超级会员免费看
无云不 IoT：云平台与服务
1. 引言
在物联网（IoT）领域，云平台扮演着至关重要的角色。MQTT 作为与云平台通信的事实上的标准协议，众多云平台都为 IoT 设备提供了 MQTT 端点。接下来，我们将探讨可与 ESP32 项目集成的云平台。
2. 常见云 IoT 平台
可以将 ESP32 与多种云平台结合使用，以下是一些最受欢迎的云平台：
- AWS IoT
- Azure IoT
- Google IoT Core
- 阿里云 IoT 平台
了解 IoT 平台的最佳方式是查看其提供的服务，下面简要介绍它们为开发 IoT 项目所提供的功能。
2.1 AWS IoT
AWS IoT 提供了许多服务，帮助开发者开展 IoT 项目。其云服务可分为三类：
|服务类别|具体服务|描述|
| ---- | ---- | ---- |
|控制服务|AWS IoT Core|IoT 解决方案的核心服务，IoT 设备通过它连接到整个 AWS 基础设施|
|控制服务|AWS IoT Device Management|允许 IoT 供应商批量跟踪和管理其 IoT 设备|
|控制服务|AWS IoT Device Defender|通过确保安全最佳实践来保障 IoT 设备的安全|
|控制服务|AWS IoT Things Graph|帮助开发者设计 IoT 设备与 Web 服务之间的交互和数据流，提供可视化拖放式流程设计界面，减少开发时间并提高效率|
|设备软件|AWS IoT Greengrass|将有限的 AWS 数据处理能力带到边缘设备，减少设备与云服务之间的数据传输量|
|设备软件|FreeRTOS|作为微控制器的实时操作系统（RTOS），由 AWS IoT 官方支持|
|设备软件|AWS IoT Device SDK|一组用于将设备连接到 AWS IoT 的开源库和 SDK|
|设备软件|AWS IoT Device Tester|使开发者能够测试其设备是否能与 AWS IoT 服务互操作|
|数据服务|AWS IoT SiteWise|提供网关软件，用于收集本地数据并将其发送到 AWS 云进行进一步处理|
|数据服务|AWS IoT Analytics|在存储大量非结构化 IoT 数据之前进行预处理|
|数据服务|AWS IoT Events|监控一组设备的故障或操作变化，并根据定义的规则触发操作|
集成 ESP32 设备到 AWS IoT 后，所有其他 AWS 云服务都可用于任何类型的应用程序。AWS IoT 服务文档可参考： https://docs.aws.amazon.com/iot/latest/developerguide/aws-iot-how-it-works.html 。
2.2 Azure IoT
Azure IoT 提供了类似的服务，用于开发 IoT 应用程序和在云端管理 IoT 设备。
- IoT Hub ：Azure IoT 的前端服务，为 IoT 设备提供与其他 Azure 云服务集成的端点。
- Device Provisioning Service ：通过零接触策略验证 IoT 设备的唯一身份，实现设备的预配，无需人工干预。
- IoT Plug and Play ：引入描述设备功能的设备模型，消除手动配置的需求。
- Device Update ：用于 IoT 设备的 OTA 更新服务。
- IoT Central ：使开发者能够在 Azure 云上开发自己的自定义 IoT 解决方案。
- Azure IoT Edge ：旨在将数据预处理和数据分析转移到边缘设备，以处理边缘的数据管理。
- Azure Digital Twins ：一种分析工具，用于建模和分析整个 IoT 解决方案，以获得整体视图和见解。
- Azure Time Series Insights Gen2 ：另一种分析服务，处理时间序列数据以揭示任何异常或趋势。
Azure IoT 文档可参考： https://docs.microsoft.com/en-gb/azure/iot-fundamentals 。
2.3 Google IoT Core
Google IoT Core 提供单个 API 来管理数百万台设备。启用该 API 后，它提供两个主要组件：
- 设备管理器：用于注册和配置设备。
- 协议桥：设备通过它连接以与 Google IoT Core 通信。
注册并配置设备连接到 Google IoT Core 后，可启用其他 Google 服务进行进一步处理。更多信息可参考： https://cloud.google.com/iot/docs/concepts 。
2.4 阿里云 IoT 平台（Aliyun IoT）
阿里云 IoT 平台具有以下开发 IoT 应用程序的功能：
- 设备连接
- 消息通信
- 设备管理
- 监控和维护
- 数据分析
该平台提供 SDK 和其他软件组件，使开发者能够轻松将 IoT 设备连接到云端。连接设备后，可使用其他阿里云服务，也可将消息重定向到自己的本地服务器。阿里云 IoT 文档可参考： https://www.alibabacloud.com/help/product/30520.htm 。
无论选择哪个 IoT 平台，与平台的通信始终是加密和安全的。
3. 开发 AWS IoT 应用
接下来，我们将把之前的 MQTT 应用适配到 AWS 云。
3.1 准备工作
在开始之前，需要拥有一个 AWS 账户并安装 aws 命令行工具。相关文档如下：
- AWS IoT Core 入门
- 安装、更新和卸载 AWS CLI 版本 2
- 配置 AWS CLI
3.2 创建事物、策略和证书
graph LR
A[检查 aws 命令行工具] --> B[创建事物]
B --> C[创建策略描述文件]
C --> D[创建策略]
D --> E[创建密钥和证书]
E --> F[将策略附加到证书]
F --> G[将证书附加到事物]
具体步骤如下：
1. 检查 aws 命令行工具是否正常工作：
$ aws --version
- 创建一个事物：
$ aws iot create-thing --thing-name my_sensor1
- 创建策略描述文件
policy.json，内容如下：
{
"Version": "2012-10-17",
"Statement": [
{
"Effect": "Allow",
"Action": [
"iot:Connect",
"iot:Publish",
"iot:Subscribe",
"iot:Receive"
],
"Resource": "arn:aws:iot:*:*:*"
}
]
}
- 使用策略文件创建策略：
$ aws iot create-policy \
--policy-name my_sensor1_policy \
--policy-document file://policy.json
- 创建私钥、公钥和证书：
$ aws iot create-keys-and-certificate \
--certificate-pem-outfile "my_sensor1.cert.pem" \
--public-key-outfile "my_sensor1.public.key" \
--private-key-outfile "my_sensor1.private.key" \
--set-as-active
记录证书的 Amazon 资源名称（ARN）。
6. 将策略附加到证书：
$ aws iot attach-policy \
--policy-name my_sensor1_policy \
--target <cert_arn>
- 将证书附加到事物：
$ aws iot attach-thing-principal \
--thing-name my_sensor1 \
--principal <cert_arn>
3.3 测试配置
- 下载 Amazon 根证书：
$ wget https://www.amazontrust.com/repository/AmazonRootCA1.pem
- 查找 AWS IoT 端点地址：
$ aws iot describe-endpoint --endpoint-type iot:Data-ATS
- 运行订阅者：
$ mosquitto_sub --cafile AmazonRootCA1.pem --cert my_sensor1.cert.pem --key my_sensor1.private.key -d -h <endpointAddress> -p 8883 -t test/topic1
- 发布消息：
$ mosquitto_pub --cafile AmazonRootCA1.pem --cert my_sensor1.cert.pem --key my_sensor1.private.key -d -h <endpointAddress> -p 8883 -t test/topic1 -m hi
3.4 准备开发环境
将 DHT11 连接到 GPIO17 后，按以下步骤准备开发环境：
1. 创建 PlatformIO 项目， platformio.ini 内容如下：
[env:az-delivery-devkit-v4]
platform = espressif32
board = az-delivery-devkit-v4
framework = espidf
monitor_speed = 115200
lib_extra_dirs =
../../common/esp-idf-lib/components
../common
build_flags =
-DWIFI_SSID=${sysenv.WIFI_SSID}
-DWIFI_PASS=${sysenv.WIFI_PASS}
-DAWS_ENDPOINT=${sysenv.AWS_ENDPOINT}
board_build.embed_txtfiles =
./tmp/my_sensor1.private.key
./tmp/my_sensor1.cert.pem
./tmp/AmazonRootCA1.pem
- 激活 pio 工具并设置环境变量：
$ source ~/.platformio/penv/bin/activate
(penv)$ export WIFI_SSID='\"<your_ssid>\"'
(penv)$ export WIFI_PASS='\"<your_passwd>\"'
(penv)$ export AWS_ENDPOINT='\"<your_endpoint>\"'
- 将加密文件复制到临时目录：
(penv)$ mkdir tmp && cp <crpyto_dir>/* tmp/
(penv)$ ls -1 tmp
AmazonRootCA1.pem
my_sensor1.cert.pem
my_sensor1.private.key
my_sensor1.public.key
- 更新
src/CMakeLists.txt：
FILE(GLOB_RECURSE app_sources ${CMAKE_SOURCE_DIR}/src/*.*)
set(COMPONENT_ADD_INCLUDEDIRS ".")
idf_component_register(SRCS ${app_sources})
target_add_binary_data(${COMPONENT_TARGET} "../tmp/AmazonRootCA1.pem" TEXT)
target_add_binary_data(${COMPONENT_TARGET} "../tmp/my_sensor1.cert.pem" TEXT)
target_add_binary_data(${COMPONENT_TARGET} "../tmp/my_sensor1.private.key" TEXT)
- 编辑项目根目录下的
CMakeLists.txt：
cmake_minimum_required(VERSION 3.16.0)
list(APPEND EXTRA_COMPONENT_DIRS "../../common/components/esp-aws-iot")
include($ENV{IDF_PATH}/tools/cmake/project.cmake)
project(aws_ex)
3.5 开发应用程序
编辑 src/main.c ：
#include <string.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_log.h"
#include "app_temp.h"
#include "app_wifi.h"
#include "aws_iot_config.h"
#include "aws_iot_log.h"
#include "aws_iot_version.h"
#include "aws_iot_mqtt_client_interface.h"
#define TAG "app"
#define SENSOR_NO "1"
#define ENABLE_TOPIC "home/" SENSOR_NO "/enable"
#define TEMP_TOPIC "home/temperature/" SENSOR_NO
#define HUM_TOPIC "home/humidity/" SENSOR_NO
extern const uint8_t aws_root_ca_pem_start[] asm("_binary_AmazonRootCA1_pem_start");
extern const uint8_t aws_root_ca_pem_end[] asm("_binary_AmazonRootCA1_pem_end");
extern const uint8_t certificate_pem_crt_start[] asm("_binary_my_sensor1_cert_pem_start");
extern const uint8_t certificate_pem_crt_end[] asm("_binary_my_sensor1_cert_pem_end");
extern const uint8_t private_pem_key_start[] asm("_binary_my_sensor1_private_key_start");
extern const uint8_t private_pem_key_end[] asm("_binary_my_sensor1_private_key_end");
static char endpoint_address[] = AWS_ENDPOINT;
static char client_id[] = "my_sensor1";
static AWS_IoT_Client aws_client;
static bool enabled = false;
static void handle_wifi_connect(void)
{
xTaskCreate(connect_aws_mqtt, "connect_aws_mqtt", 15 * configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 5, NULL);
apptemp_init(publish_reading);
}
static void handle_wifi_failed(void)
{
ESP_LOGE(TAG, "wifi failed");
}
void app_main()
{
connect_wifi_params_t cbs = {
.on_connected = handle_wifi_connect,
.on_failed = handle_wifi_failed};
appwifi_connect(cbs);
}
void connect_aws_mqtt(void *param)
{
memset((void *)&aws_client, 0, sizeof(aws_client));
IoT_Client_Init_Params mqttInitParams = iotClientInitParamsDefault;
mqttInitParams.pHostURL = endpoint_address;
mqttInitParams.port = AWS_IOT_MQTT_PORT;
mqttInitParams.pRootCALocation = (const char *)aws_root_ca_pem_start;
mqttInitParams.pDeviceCertLocation = (const char *)certificate_pem_crt_start;
mqttInitParams.pDevicePrivateKeyLocation = (const char *)private_pem_key_start;
mqttInitParams.disconnectHandler = disconnected_handler;
aws_iot_mqtt_init(&aws_client, &mqttInitParams);
IoT_Client_Connect_Params connectParams = iotClientConnectParamsDefault;
connectParams.keepAliveIntervalInSec = 10;
connectParams.pClientID = client_id;
connectParams.clientIDLen = (uint16_t)strlen(client_id);
while (aws_iot_mqtt_connect(&aws_client, &connectParams) != SUCCESS)
{
vTaskDelay(1000 / portTICK_RATE_MS);
}
ESP_LOGI(TAG, "connected");
aws_iot_mqtt_subscribe(&aws_client, ENABLE_TOPIC, strlen(ENABLE_TOPIC), QOS0, subscribe_handler, NULL);
while (1)
{
aws_iot_mqtt_yield(&aws_client, 100);
vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
}
}
void subscribe_handler(AWS_IoT_Client *pClient,
char *topicName, uint16_t topicNameLen,
IoT_Publish_Message_Params *params,
void *pData)
{
enabled = ((char *)params->payload)[0] - '0';
}
void disconnected_handler(AWS_IoT_Client *pClient, void *data)
{
ESP_LOGW(TAG, "reconnecting...");
}
static void publish_reading(int temp, int hum)
{
IoT_Error_t res = aws_iot_mqtt_yield(&aws_client, 100);
if (res != SUCCESS && res != NETWORK_RECONNECTED)
{
return;
}
if (!enabled)
{
return;
}
char buffer[5];
IoT_Publish_Message_Params message;
memset((void *)&message, 0, sizeof(message));
itoa(temp, buffer, 10);
message.qos = QOS0;
message.payload = (void *)buffer;
message.payloadLen = strlen(buffer);
aws_iot_mqtt_publish(&aws_client, TEMP_TOPIC, strlen(TEMP_TOPIC), &message);
itoa(hum, buffer, 10);
message.payloadLen = strlen(buffer);
aws_iot_mqtt_publish(&aws_client, HUM_TOPIC, strlen(HUM_TOPIC), &message);
}
3.6 测试应用程序
- 上传固件并启动串口监视器：
(penv)$ pio run -t upload && pio device monitor
- 启动
mosquitto_sub客户端等待消息：
$ mosquitto_sub --cafile AmazonRootCA1.pem --cert my_sensor1.cert.pem --key my_sensor1.private.key -d -h <endpointAddress> -p 8883 -t home/temperature/1
- 启用设备：
$ mosquitto_pub --cafile AmazonRootCA1.pem --cert my_sensor1.cert.pem --key my_sensor1.private.key -d -h <endpointAddress> -p 8883 -t home/1/enable -m '1'
通过以上步骤，我们完成了将 ESP32 设备连接到 AWS IoT 并开发应用程序的过程。不同的云平台各有特点，开发者可以根据项目需求选择合适的平台。
无云不 IoT：云平台与服务
4. 各云平台特点对比
为了更清晰地了解各个云平台的特点，我们可以通过以下表格进行对比：
|云平台|主要特点|适用场景|
| ---- | ---- | ---- |
|AWS IoT|服务种类丰富，涵盖控制、设备软件和数据服务等多个方面；拥有强大的生态系统和广泛的开发者社区|大型企业级 IoT 项目，对功能完整性和扩展性要求较高的场景|
|Azure IoT|提供全面的 IoT 解决方案，支持零接触设备预配和 Plug and Play 功能；与微软的其他云服务集成紧密|已经广泛使用微软技术栈的企业，希望实现统一管理和开发的 IoT 项目|
|Google IoT Core|提供单个 API 管理大量设备，简化设备管理流程；与 Google 的大数据和机器学习服务结合紧密|需要处理海量设备数据，并借助 Google 强大数据分析能力的 IoT 项目|
|阿里云 IoT 平台|具备设备连接、消息通信、设备管理等全面功能；提供丰富的 SDK 和工具，易于开发|国内企业的 IoT 项目，尤其是对本地化服务和支持有需求的场景|
5. 云平台选择建议
在选择云平台时，可以参考以下流程图：
graph LR
A[项目规模] --> B{大型项目}
B -->|是| C{对功能扩展性要求高}
C -->|是| D(AWS IoT)
C -->|否| E{使用微软技术栈}
E -->|是| F(Azure IoT)
E -->|否| G{需要处理海量数据}
G -->|是| H(Google IoT Core)
G -->|否| I{国内项目}
I -->|是| J(阿里云 IoT 平台)
I -->|否| K(综合评估)
B -->|否| L{国内项目}
L -->|是| J(阿里云 IoT 平台)
L -->|否| K(综合评估)
以下是具体的选择建议：
1. 项目规模和复杂度 ：如果是大型、复杂的 IoT 项目，需要多种服务和功能的支持，AWS IoT 可能是一个不错的选择。它提供了丰富的服务类别，能够满足不同层次的需求。
2. 技术栈兼容性 ：如果企业已经广泛使用微软的技术栈，Azure IoT 可以更好地与现有系统集成，实现统一管理和开发。
3. 数据处理能力 ：对于需要处理海量设备数据，并希望借助强大的数据分析能力的项目，Google IoT Core 结合 Google 的大数据和机器学习服务，能够提供更高效的解决方案。
4. 本地化服务 ：国内的 IoT 项目，阿里云 IoT 平台提供了丰富的本地化服务和支持，并且易于开发和使用。
6. 总结与展望
通过本文的介绍，我们了解了常见的云 IoT 平台，包括 AWS IoT、Azure IoT、Google IoT Core 和阿里云 IoT 平台的特点和功能。同时，详细介绍了如何将 ESP32 设备连接到 AWS IoT 并开发应用程序的具体步骤。
在未来的 IoT 发展中，云平台将继续发挥重要作用。随着技术的不断进步，云平台将提供更强大的功能和更高效的服务，例如更智能的数据分析、更安全的设备管理等。开发者可以根据项目的需求和特点，选择合适的云平台，实现更高效、更智能的 IoT 应用开发。
希望本文能够为你在 IoT 云平台的选择和开发过程中提供帮助，让你能够更好地利用云平台的优势，推动 IoT 项目的成功实施。
以上就是关于无云不 IoT：云平台与服务的相关内容，希望对你有所帮助。如果你在实际应用中遇到问题，欢迎在评论区留言交流。
扫一扫
56
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
