人工智能应用实操：手把手教你用 Python 控制 IoT 智能硬件

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发布于: 2020 年 12 月 07 日
人工智能和机器学习的火热，将Python语言的热度带到了一个新高度，朋友圈经常刷到的Python小课，甚至让很多非技术的同学一度怀疑，不会点Python都不好意思说自己是现代人。关于Python的基础知识，网上内容很多，感兴趣的都可以找到大量资料学习。本篇文章，我主要从一些读者关注的问题出发，比如在各种IoT智能设备普及的今天，如何利用Python去控制智能硬件，实现一些功能演示呢？比如我们可以利用Python控制灯泡的开关、亮度调节、颜色变化等等。
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实际上，这些控制硬件设备的能力，并不需要你完全自己去开发程序实现，通过现成的平台，通过简单的Python代码编程，就可以实现智能设备的控制和交互，真正让你掌握软件和硬件能力的打通。
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物料清单硬件：一款智能硬件设备，任何 Powered By Tuya 设备皆可，您也可以前往涂鸦智选平台采购样品。
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软件：一款 Python IDE，例如 PyCharm、VS Code、IDLE 等
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步骤第 1 步：创建云开发项目想要使用涂鸦API，您需要先在 涂鸦云开发平台 创建一个项目。
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创建成功后，在项目详情页面，您可以获得授权密钥（Access ID 和 Access Secret 的组合）。请复制出来妥善保管，调用 API 时您需要用到授权密钥。
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第 2 步：关联设备到项目使用涂鸦 OpenAPI 主要是为了控制智能设备，所以我们需要先将设备关联到云开发项目中。
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设备关联方式
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涂鸦提供了4种关联设备的维度：
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由于前 3 种需要您开发智能硬件产品或移动应用，为了快速体验 IoT 应用构建流程，本文使用第 4 种方式关联设备关联。
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推荐方式一：使用涂鸦智能 App 添加智能设备
推荐方式二：添加虚拟设备
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如果您没有可用的 Powered By Tuya 设备，您还可以通过添加虚拟设备来完成调试。
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关联产品下的设备：通过产品 PID 关联您开发的智能设备。
关联微信小程序配网添加的设备：通过 App schema 关联您开发的小程序下的设备。
关联 App 配网添加的设备：通过 App schema 关联您开发的 App 下的设备。
关联 App 账号下的设备：通过使用涂鸦智能 App 关联您的 IoT 账号里配网的设备。
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在手机里安装涂鸦智能 App 或智能生活 App。
将智能设备配网到 App。
打开云开发 关联设备 页面。
选择 关联 App 账号下的设备 页签。
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智能设备关联到云开发项目后，您可以在 设备管理 > 设备列表 查看到通过各种方式关联的设备。
添加完成后，可以先将设备 ID 复制出来备用，假设您获取的设备 ID 为6c7asa9b55fs632c12zcwy。
打开云开发 虚拟设备 页面。
选择 添加虚拟设备。
选择一款产品，然后选择 添加虚拟设备 > 关联到涂鸦 App 账号。
使用涂鸦智能 App 进行扫码即可将账号下的虚拟设备授权给云开发项目使用。虚拟设备都被独立放置在 设备管理 > 虚拟设备 页面。
添加完成后，可以先将设备 ID 复制出来备用，假设您获取的虚拟设备 ID 为 vdevo160544422718591。
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第 3 步：申请 API 调用权限涂鸦 IoT 平台 OpenAPI 默认是非开通状态，您需要以分组为单位发起 API 开通申请方可使用。如果您调用未开通的 API，将产生权限不足的调用错误。
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本文操作中，您需要在 云开发 API 分组页面 申请的 API 分别为 授权管理、设备管理、设备控制。
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至此，在涂鸦云开发平台上的准备工作已经完成，接下来请选择任意一个Python IDE 进行接下来的编程实践。
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第 4 步：调用 API 控制设备本步骤中所有涉及的 Python 代码已经打包生成为 python_iot_code_sample.py，您可以提前下载使用。
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4.1 获取 access_token
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涂鸦 IoT 采用 HMAC-SHA256 创建摘要，根据不同应用场景，云开发平台提供两套签名算法。其中，令牌管理接口（获取令牌、刷新令牌）算法如下：
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sign = HMAC-SHA256(client_id + t, secret).toUpperCase()
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以下为对应的 Python 应用代码逻辑：
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# 从云开发项目获得的授权密钥
client_id = '3meqtq4x9wr22a90lee4'
secret = '7b121dd8196043f3b6944250fa3ad4ab'
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# 各接口使用方请根据自身所在区域调用相应接口。
# 中国区 https://openapi.tuyacn.com  
# 美洲区 https://openapi.tuyaus.com  
# 欧洲区 https://openapi.tuyaeu.com   
# 印度区 https://openapi.tuyain.com
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base = 'https://openapi.tuyacn.com'
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# 签名算法函数
def calc_sign(msg,key):
  import hmac
  import hashlib
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  sign = hmac.new(msg=bytes(msg, 'latin-1'),key = bytes(key, 'latin-1'), digestmod = hashlib.sha256).hexdigest().upper()
  return sign
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import time
import requests
t = str(int(time.time()*1000))
r = requests.get(base+'/v1.0/token?grant_type=1',
                 headers={
                    'client_id':client_id,
                    'sign':calc_sign(client_id+t, secret),
                    'secret':secret,
                    't':t,
                    'sign_method':'HMAC-SHA256',
                  })
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res = r.json()['result']
print(res)
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4.2 编写通用请求函数所有业务 API 都需要带公共参数，为了避免重复繁琐的操作，建议您编写 GET 和 POST 请求，方便后续使用。同时，业务接口的签名算法与之前步骤中获取 Token 时使用的不同，算法如下：
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sign = HMAC-SHA256(client_id + access_token + t, secret).toUpperCase()
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以下为对应的 Python 应用代码逻辑：
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import json
# get 请求函数
def GET(url, headers={}):
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  t = str(int(time.time()*1000))
  default_par={
      'client_id':client_id,
      'access_token':res['access_token'],
      'sign':calc_sign(client_id+res['access_token']+t, secret),
      't':t,
      'sign_method':'HMAC-SHA256',  
      }
  r = requests.get(base + url, headers=dict(default_par,**headers))
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  r = json.dumps(r.json(), indent=2, ensure_ascii=False) # 美化request结果格式，方便打印查看
  return r
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# post 请求函数
def POST(url, headers={}, body={}):
  import json
  t = str(int(time.time()*1000))
﻿
  default_par={
      'client_id':client_id,
      'access_token':res['access_token'],
      'sign':calc_sign(client_id+res['access_token']+t, secret),
      't':t,
      'sign_method':'HMAC-SHA256',  
      }
  r = requests.post(base + url, headers=dict(default_par,**headers), data=json.dumps(body))
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  r = json.dumps(r.json(), indent=2, ensure_ascii=False) # 美化request结果格式，方便打印查看
  return r
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4.3 双向控制设备通过 获取设备最新状态 的 API，您可以获得设备的最新状态，需要使用设备 ID 作为参数调用 API。
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以下为对应的 Python 应用代码逻辑：
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# 云开发项目里关联设备的ID
device_id = '65057368c44f3380cc4b'
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r = GET(url=f'/v1.0/devices/{device_id}/status')
print(r)
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返回结果示例如下所示，更多详情，请参考智能设备的 指令集：
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{
  "result": [
    {
      "code": "switch",
      "value": true
    },
    {
      "code": "countdown_1",
      "value": 0
    },
    {
      "code": "cur_current",
      "value": 68
    },
    {
      "code": "cur_power",
      "value": 3
    },
    {
      "code": "cur_voltage",
      "value": 2125
    }
  ],
  "success": true,
  "t": 1606880360840
}
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在控制一个未知的设备之前，有时您并不知道可以下发哪些指令来控制设备。这时就可以先用这个 API 获得这个设备所有可用的控制指令，然后再下发具体指令来控制设备。
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r = GET(url=f'/v1.0/devices/{device_id}/functions')
print(r)
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以智能插座为例，返回结果示例如下：
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{
  "result": {
    "category": "cz",
    "functions": [
      {
        "code": "switch",
        "desc": "[插座]开关",
        "name": "开关",
        "type": "Boolean",
        "values": "{}"
      },
      {
        "code": "countdown_1",
        "desc": "开关1倒计时",
        "name": "开关1倒计时",
        "type": "Integer",
        "values": "{\"unit\":\"s\",\"min\":0,\"max\":86400,\"scale\":0,\"step\":1}"
      }
    ]
  },
  "success": true,
  "t": 1606880309547
}
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获取到设备指令集后，您可以调用 下发设备指令 API 来控制智能设备。
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# 根据该设备的控制指令集组装参数
d = {"commands":[{"code":"switch","value":True},]}
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r = POST(url=f'/v1.0/devices/{device_id}/commands', body=d)
print(r)
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返回结果示例：
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{
  "result": true,
  "success": true,
  "t": 1606880463013
}
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详情 ：基于涂鸦云开发平台的 Python IoT 开发实践 (tuya.com)
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小结本文介绍了如何使用 Python 基于涂鸦云开发平台，调用基础 API 控制一个智能设备。由于 Powered By Tuya 设备体系严格的统一性，您可以将这个控制方式拓展到所有 Powered By Tuya 设备中。让您无需考虑设备异构性，能够快速构建 IoT 应用和服务。
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