灯开关 - 无知人生，记录点滴</title><style>body {margin:0; padding:0;}a{text-decoration:none;color:black;}div.div_id {float:left;clear:left;width:60px;height:27px;border-bottom:solid 1px #808080;text-align:center;line-height:27px;}div.div_item {float:left;clear:none;width:260px;height:27px;border-bottom:solid 1px #808080;text-align:left;line-height:27px;}div.div_radio {float:left;clear:none;width:60px;height:27px;border-bottom:solid 1px #808080;text-align:left;line-height:27px;display:none;}div.div_num {float:left;clear:right;width:260px;height:27px;border-bottom:solid 1px #808080;text-align:left;line-height:27px;display:none;}</style><script src="jquery.js" type="text/javascript"></script><SCRIPT language=javascript>$(document).ready(function(){setInterval(loadLedStatus,1000);});//通过AJAX加载LED状态信息function loadLedStatus(){$.ajax({   type: "GET",   url: "ledinfo",   dataType:"html",   async: false,   success: function(data){ if (data == "1"){$("#divctnr").html("<img src=\"led1.png\" />");$("#button1").hide();$("#button2").show(); }else{$("#divctnr").html("<img src=\"led0.png\" />");$("#button2").hide();$("#button1").show(); } console.log(data);   },   error: function(data){ console.log(data); console.log( "加载LED信息失败: " + data.responseText );   }});}//通过AJAX调用后台保存LED信息function execControl(status){$("#button1").hide();$.ajax({   type: "POST",   url: "ledcontrol",   dataType:"html",   data: {"id":status},   success: function(data){ console.log(data);   },   error: function(data){ console.log(data); console.log( "命令发送失败: " + data.responseText );   }});}</SCRIPT></head><body><div><a href="http://blog.csdn.net/testcs_dn" target="_blank" title="无知人生，记录点滴 不积硅步，无以至千里；不积小流，无以成江海……"><img src="banner.png" border=0 /></a></div><div style="width:640px; height:40px; border-bottom:solid 1px #808080;text-align:center;"><a href="http://blog.csdn.net/testcs_dn/article/details/49965993"><h3>您可以在这里监控和控制LED灯的点亮或关闭</h3></a></div><table id="Wrapper" style="padding: 0px; margin: 0px; min-height:300px; text-align: center; background-color: rgb(255, 255, 255);"><tr><td><form><div id="divctnr"></div></form></td><td><div style="width:640px; height:40px; text-align:center; float:left; clear:both; margin-top:15px;"><input type="button" id="button1" name="button1" value="点亮" onclick="execControl(1)" style="display:none; width:200px; height:45px; font-size:36px; font-weight:bold;" /><input type="button" id="button2" name="button2" value="关闭" onclick="execControl(0)" style="display:none; width:200px; height:45px; font-size:36px; font-weight:bold;" /></div></td></tr></table><hr /><div style="margin:auto; text-align:center; line-height:28px;">云服务器：<a href="https://console.ng.bluemix.net/home/" target="_blank" title="IBM Bluemix 数字创新平台" style="">IBM Bluemix 数字创新平台</a><br />服务提供：<a href="https://www.ibm.com/smarterplanet/us/en/ibmwatson/developercloud/language-translation/api/v2/#introduction" target="_blank" title="IBM Watson Developer Cloud" style="">IBM Watson Developer Cloud</a></div><div style="margin:auto; text-align:center; line-height:28px;"><a href="http://blog.csdn.net/testcs_dn" target="_blank" title="无知人生，记录点滴 不积硅步，无以至千里；不积小流，无以成江海……" style="">Powered by:testcs_dn(微wx笑)<br />无知人生，记录点滴 不积硅步，无以至千里；不积小流，无以成江海……</a></div><br /><br /><br /><div id="divout"></div></body></html>

步骤 5. 本地运行访问测试

运行

运行Web服务，执行命令：python server.py

运行发送状态接收命令的服务，执行命令：phthon sendSamples.py

当然，你也可以直接在PyCharm等工具中调试运行。

访问

启动调试后会自动打开浏览器窗口：

点亮状态：显示关闭按钮

关闭状态：显示点亮按钮

这样，只要网络连接正常，我们就可以在任何地方通过网页监控和控制它的状态！

步骤 6. 上传应用程序

登录到 Bluemix™ 后，可以使用 cf push 命令来上传应用程序。

开始之前，您必须：

1. 1、安装 Cloud Foundry 命令行界面。

   

2. 
   
3. 请根据自己使用的操作系统下载对应的版本；我使用的是Windows 7 64位操作系统，
4. 下载Binaries版本的不需要安装，直接解压到Windows目录就可以了。
5. 
   
6. 依次点击仪表板》jstrans(您创建的应用程序名称)》开始编码，可以查看属于自己的命令；如下图：
7. 
   
8. 2、连接到 Bluemix。
9. 打开命令提示符窗口：开始》运行，输入“cmd”，回车
10. 执行：cf api https://api.ng.bluemix.net，如下图：
11. 
    
12. 3、登录到 Bluemix。
13. 注意，这里要换成对应你自己账户的命令！

14. cf login -u [e-mail] -o [e-mail] -s ivu4e

4、发出 cf push 命令时，cf 命令行界面将提供使用 buildpack 来构建并运行应用程序的 Bluemix 环境的工作目录。

1. 从应用程序目录中，输入带有应用程序名称的 cf push 命令。在 Bluemix 环境中，应用程序名称必须是唯一的。
2. 后面的"-m 512m"是修改应用程序内存配额的，可以不带这个参数，如下图：
3. 
   
4. 注意：执行cf push前将命令行当前目录切换到您刚刚创建的应用目录，例如我刚刚创建的
   C:\nodejs\net5trans\，cf push 后面的jstrans要替换为您在Bluemix上创建的应用名称。
5. 提示： 使用 cf push 命令时，cf 命令行界面会将当前目录中的所有文件和目录复制到 Bluemix。确保应用程序目录中只包含必需的文件。

6. cf push 命令上传应用程序并将其部署到 Bluemix。有关 cf push 的更多信息，请参阅 cf 命令。有关 buildpack 的信息，请参阅使用社区 buildpack。

7. 如果更改了应用程序，可以通过再次输入 cf push 命令来上传这些更改。 cf 命令行界面会使用您先前的选项以及您对提示的响应来通过新的代码段更新应用程序的任何运行中实例。

提示： 您还可以从 Bluemix DevOps Services 上传或部署应用程序。请参阅在 Node.js 中使用 Web IDE 开发Bluemix 应用程序。

步骤 7. 做个小小的测试

通过仪表板进入您刚刚创建的应用页面，点击左侧的概述，右侧顶部会显示：您的应用程序正在运行。

这时应用程序路径是带链接可以访问的，点击链接就可以访问刚刚发布的应用程序了。

注意：本地测试时收集数据、获取状态和控制命令等都是使用的本地的URL地址，上传到Bluemix之前要将其改为你创建的应用的URL地址。

结束语

本文提供了一个可用来开发许多 IoT 应用程序的框架。在这里，我们使用了一个连接到 Arduino 的LED，将LED的状态发送到 Web 服务器，并实时显示LED的状态，而且可以通过Web页面来控制LED的状态。尽管这是一个使用 Bluemix 和 Arduino 的特定示例，但您也可以使用本文介绍的原理来创建其他许多应用程序。

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