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物联数据需采集
第四单元 简单物联功能实践
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熟悉利用传感器获取数据的方法，能够根据需要选择常见的传感器。
进一步熟悉从互联网中获取数据的方法。
讲 授 新 课
数据是系统的基础，要搭建一个物联系统，首先要实现数据采集与传输。
导 入 新 课
1. 如何利用传感器采集环境数据？
2. 如何利用网络接口获取天气数据？
3. 如何存储数据？
利用传感器获取数据
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ART01
讲 授 新 课
获取不同的环境数据需要不同的传感器。在物联花盆系统项目中，需要使用温湿度传感器、土壤湿度传感器和光敏传感器。
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拓
展
与
提
升
在物联花盆系统项目中使用的光敏传感器和土壤湿度传感器都以模拟信号输出数据，温湿度传感器输出的是数字信号。不过在当前主流的主控板中，每个引脚都具备读取模拟信号和数字信号的功能。因此只需要在主控板或其配套扩展板上找任意的3个接口分别与温湿度传感器、土壤湿度传感器、光敏传感器的数据接口相连。
从互联网获取数据
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ART02
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互联网上有很多公共数据监测网站，我们可以利用API来调用数据。例如，互联网中有很多免费的天气预报API供人们调用。
学 习 活 动
获取天气数据
1. 调用天气预报数据接口，获取未来两天的天气预报数据，并解析出第二天的天气信息，主要代码如图17.1所示。
2. 可以得到第二天的天气预报数据，如“多云-晴”
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拓
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与
提
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数据要经过协议进行交换，数据的格式很重要。通过Web协议进行交换的数据格式中，具有代表性的包括XML和JSON，XML的格式比JSON更容易理解。
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拓
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但XML的字符数较多，数据量较大。相对而言，JSON比XML字符数少，数据量也小。本项目中，接口返回的JSON数据经过解析后为字典结构。
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与
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首先，整个返回结果是一个字典结构。其中的data键值包含了主要的天气预报数据。进一步解析data键值中的内容，可以找到list键值中包含的列表，分别用来存储当天和第二天的天气预报。对第二天的天气数据进行进一步解析，可以得到第二天的天气是“多云”“晴”。
学 习 活 动2
1.通过查询API提供商的资料，获得自己所在城市的编号。
2.通过教师提供的API密钥，向API发送请求并获得天气预报数据。
配置物联网服务平台
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ART03
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主控板负责实时读取传感器的数据，并对这些数据进行整理后发送到物联网服务平台，这样做不仅可以在服务平台实时看到环境数据，还可以方便地汇总来自不同数据采集端的数据，也为后续数据分析提供便利。
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在物联花盆系统中，既可以搭建本地MQTT服务器作为物联网服务平台，也可以使用在线MQTT服务器。
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1. 使用不同的主题存储不同的数据。物联花盆系统项目可以按照温度、光照强度、土壤湿度数据添加3个主题。
2. 按照项目需求添加设备。考虑到物联数据的安全性，接入物联系统的设备需要进行身份认证，可以根据项目的终端设备数量添加，并与主控板对应，服务平台会为每个主控板分配用户名和密码。
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3. 记录主题ID以及设备ID、用户名和密码等信息。项目运行时，主控板需要通过用户名和密码进行身份验证后连接MQTT服务器；通过主题ID识别对应的主题，实现发布和订阅功能；通过设备ID识别不同的主控板。
实现传输与存储数据
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ART04
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在物联系统中，物联网服务平台负责数据的存储与转发，主控板负责读取传感器数据并通过网络发送给物联网服务平台。在物联花盆系统中，主控板要先连接网络，再连接到物联网服务平台，然后不停地读取传感器的数据，并把这些数据上传到服务平台，系统核心流程图如图所示。
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1. 主控板在运行时本身没有数据输出，可以用哪些方法来显示主控板的运行状态？
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可以在每次采集传感器数据时，通过oled.print( )方法显示数据值。如果这个值在变化，说明主控板运行正常。
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2. 当要采集的环境数据较多时，主题的数量也会增加。如果把所有的环境数据都上传到同一个主题，如何进行数据字段的区分？
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可以将多个数据进行字符串拼接，并在不同数据间加入分隔符，如温度、光照强度、湿度数据分别为20、1500、500时，可以向MQTT服务器发送字符串“20-1500-500”。在后续数据处理时，可以通过split( )将字符串分割为对应的温度、光照强度和湿度数据。
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3. 温度、土壤湿度等环境数据往往不会快速变化，为了减少数据冗余，如何实现检测到数据发生变化时才上传新的数据？
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可以在程序中添加临时变量。当新读取到的数据和临时变量不同时上传新的数据，并更新临时变量的值为新读取的值。否则就说明没有数据变化，无须上传。
学 习 活 动3
采集并传输传感器数据
1. 连接主控板与温湿度传感器、土壤湿度传感器和光敏传感器。
2. 利用传感器采集环境数据，并向MQTT服务器中相应主题发送数据，
主要代码如图17.3所示。
3. 将程序烧录到主控板。
通过上面的案例可以看出，传感器可以很方便地获取周围的环境数据，
帮助人们更好地了解现实世界。
学 习 活 动3
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1. 结合身边的物联网案例，说一说物联网的数据来源有哪些。
2. 请从便捷性、覆盖范围、数据安全性等角度比较本地MQTT服务器和在线MQTT服务器，说说各自的优点与缺点。

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