初探物联网 - 基于Arduino的气象站和View and Data API的结合实例

2023-08-18 23:44:40

如果你参加了上个月在北京的Autodesk 开发者日，你应该看到了我做的关于Arduino的物联网实例演示，如果你没看到，欢迎参加14号在上海的开发者日，到时候我会再演(xian)示(bai)一下。

这是个基于这样一个场景的简单演示。我的一个建筑物上面安装了这样一个温度传感器，随时把当前环境温度上传到云端，在浏览器端可以显示这个建筑物的三维模型和温度变化曲线图。如果温度到达一定的高温，比如大于40度，那可能是起火了，就需要发出高温报警，在三维模型中定位出报警的温度传感器的位置，并发出火警警报。

演示地址 : http://arduiview.herokuapp.com/

继续之前你可能需要阅读一下我前面的两篇文章：

迈出物联网的第一步，玩儿一下Arduino

使用 Arduino 和 LM35 温度传感器监测温度

下面简单介绍一下这个实例系统的实现。下图为系统的架构图， Arduino 和 Viewer都通过REST 的方式和云端的服务器进行通信。Arduino 定时把当前温度通过REST的方式上传，Viewer定时取得温度信息并绘制曲线图，如遇高温则报警。貌似相当简单，这种基于HTTP的REST API方式的一个缺点就是实时性不好，需要进行轮询。后面我做了改进，通过WebSocket和MQTT协议，可以实现更好的实时传输，这个我们后面再说。

下图就是Arduino 和LM 35温度传感器的链接情况。Arduino 本身并没有联网功能，所以还需要一个额外的设备，我采用了CC3000 WiFi Shield模块，在淘宝上也可以买到。把Arduino 和CC3000两个套在一起，然后按照前面文章中提到的方式把温度传感器连接起来即可。

然后我们需要写些代码驱动CC3300 WiFi模块联网。我们可以使用Adafruite CC3000 Library 。在Arduino IDE里面,“Project” –> “Include Libraries” –> “Manage Libraries”, 搜索“CC3000”，找到这个类库安装。然后你可以阅读一下自带的例子。这一点Arduino 做的非常好，每个类库都有完备的实例，拿过来改一下就可以了。

下面我们需要创建云端的服务器，我用node.js来创建并且暴露了一些REST API。其中一个就是用来解释Arduino上传的温度数据的REST API。如下所示：

PUT /sensors/somesensorId/values

body:

{

value : 22

}

node.js中路由部分的代码实现为：

router.route('/sensors/:sensorId/values')

  .get(sensorController.getSensorValues)

  .put(sensorController.appendSensorValues);

.csharpcode, .csharpcode pre
{
font-size: small;
color: black;
font-family: consolas, "Courier New", courier, monospace;
background-color: #ffffff;
/*white-space: pre;*/
}
.csharpcode pre { margin: 0em; }
.csharpcode .rem { color: #008000; }
.csharpcode .kwrd { color: #0000ff; }
.csharpcode .str { color: #006080; }
.csharpcode .op { color: #0000c0; }
.csharpcode .preproc { color: #cc6633; }
.csharpcode .asp { background-color: #ffff00; }
.csharpcode .html { color: #800000; }
.csharpcode .attr { color: #ff0000; }
.csharpcode .alt
{
background-color: #f4f4f4;
width: 100%;
margin: 0em;
}
.csharpcode .lnum { color: #606060; }

下面是sensorController控制器的实现代码。这里没有列出的是，其实后端我还使用的mongoose和mongoDb以便把上传的温度数据保存起来，这样以后就可以做大数据分析了。不过这个例子只是为了演示，我也没保存全部数据，只是保存了最近50多个。

exports.appendSensorValues = function(req,res){  //append

    //we just save 50 + 1 values items to save db spaces

    var MAX_VAULE_ITEM_COUNT = 50;

    var sensorId = req.params.sensorId;

    Sensor.findById(sensorId, function(err, sensor){

      if(err)

        res.json(err);

      var sensorValueItem = {};

      sensorValueItem.timestamp = new Date().getTime();

      sensorValueItem.value = req.body.value;

      //console.log(sensorValueItem);

      var len = sensor.values.length;

      sensor.values = sensor.values.slice(len - MAX_VAULE_ITEM_COUNT );

      sensor.values = sensor.values.concat(sensorValueItem);

      sensor.save(function(err){

        if(err)

          res.send(err);

        res.json(sensorValueItem);

      })

    });

}

这里的代码还是挂一漏万，如果大家感兴趣还是在github上看完整代码.https://github.com/duchangyu/project-arduivew/tree/v0.1,

下面来实现Arduino的部分，获取温度并通过REST的方式上传。前面提到的CC3000提供的实例已经演示了怎么连接到WiFi并上网，这里略过，如果你感兴趣可以看我的完整代码。这里我们只说说Arduino怎么发送REST请求的部分。在Arduino里面，我没有找到好的REST 的client库，不过说起来也不复杂，就是按照HTTP的协议发送原生字符串即可。按照我们的REST接口的定义，上传的REST协议应该是这样的：

PUT /api/sensors/somesensorid/value HTTP/1.1

HOST: arduiview.heroku.com

content-type : application/json

Content-Length : 19

{

value : 22

}

下面就是构建这样的字符串，然后通过CC3000客户端发送出去即可，代码片段如下：

void postTemperatureToCloudServer() {

  //connectToCloudServer

  Serial.println(F("trying to connect to cloud server....."));

  //client.close();

  client = cc3000.connectTCP(ip, 80);

  Serial.println(F("connected to cloud server - "));

  Serial.println(WEBSITE );

  Serial.println(F("begin uploading..."));

  float temp = 0.0;

  // get the current temperature from sensor

  int reading = analogRead(0);

  temp = reading * 0.0048828125 * 100;

  Serial.print(F("Current temp"));

  Serial.println(temp);

  int length;

  char sTemp[5] = "";

  //convert float to char*,

  dtostrf(temp, 2, 2, sTemp); //val, integer part width, precise, result char array

  //itoa(temp, sTemp,10);

  Serial.println(sTemp);

  char sLength[3];

  //prepare the http body

  //

  //{

  //  "value" : 55.23

  //}

  //

  char httpPackage[20] = "";

  strcat(httpPackage, "{\"value\": \"");

  strcat(httpPackage, sTemp);

  strcat(httpPackage, "\" }");

  // get the length of data package

  length = strlen(httpPackage);

  // convert int to char array for posting

  itoa(length, sLength, 10);

  Serial.print(F("body lenght="));

  Serial.println(sLength);

  //prepare the http header

  Serial.println(F("Sending headers..."));

  client.fastrprint(F("PUT /api/sensors/"));

  char *sensorId = SENSOR_ID;

  client.fastrprint(sensorId);

  //client.fastrprint(SENSOR_ID);

  client.fastrprint(F("/values"));

  client.fastrprintln(F(" HTTP/1.1"));

  Serial.print(F("."));

  client.fastrprint(F("Host: "));

  client.fastrprintln(WEBSITE);

  Serial.print(F("."));

  client.fastrprint(F("content-type: "));

  client.fastrprintln(F("application/json"));

  Serial.print(F("."));

  client.fastrprint(F("Content-Length: "));

  client.fastrprintln(sLength);

  client.fastrprintln(F(""));

  Serial.print(F("."));

  Serial.println(F("header done."));

  //send data

  Serial.println(F("Sending data"));

  client.fastrprintln(httpPackage);

  Serial.println(F("===upload completed."));

  // Get the http page feedback

  unsigned long rTimer = millis();

  Serial.println(F("Reading Cloud Response!!!\r\n"));

  while (millis() - rTimer < 2000) {

    while (client.connected() && client.available()) {

      char c = client.read();

      Serial.print(c);

    }

  }

  delay(1000);             // Wait for 1s to finish posting the data stream

  client.close();      // Close the service connection

  Serial.println(F("upload completed\n"));

}

感兴趣还是看一下完整代码，在这里:

https://github.com/duchangyu/project-arduivew/blob/v0.1/arduino/arduiview-lm35-2/arduiview-lm35-2.ino

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