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[教程] 用 Arduino IDE 开发一个智能厕所『回帖有奖』

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发表于 2018-12-26 13:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 cxlwill 于 2018-12-26 14:30 编辑


概述

由于互联网公司悬殊的男女比例,以及厕所占地面积的限制,各位男同胞每天都要在特殊味道的包围下等待有限的坑位。我们在想能不能利用物联网技术做一个低成本的解决方案,让男同胞们不需要亲自去现场的情况下也能得知坑位的空余情况(像停车场一样),基于阿里云 IoT 的一站式开发平台——Link Develop 和 Arduino IDE 开发一个 IoT 的智能厕所。

技术架构

前期准备硬件

NodeMCU x9,PIR传感器 x9,1800mAh LiPo电池 x9,防水盒子 x9,usb mini 连接线 x1

软件

Arduino IDE

平台

阿里云账号,Link Develop平台权限开通

具体实施建立设备模型

设备模型可以理解为一个类,或者一个模板。它规定了某种设备下的共有属性,并且允许你批量实例化设备。

进入Link Develop平台,跟其他云产品一样,需要先完成基本的入驻信息填写。

接下来我们会进入到一个项目空页面,我们需要在页面顶部点击“新建设备模型”。打开设备模型弹窗,输入名称以及定义类别,这里我们选择“自定义类型”即可。然后进入到设备模型的详情页之后,添加标准功能——输入红外——选择红外检测状态。我们就完成了一个可以上报红外检测数据的设备模型了。这个模型已经满足我们的需求。

然后我们需要实例化我们的厕所监控设备,在设备模型详情页里点击“测试设备”tab。然后依次创建9个不同设备名称(deviceName)的测试设备。每个设备建立完成后都有一个ProductKey,DeviceName和DeviceSecret,我们简称为“三元组”,接下来我们还会用到这个。

做完这些步骤之后,设备模型的建立与实例化就OK了。接下来我们进入Arduino代码编写。

硬件开发

PIR只有三个口,分别是VCC,GND和输出口。接线方法如下(NodeMCU的D7相当于arduino里的Pin 13)

然后接上usb线。打开arduino IDE。复制以下代码:


kittenblock中小学创客名师推荐的图形化编程软件

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <ArduinoJson.h>

#define SENSOR_PIN    13


/* 连接您的WIFI SSID和密码,这个9个设备可以一致 */
#define WIFI_SSID         "yourssid"
#define WIFI_PASSWD       "yourwifipassword"


/* 产品的三元组信息,根据9个测试设备的三元组,每个设备都烧录不同的*/
#define PRODUCT_KEY       "yourproductKey"
#define DEVICE_NAME       "yourdeviceName"
#define DEVICE_SECRET     "yourdeviceSecret"

/* LD线上环境域名和端口号,不需要改 */
#define MQTT_SERVER       PRODUCT_KEY".iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com"
#define MQTT_PORT         1883
#define MQTT_USRNAME      DEVICE_NAME "&" PRODUCT_KEY

// TODO: MQTT连接的签名信息,哈希加密请以"clientIdtestdeviceName"+设备名称+"productKey"+设备模型标识+“timestamp123456789”前往http://tool.oschina.net/encrypt?type=2进行加密
// HMACSHA1_SRC  clientIdtestdeviceNamehuman04productKeya1rezUVs103timestamp123456789
#define CLIENT_ID         "test|securemode=3,timestamp=123456789,signmethod=hmacsha1|"
#define MQTT_PASSWD       "e0748281f8db36e12cac478801318f95ae821ba7"

#define ALINK_BODY_FORMAT         "{\"id\":\"123\",\"version\":\"1.0\",\"method\":\"%s\",\"params\":%s}"
#define ALINK_TOPIC_PROP_POST     "/sys/" PRODUCT_KEY "/" DEVICE_NAME "/thing/event/property/post"
#define ALINK_TOPIC_PROP_POSTRSP  "/sys/" PRODUCT_KEY "/" DEVICE_NAME "/thing/event/property/post_reply"
#define ALINK_TOPIC_PROP_SET      "/sys/" PRODUCT_KEY "/" DEVICE_NAME "/thing/service/property/set"
#define ALINK_METHOD_PROP_POST    "thing.event.property.post"



unsigned long lastMs = 0;

WiFiClient    espClient;
PubSubClient  client(espClient);


void callback(char *topic, byte *payload, unsigned int length)
{
    Serial.print("Message arrived [");
    Serial.print(topic);
    Serial.print("] ");
    payload[length] = '\0';
    Serial.println((char *)payload);
    
    if (strstr(topic, ALINK_TOPIC_PROP_SET))
    {
        StaticJsonBuffer<100> jsonBuffer;
        JsonObject& root = jsonBuffer.parseObject(payload);
        if (!root.success())
        {
            Serial.println("parseObject() failed");
            return ;
        }


    }
}


void wifiInit()
{
    WiFi.mode(WIFI_STA);
    WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWD);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
    {
        delay(1000);
        Serial.println("WiFi not Connect");
    }
  
    Serial.println("Connected to AP");
    Serial.println("IP address: ");
    Serial.println(WiFi.localIP());
    
    client.setServer(MQTT_SERVER, MQTT_PORT);   /* 连接WiFi之后,连接MQTT服务器 */
    client.setCallback(callback);
}


void mqttCheckConnect()
{
    while (!client.connected())
    {
        Serial.println("Connecting to MQTT Server ...");
        if (client.connect(CLIENT_ID, MQTT_USRNAME, MQTT_PASSWD))
      
        {
            
            Serial.println("MQTT Connected!");
            // client.subscribe(ALINK_TOPIC_PROP_POSTRSP);
            client.subscribe(ALINK_TOPIC_PROP_SET);
            Serial.println("subscribe done");
        }
        else
        {
            Serial.print("MQTT Connect err:");
            Serial.println(client.state());
            delay(5000);
        }
    }
}


void mqttIntervalPost()
{
    char param[32];
    char jsonBuf[128];
    
    sprintf(param, "{\"MotionAlarmState\":%d}", digitalRead(13));
    sprintf(jsonBuf, ALINK_BODY_FORMAT, ALINK_METHOD_PROP_POST, param);
    Serial.println(jsonBuf);
    client.publish(ALINK_TOPIC_PROP_POST, jsonBuf);
}


void setup() 
{

    pinMode(SENSOR_PIN,  INPUT);
    /* initialize serial for debugging */
    Serial.begin(115200);
    Serial.println("Demo Start");

    wifiInit();
}

     
// the loop function runs over and over again forever
void loop()
{
    if (millis() - lastMs >= 5000)
    {
        lastMs = millis();
        mqttCheckConnect(); 
    
        /* 上报 */
        mqttIntervalPost();
    }
    
    client.loop();
    if (digitalRead(SENSOR_PIN) == HIGH){
    Serial.println("Motion detected!");
    delay(2000);
      }
    else {
    Serial.println("Motion absent!");
    delay(2000);
  }
  
}


这里有几段代码需要解释一下:


引用库

kittenblock中小学创客名师推荐的图形化编程软件

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <ArduinoJson.h>


如果之前没有使用过arduino,这些库不是arduino自带的,需要去import一下。以ArduinoJson为例,具体操作方法见下图:

另外板子型号要选对,如下图所示

以及PubSubClient需要修改一下心跳频率为60。方法为打开Arduino的libraries文件(mac中路径为:/Users/用户名/Documents/Arduino/libraries/pubsubclient/src/PubSubClient.h),然后用文本编辑器打开,编辑下图字段:



修改WiFi

kittenblock中小学创客名师推荐的图形化编程软件

#define WIFI_SSID         "yourssid"
#define WIFI_PASSWD       "yourwifipassword"


这里要输入你家的wifi SSID(即wifi名称)和密码。如下图红框内wifi,SSID即“TOM”(注意大小写),密码是“123456”



修改三元组

kittenblock中小学创客名师推荐的图形化编程软件

/* 产品的三元组信息,根据9个测试设备的三元组,每个设备都烧录不同的*/
#define PRODUCT_KEY       "yourproductKey"
#define DEVICE_NAME       "yourdeviceName"
#define DEVICE_SECRET     "yourdeviceSecret"


这里就是之前说的三元组,把不同设备的对应三元组填入即可。



修改HashMAC密钥

kittenblock中小学创客名师推荐的图形化编程软件

// TODO: MQTT连接的签名信息,哈希加密请以"clientIdtestdeviceName"+设备名称+"productKey"+设备模型标识+“timestamp123456789”前往http://tool.oschina.net/encrypt?type=2进行加密
// HMACSHA1_SRC  clientIdtestdeviceNamehuman04productKeya1rezUVs103timestamp123456789
#define CLIENT_ID         "test|securemode=3,timestamp=123456789,signmethod=hmacsha1|"
#define MQTT_PASSWD       "e0748281f8db36e12cac478801318f95ae821ba7"

Link Develop平台为了保证安全性,设备上传数据的时候需要验证身份。因此需要为每个设备配置不同的Hmac值。方法是先组合一段字段: "clientIdtestdeviceName"+设备名称+"productKey"+设备模型标识+“timestamp123456789” 例如刚才截图的三元组,字段是 clientIdtestdeviceNamehuman01productKeya1rezUVs103timestamp123456789 写完这个字段之后,前往这里进行加密。选择HmacSHA1方法,以上面的字段为明文,deviceSecret为密钥。见下图:

可以得到如下的密文: e30657f36e7ded9a2781bba97b0dee79e8fa31b6 然后替换掉MQTT_PASSWD原来的字段即可。

完成代码编译之后,选择好对应的开发板和烧录线即可进行上传。通电之后可以查看串口以及Link Develop上的测试设备列表看看有否成功上线。


  






应用开发

点击左侧栏的Web应用开发,选择“可视化应用”并输入名称。然后就进入可视化开发Web应用的工作台了。

然后我们需要文字组件用来表示标题等。需要指示灯用来表示当前坑位有没有人的状态。

接下来以坑位1为例举例如何将组件绑定设备。点击右侧面板的“数据”,选择关联设备。这里会显示出所有已经创建的测试设备。选择对应坑位的传感器,之后选择展示的数据(布尔型的红外监测状态)。这样就完成了绑定数据了。

可以通过模拟上线看看是否成功关联。另外有一些个性化的样式也可以自己配置。

接下来就是发挥创造力的时候了。可以上传各种背景图,加各种小样式,做成如图的看板。最后点击右上角预览即可。

这样就完成了一个看板了!不用忍气吞声,直接查看厕所有没有空余坑位! 钉钉推送的教程后续会跟进同步~


部署

这是实体装机的盒子。为了更好的用户体验,我们在盒子上加了一个字条“只检测有人,没有摄像头”,以免用户产生隐私方面的担忧。


部署的时候用了树莓派+显示屏。

造福90%员工的智能厕所解决方案,完成!


欢迎使用阿里云物联网平台

Link Develop(物联网开发平台)是阿里云针对物联网领域提供的端到端一站式开发服务平台,可覆盖各个物联网行业应用场景,主要解决物联网开发领域开发链路长、技术栈复杂、协同成本高、方案移植困难的问题,提供了从硬件开发、服务编排、Web应用开发到移动APP开发全链路的开发流程、框架/引擎和调试工具,并可将成熟的开发产出物对接阿里云云市场进行售卖,为开发者实现商业收益。 相信大家认识到了Link Develop平台的开发能力之后,会有更多更新奇的idea出现,并且借助Link Develop快速实现物联网应用开发!


平台访问地址:https://dev.iot.aliyun.com/sale?source=deveco_online_arduino



回帖附上设计的 Web 应用和 Demo 方案,有神秘限量好礼赠送喔~~






  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-9 09:28
  • 签到天数: 763 天

    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2018-12-26 13:57 | 显示全部楼层
    写得比较详细 给你点个赞
  • TA的每日心情
    开心
    2019-9-11 16:57
  • 签到天数: 32 天

    [LV.5]常住居民I

    发表于 2018-12-26 14:49 | 显示全部楼层
    可以举一反三,开发一下停车位忙闲系统,甚至远程预约停车位
  • TA的每日心情
    开心
    2017-10-19 17:48
  • 签到天数: 45 天

    [LV.5]常住居民I

    发表于 2018-12-26 15:29 | 显示全部楼层
    学习了想学下Link Develop

    该用户从未签到

     楼主| 发表于 2018-12-26 17:02 | 显示全部楼层
    Peter58 发表于 2018-12-26 15:29
    学习了想学下Link Develop

    欢迎欢迎~~ 有问题可以随时在论坛提出
  • TA的每日心情
    开心
    2019-9-29 18:54
  • 签到天数: 10 天

    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2018-12-26 19:01 | 显示全部楼层
    想了一个小问题,如果两个人同时发现一个空的坑位,那就要看谁的速度快了吗?
    可不可以加个东西让厕所很臭时自动散发使空气清新的东西,控制自动喷一些空气清新剂。

    该用户从未签到

     楼主| 发表于 2018-12-27 09:36 | 显示全部楼层
    寝室咯 发表于 2018-12-26 19:01
    想了一个小问题,如果两个人同时发现一个空的坑位,那就要看谁的速度快了吗?
    可不可以加个东西让 ...

    已经支持了哦,使用氨气传感器监测『臭度』
  • TA的每日心情
    奋斗
    2019-8-25 00:01
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    [LV.6]常住居民II

    发表于 2018-12-27 20:36 | 显示全部楼层
    厉害!帮大佬顶贴
  • TA的每日心情
    慵懒
    2019-2-15 15:01
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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2018-12-28 09:16 | 显示全部楼层
    应该在手机上出个小程序,这样就不用到厕所去看了,而且程序上还能预约。不得不说,这个教程很有味道。

    该用户从未签到

     楼主| 发表于 2019-1-2 16:18 | 显示全部楼层
    arduino月色无声 发表于 2018-12-28 09:16
    应该在手机上出个小程序,这样就不用到厕所去看了,而且程序上还能预约。不得不说,这个教程很有味道。 ...

    小程序的想法不错,当时有考虑会不会做得太重,现在是网页可以共享。
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