謝作如

寒假期間，忙里偷閑設(shè)計(jì)了一個(gè)名叫“sfarm”的開(kāi)源智慧農(nóng)場(chǎng)方案。sfarm采用了應(yīng)用最廣泛的MQTT協(xié)議，多節(jié)點(diǎn)設(shè)備匯集到一個(gè)服務(wù)器上，不僅能自動(dòng)灌溉，還實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，定時(shí)采集各種數(shù)據(jù)。方案中涉及的開(kāi)源硬件、傳感器、電磁閥和其他灌溉設(shè)備，在淘寶上都能買(mǎi)到，因而得到了很多朋友的關(guān)注。其中福州連江五中的盧老師就在學(xué)校的大花壇上部署了一套，運(yùn)行效果很好。

雖然系統(tǒng)運(yùn)行正常，但很快就產(chǎn)生了新的需求：當(dāng)有嘉賓或者學(xué)生來(lái)參觀智慧農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)的時(shí)候，如何快速展示這一系統(tǒng)的“物聯(lián)”功能？畢竟打開(kāi)SIoT（MQTT服務(wù)器）的Web管理頁(yè)面，再進(jìn)行演示總不夠便捷，也難以體現(xiàn)個(gè)性化。這就需要寫(xiě)一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序，對(duì)接入的各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行直觀的管理。當(dāng)然，我們期望這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)難度不能太高，最好學(xué)生也能夠開(kāi)發(fā)。這樣，智慧農(nóng)場(chǎng)就和學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)、編程學(xué)習(xí)密切結(jié)合起來(lái)了。

● 用Web方式開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的優(yōu)勢(shì)分析

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)有很多種方式可以選擇，比較常見(jiàn)的是用VB、C#之類的語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)，但是開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序要運(yùn)行在電腦上，無(wú)論是演示還是平時(shí)管理都不夠靈活。用App inventor編寫(xiě)一個(gè)手機(jī)App也是不錯(cuò)的選擇，技術(shù)門(mén)檻也低，中學(xué)生大都能參與編寫(xiě)。但美中不足的是，這個(gè)App要事先安裝，而且只能運(yùn)行在安卓手機(jī)上，不夠靈活且不具備普適性。

用類Scratch的軟件來(lái)編寫(xiě)應(yīng)用程序，也是可行的一種選擇，如Mind+（一款圖形化編程軟件）內(nèi)置了MQTT模塊，可以編寫(xiě)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序。Mind+的門(mén)檻很低，小學(xué)生也能夠編寫(xiě)出一個(gè)非常個(gè)性化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。但遺憾的是，Mind+的代碼不能脫離Mind+環(huán)境運(yùn)行，也不能編譯為一款獨(dú)立的軟件。

毫無(wú)疑問(wèn)，最靈活的方式肯定是采用B/S架構(gòu)，編寫(xiě)一個(gè)單獨(dú)的管理網(wǎng)頁(yè)，即WebApp。在服務(wù)器上運(yùn)行該程序，任何手機(jī)的瀏覽器都能打開(kāi)這個(gè)特定的網(wǎng)頁(yè)，看到各種采集的數(shù)據(jù)，還可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)按鈕來(lái)控制“澆水”。這樣的應(yīng)用場(chǎng)景顯然很“智能”很“貼心”，但遺憾的是，編寫(xiě)WebApp一般需要掌握一定的網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)技術(shù)，而目前學(xué)生普遍缺少這方面的編程基礎(chǔ)。

● 用Python開(kāi)發(fā)WebApp

能不能用Python來(lái)編寫(xiě)WebApp？現(xiàn)在的中學(xué)信息技術(shù)教材幾乎都采用Python語(yǔ)言了，如果能夠用Python來(lái)編寫(xiě)網(wǎng)頁(yè)，學(xué)生就不需要學(xué)習(xí)HTML、JS和CSS等網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)技術(shù)。當(dāng)然，答案是肯定的，一個(gè)名叫“Remi”的Python庫(kù)，就是用來(lái)開(kāi)發(fā)WebApp的。

1.Remi庫(kù)簡(jiǎn)介

Remi是一個(gè)用于Python應(yīng)用程序的GUI庫(kù)，它將應(yīng)用程序的界面轉(zhuǎn)換為HTML，以便在Web瀏覽器中呈現(xiàn)。嚴(yán)格地說(shuō)，我們不能用Remi庫(kù)來(lái)編寫(xiě)傳統(tǒng)的網(wǎng)站，而只將他當(dāng)成Web形式的Tkinter庫(kù)（Python最經(jīng)典的圖形界面庫(kù)）來(lái)使用。如果要做網(wǎng)站，還是要老老實(shí)實(shí)學(xué)點(diǎn)前端知識(shí)，然后結(jié)合Python的Flask框架來(lái)開(kāi)發(fā)。

2.Remi庫(kù)的安裝

Remi可以采用pip命令安裝，具體如下：

pip install remi

3.Remi庫(kù)的代碼示例（如圖1）

運(yùn)行這段代碼后，瀏覽器會(huì)自動(dòng)打開(kāi)一個(gè)本地的網(wǎng)址，出現(xiàn)如圖2所示的界面。將“127.0.0.1”換成IP地址，就能通過(guò)其他電腦、手機(jī)的瀏覽器來(lái)訪問(wèn)了。

點(diǎn)擊“請(qǐng)點(diǎn)擊這里”按鈕，界面會(huì)發(fā)生變化，如圖3所示。不用寫(xiě)復(fù)雜的JS代碼，在Remi的支持下，網(wǎng)頁(yè)交互就變得這么簡(jiǎn)單。

如果需要了解更多關(guān)于Remi庫(kù)的資源，可以訪問(wèn)github或者官方文檔。

github地址：https：//github.com/dddomodossola/remi

文檔地址：https：//remi.readthedocs.io/en/latest/

● 基于Remi編寫(xiě)基于Web的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序

既然是編寫(xiě)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序，那么肯定還需要安裝siot庫(kù)。這也是“虛谷物聯(lián)”團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的Python庫(kù)，因?yàn)镸QTT的官方Python庫(kù)（paho-mqtt）編寫(xiě)出來(lái)的代碼冗長(zhǎng)，不好理解，于是委托上海蘑菇云團(tuán)隊(duì)在paho-mqtt的基礎(chǔ)上進(jìn)行了新的封裝。siot庫(kù)可以通過(guò)pip命令來(lái)安裝，命令如下：

pip install siot

1.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的工作流程

因?yàn)椤皊farm”每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有采集土壤、光線信息的功能，都具備單獨(dú)的電磁閥，用物聯(lián)網(wǎng)消息來(lái)控制。那么，這個(gè)應(yīng)用程序既需要顯示消息，又要能夠發(fā)送消息（控制指令），工作流程如圖4所示。其實(shí)，絕大多數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序，都需要同時(shí)具備訂閱和發(fā)送消息功能。

2.核心代碼1：物聯(lián)網(wǎng)消息的訂閱

因?yàn)橐瑫r(shí)訂閱多個(gè)主題的消息，代碼中采用了“定點(diǎn)存放定時(shí)處理”的方式，即先將接收到的消息放在一個(gè)字典（topic_msg_map）中，然后定時(shí)在字典中查找是否有新消息，讀取新消息后就刪除這一消息，避免重復(fù)讀取。參考代碼如下頁(yè)圖5所示。

3.核心代碼2：物聯(lián)網(wǎng)消息的顯示

顯示消息需要不斷刷新網(wǎng)頁(yè)組件中的文字，這需要啟動(dòng)一個(gè)新的進(jìn)程來(lái)處理，然后在這個(gè)進(jìn)程中不斷循環(huán)讀取字典（topic_msg_map）中的消息。參考代碼如圖6所示。

4.核心代碼3：物聯(lián)網(wǎng)消息的發(fā)送

消息發(fā)送通過(guò)“澆水”按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。參考代碼如圖7所示。

5.核心代碼4：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的切換

sfarm是一個(gè)多節(jié)點(diǎn)工作的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，因而需要加上設(shè)備切換功能，比較簡(jiǎn)單的做法是用一個(gè)列表（project_list）記錄需要呈現(xiàn)的設(shè)備名稱，然后在切換時(shí)修改全局變量（id）。參考代碼如下頁(yè)圖8所示。

● 運(yùn)行效果和反饋

Python的神奇，就在于其擁有無(wú)窮無(wú)盡的“庫(kù)”，能夠用來(lái)快速解決問(wèn)題。從找到Remi庫(kù)到寫(xiě)出代碼，我僅僅花了一個(gè)晚上的時(shí)間，這種編程的感覺(jué)特別好。最終的代碼運(yùn)行效果如下頁(yè)圖9所示。

福州連江五中的盧老師將代碼運(yùn)行在sfarm系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器上，然后將訪問(wèn)地址做成二維碼，用手機(jī)掃碼（手機(jī)要能夠訪問(wèn)服務(wù)器）的方式來(lái)打開(kāi)這個(gè)網(wǎng)頁(yè)，效果很不錯(cuò)，如下頁(yè)圖10所示。從難度上看，只要有Python編程基礎(chǔ)，就能編出類似的程序。他正在將這方面的內(nèi)容開(kāi)發(fā)成一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)課程，讓學(xué)生真正參與到sfarm的開(kāi)發(fā)和維護(hù)中。

完成了這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用后，最大的收獲并不是解決了sfarm系統(tǒng)的演示問(wèn)題，而在于找到了一種設(shè)計(jì)Python程序界面的新方法。例如，可以用Remi庫(kù)寫(xiě)一個(gè)基于Web的校園氣象站、攝像頭遠(yuǎn)程控制程序等。相對(duì)來(lái)說(shuō)，用Remi庫(kù)開(kāi)發(fā)WebApp，比Flask（一個(gè)Python開(kāi)發(fā)的Web框架）要簡(jiǎn)單得多，后者需要了解大量的HTML、JS和CSS之類的知識(shí)，對(duì)中學(xué)生來(lái)說(shuō)門(mén)檻略高了一些。