22、利用 PubNub 云实现物联网设备通信

最新推荐文章于 2025-10-07 15:01:42 发布

java5

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分类专栏：用Python玩转物联网：从入门到实践文章标签： PubNub IoT 物联网

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利用 PubNub 云实现物联网设备通信

在物联网应用中，设备之间的通信至关重要。PubNub 云提供了一个强大的平台，可用于实现设备之间的消息发布和订阅。本文将详细介绍如何利用 PubNub 云实现物联网设备的通信，包括消息发布、双向通信以及使用 Python 客户端进行消息发布等内容。

1. 准备工作

在开始之前，需要确保已经安装了 pubnub 模块。可以使用以下命令进行安装：

pip install pubnub

2. 通过 PubNub 调试控制台发布消息

首先，我们将使用 PubNub 调试控制台向温度通道发送带有命令的消息，让运行在 Intel Galileo Gen 2 开发板上的 Python 代码处理这些命令。具体操作步骤如下：
1. 登录 PubNub 并选择密钥集 ：如果已从 PubNub 注销，请重新登录，然后点击管理门户中的“Temperature Control”面板。PubNub 将显示“Demo Keyset”面板，点击该面板，PubNub 将显示发布、订阅和秘密密钥。选择要用于 PubNub 应用程序的密钥集。
2. 订阅温度通道 ：点击屏幕左侧边栏的“Debug Console”，PubNub 将为默认通道创建一个客户端，并使用上一步中选择的秘密密钥订阅该通道。在包含“Add client”按钮的面板内的“Default Channel”文本框中输入“temperature”，然后点击“Add client”。PubNub 将添加一个新面板，标题为随机客户端名称，第二行为通道名称“temperature”。
3. 启动示例代码 ：在 SSH 控制台中运行以下命令启动示例：

python iot_python_chapter_09_02.py

发送消息 ：在浏览器中打开 PubNub 调试控制台，在客户端面板底部将 {"text":"Enter Message Here"} 替换为以下 JSON 代码并点击“Send”：

{"command":"print_temperature_fahrenheit", "temperature_fahrenheit": 50 }

在某些浏览器中，输入消息的文本编辑器可能存在问题，建议使用喜欢的文本编辑器输入 JSON 代码，复制后粘贴到要发送的消息文本中。

发送消息后，客户端日志将显示消息已发送，开发板上的伺服电机轴将旋转到 50 度。同样的方式，发送以下 JSON 代码：

{"command":"print_information_message", "text": "Client ready"}

发送后，OLED 矩阵底部将显示“Client ready”。

3. 双向通信

在上述过程中，我们发现一个问题：不知道命令是否在物联网设备（Intel Galileo Gen 2 开发板）上被成功处理。为了解决这个问题，我们可以添加一些代码来发布消息，以指示命令已成功处理。

以下是新的 MessageChannel 类的代码：

import time
from pubnub import Pubnub

class MessageChannel:
    command_key = "command"
    successfully_processed_command_key = "successfully_processed_command"

    def __init__(self, channel, temperature_servo, oled):
        self.temperature_servo = temperature_servo
        self.oled = oled
        self.channel = channel
        publish_key = "pub-c-xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx"
        subscribe_key = "sub-c-xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx"
        self.pubnub = Pubnub(publish_key=publish_key, subscribe_key=subscribe_key)
        self.pubnub.subscribe(channels=self.channel,
                              callback=self.callback,
                              error=self.callback,
                              connect=self.connect,
                              reconnect=self.reconnect,
                              disconnect=self.disconnect)

    def callback_response_message(self, message):
        print("I've received the following response from PubNub cloud: {0}".format(message))

    def error_response_message(self, message):
        print("There was an error when working with the PubNub cloud: {0}".format(message))

    def publish_response_message(self, message):
        response_message = {
            self.__class__.successfully_processed_command_key:
                message[self.__class__.command_key]}
        self.pubnub.publish(
            channel=self.channel,
            message=response_message,
            callback=self.callback_response_message,
            error=self.error_response_message)

    def callback(self, message, channel):
        if channel == self.channel:
            print("I've received the following message: {0}".format(message))
            if self.__class__.command_key in message:
                if message[self.__class__.command_key] == "print_temperature_fahrenheit":
                    self.temperature_servo.print_temperature(message["temperature_fahrenheit"])
                    self.publish_response_message(message)
                elif message[self.__class__.command_key] == "print_information_message":
                    self.oled.print_line(11, message["text"])
                    self.publish_response_message(message)

    def error(self, message):
        print("Error: " + str(message))

    def connect(self, message):
        print("Connected to the {0} channel".format(self.channel))
        print(self.pubnub.publish(
            channel=self.channel,
            message="Listening to messages in the Intel Galileo Gen 2 board"))

    def reconnect(self, message):
        print("Reconnected to the {0} channel".format(self.channel))

    def disconnect(self, message):
        print("Disconnected from the {0} channel".format(self.channel))

新代码中，添加了三个新方法：
- callback_response_message ：用于处理消息成功发布的响应。
- error_response_message ：用于处理消息发布失败的错误。
- publish_response_message ：用于发布指示命令已成功处理的消息。

在 callback 方法中，添加了对 publish_response_message 的调用，以在命令成功处理后发布响应消息。

4. 使用 Python 客户端发布消息

为了更方便地发布消息，我们可以创建一个 Python 客户端。以下是 Client 类的代码：

import time
from pubnub import Pubnub

class Client:
    command_key = "command"

    def __init__(self, channel):
        self.channel = channel
        publish_key = "pub-c-xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx"
        subscribe_key = "sub-c-xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx"
        self.pubnub = Pubnub(publish_key=publish_key, subscribe_key=subscribe_key)
        self.pubnub.subscribe(channels=self.channel,
                              callback=self.callback,
                              error=self.callback,
                              connect=self.connect,
                              reconnect=self.reconnect,
                              disconnect=self.disconnect)

    def callback_command_message(self, message):
        print("I've received the following response from PubNub cloud: {0}".format(message))

    def error_command_message(self, message):
        print("There was an error when working with the PubNub cloud: {0}".format(message))

    def publish_command(self, command_name, key, value):
        command_message = {
            self.__class__.command_key: command_name,
            key: value}
        self.pubnub.publish(
            channel=self.channel,
            message=command_message,
            callback=self.callback_command_message,
            error=self.error_command_message)

    def callback(self, message, channel):
        if channel == self.channel:
            print("I've received the following message: {0}".format(message))

    def error(self, message):
        print("Error: " + str(message))

    def connect(self, message):
        print("Connected to the {0} channel".format(self.channel))
        print(self.pubnub.publish(
            channel=self.channel,
            message="Listening to messages in the PubNub Python Client"))

    def reconnect(self, message):
        print("Reconnected to the {0} channel".format(self.channel))

    def disconnect(self, message):
        print("Disconnected from the {0} channel".format(self.channel))

以下是 __main__ 方法的代码：

if __name__ == "__main__":
    client = Client("temperature")
    client.publish_command(
        "print_temperature_fahrenheit",
        "temperature_fahrenheit",
        45)
    client.publish_command(
        "print_information_message",
        "text",
        "Python IoT"
    )
    time.sleep(60)

运行以下命令启动 Python 客户端：

python iot_python_chapter_09_04.py

运行后，开发板上的伺服电机轴将旋转到 45 度，OLED 矩阵底部将显示“Python IoT”。

5. 总结

通过以上步骤，我们实现了利用 PubNub 云进行物联网设备的通信。可以使用 PubNub 提供的不同编程语言的 SDK 来创建应用程序和应用，发布和接收消息，与物联网设备进行交互。

流程图

graph LR
    A[准备工作] --> B[通过 PubNub 调试控制台发布消息]
    B --> C[双向通信]
    C --> D[使用 Python 客户端发布消息]

操作步骤总结

步骤	操作
1	安装 `pubnub` 模块
2	登录 PubNub 并选择密钥集
3	订阅温度通道
4	启动示例代码
5	发送消息
6	添加双向通信代码
7	创建 Python 客户端并发布消息

利用 PubNub 云实现物联网设备通信（续）

6. 代码详细分析

在前面的内容中，我们已经给出了关键的代码部分，下面对这些代码进行更详细的分析，帮助大家更好地理解其工作原理。

`MessageChannel` 类分析

这个类主要负责与 PubNub 云进行通信，处理接收到的消息并在命令处理成功后发布响应消息。

import time
from pubnub import Pubnub

class MessageChannel:
    command_key = "command"
    successfully_processed_command_key = "successfully_processed_command"

    def __init__(self, channel, temperature_servo, oled):
        self.temperature_servo = temperature_servo
        self.oled = oled
        self.channel = channel
        publish_key = "pub-c-xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx"
        subscribe_key = "sub-c-xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx"
        self.pubnub = Pubnub(publish_key=publish_key, subscribe_key=subscribe_key)
        self.pubnub.subscribe(channels=self.channel,
                              callback=self.callback,
                              error=self.callback,
                              connect=self.connect,
                              reconnect=self.reconnect,
                              disconnect=self.disconnect)

    def callback_response_message(self, message):
        print("I've received the following response from PubNub cloud: {0}".format(message))

    def error_response_message(self, message):
        print("There was an error when working with the PubNub cloud: {0}".format(message))

    def publish_response_message(self, message):
        response_message = {
            self.__class__.successfully_processed_command_key:
                message[self.__class__.command_key]}
        self.pubnub.publish(
            channel=self.channel,
            message=response_message,
            callback=self.callback_response_message,
            error=self.error_response_message)

    def callback(self, message, channel):
        if channel == self.channel:
            print("I've received the following message: {0}".format(message))
            if self.__class__.command_key in message:
                if message[self.__class__.command_key] == "print_temperature_fahrenheit":
                    self.temperature_servo.print_temperature(message["temperature_fahrenheit"])
                    self.publish_response_message(message)
                elif message[self.__class__.command_key] == "print_information_message":
                    self.oled.print_line(11, message["text"])
                    self.publish_response_message(message)

    def error(self, message):
        print("Error: " + str(message))

    def connect(self, message):
        print("Connected to the {0} channel".format(self.channel))
        print(self.pubnub.publish(
            channel=self.channel,
            message="Listening to messages in the Intel Galileo Gen 2 board"))

    def reconnect(self, message):
        print("Reconnected to the {0} channel".format(self.channel))

    def disconnect(self, message):
        print("Disconnected from the {0} channel".format(self.channel))

__init__ 方法 ：初始化类的属性，包括温度伺服器、OLED 显示屏和通道名称。创建 Pubnub 实例并订阅指定通道，同时指定回调函数和连接状态处理函数。
callback_response_message 方法 ：打印从 PubNub 云接收到的响应消息。
error_response_message 方法 ：打印与 PubNub 云通信时出现的错误消息。
publish_response_message 方法 ：创建一个表示命令已成功处理的响应消息，并将其发布到指定通道。
callback 方法 ：处理接收到的消息。如果消息来自指定通道，打印消息内容，并根据命令类型执行相应操作，同时调用 publish_response_message 方法发布响应消息。
error 方法 ：打印错误消息。
connect 方法 ：在连接到 PubNub 云时，打印连接信息并发布一条消息表示正在监听消息。
reconnect 方法 ：在重新连接到 PubNub 云时，打印重新连接信息。
disconnect 方法 ：在断开与 PubNub 云的连接时，打印断开连接信息。

`Client` 类分析

这个类用于创建一个 PubNub 客户端，方便发布命令消息。

import time
from pubnub import Pubnub

class Client:
    command_key = "command"

    def __init__(self, channel):
        self.channel = channel
        publish_key = "pub-c-xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx"
        subscribe_key = "sub-c-xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx"
        self.pubnub = Pubnub(publish_key=publish_key, subscribe_key=subscribe_key)
        self.pubnub.subscribe(channels=self.channel,
                              callback=self.callback,
                              error=self.callback,
                              connect=self.connect,
                              reconnect=self.reconnect,
                              disconnect=self.disconnect)

    def callback_command_message(self, message):
        print("I've received the following response from PubNub cloud: {0}".format(message))

    def error_command_message(self, message):
        print("There was an error when working with the PubNub cloud: {0}".format(message))

    def publish_command(self, command_name, key, value):
        command_message = {
            self.__class__.command_key: command_name,
            key: value}
        self.pubnub.publish(
            channel=self.channel,
            message=command_message,
            callback=self.callback_command_message,
            error=self.error_command_message)

    def callback(self, message, channel):
        if channel == self.channel:
            print("I've received the following message: {0}".format(message))

    def error(self, message):
        print("Error: " + str(message))

    def connect(self, message):
        print("Connected to the {0} channel".format(self.channel))
        print(self.pubnub.publish(
            channel=self.channel,
            message="Listening to messages in the PubNub Python Client"))

    def reconnect(self, message):
        print("Reconnected to the {0} channel".format(self.channel))

    def disconnect(self, message):
        print("Disconnected from the {0} channel".format(self.channel))

__init__ 方法 ：初始化类的属性，包括通道名称。创建 Pubnub 实例并订阅指定通道，同时指定回调函数和连接状态处理函数。
callback_command_message 方法 ：打印从 PubNub 云接收到的命令响应消息。
error_command_message 方法 ：打印与 PubNub 云通信时发布命令消息出现的错误消息。
publish_command 方法 ：创建一个命令消息并将其发布到指定通道。
callback 方法 ：处理接收到的消息。如果消息来自指定通道，打印消息内容。
error 方法 ：打印错误消息。
connect 方法 ：在连接到 PubNub 云时，打印连接信息并发布一条消息表示正在监听消息。
reconnect 方法 ：在重新连接到 PubNub 云时，打印重新连接信息。
disconnect 方法 ：在断开与 PubNub 云的连接时，打印断开连接信息。

7. 实际应用场景

利用 PubNub 云实现物联网设备通信可以应用于多种场景，以下是一些常见的例子：

智能家居 ：通过手机应用（作为 Python 客户端）向智能家居设备（如智能温控器、智能灯具等）发送命令，实现远程控制。例如，在回家前提前调节室内温度。
工业监控 ：在工业生产环境中，实时监测设备的温度、湿度等参数，并根据监测结果发送控制命令，保证生产过程的稳定性和安全性。
环境监测 ：在野外或城市环境中布置多个传感器节点，通过 PubNub 云收集传感器数据，并根据数据情况发送相应的处理命令，如启动空气净化设备等。

8. 注意事项

在使用 PubNub 云进行物联网设备通信时，需要注意以下几点：

密钥管理 ：确保妥善保管发布和订阅密钥，避免泄露导致安全问题。
消息格式 ：发送的消息必须符合 JSON 格式，否则可能无法被正确处理。
浏览器兼容性 ：在使用 PubNub 调试控制台发送消息时，某些浏览器的文本编辑器可能存在问题，建议使用自己喜欢的文本编辑器输入 JSON 代码，然后复制粘贴到调试控制台。
异步执行 ：在使用 publish 方法时，指定回调函数会使方法以异步方式执行。因此，需要确保程序有足够的时间等待消息发布完成，例如使用 time.sleep 函数。

总结

通过本文的介绍，我们详细了解了如何利用 PubNub 云实现物联网设备的通信。从准备工作开始，逐步介绍了通过 PubNub 调试控制台发布消息、实现双向通信以及使用 Python 客户端发布消息的具体步骤。同时，对关键代码进行了详细分析，并探讨了实际应用场景和注意事项。希望这些内容能帮助大家更好地利用 PubNub 云构建物联网应用。

流程图（详细版）

graph LR
    A[准备工作] --> B[安装 pubnub 模块]
    B --> C[登录 PubNub 并选择密钥集]
    C --> D[订阅温度通道]
    D --> E[启动示例代码]
    E --> F[通过 PubNub 调试控制台发布消息]
    F --> G[发送消息 1]
    F --> H[发送消息 2]
    G --> I[处理消息 1]
    H --> J[处理消息 2]
    I --> K[双向通信处理 1]
    J --> L[双向通信处理 2]
    K --> M[发布响应消息 1]
    L --> N[发布响应消息 2]
    M --> O[使用 Python 客户端发布消息]
    N --> O
    O --> P[发布命令 1]
    O --> Q[发布命令 2]
    P --> R[处理命令 1]
    Q --> S[处理命令 2]
    R --> T[发布命令响应 1]
    S --> U[发布命令响应 2]

操作步骤详细列表

步骤	操作	代码示例
1	安装 `pubnub` 模块	`pip install pubnub`
2	登录 PubNub 并选择密钥集	登录 PubNub 管理门户，点击“Temperature Control”面板，再点击“Demo Keyset”面板选择密钥
3	订阅温度通道	在“Debug Console”中输入“temperature”并点击“Add client”
4	启动示例代码	`python iot_python_chapter_09_02.py`
5	发送消息	输入 JSON 代码如 `{"command":"print_temperature_fahrenheit", "temperature_fahrenheit": 50 }` 并点击“Send”
6	添加双向通信代码	使用 `MessageChannel` 类代码
7	创建 Python 客户端并发布消息	使用 `Client` 类代码，运行 `python iot_python_chapter_09_04.py`