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如何用Link Develop开发一个智能厕所

2018-09-27 5674
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简介： 由于阿里云悬殊的男女比例，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），基于我们IoT事业部的一站式开发平台——Link Develop，做一个IoT的智能厕所。

概述

由于阿里云悬殊的男女比例，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），基于我们IoT事业部的一站式开发平台——Link Develop，做一个IoT的智能厕所。

技术架构

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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。
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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。
入驻流程02.gif

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。
设备模型1.gif

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。
测试设备1.gif

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）
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然后接上usb线。打开arduino IDE。复制以下代码：

#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

#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：
arduino01.gif

修改WiFi

#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”
undefined

修改三元组

/* 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。
undefined

修改HashMAC密钥

// 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：
hmac加密.gif

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。
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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。
测试应用1.gif

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。
厕所面板1.gif

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。
厕所面板2.gif

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。
模拟上线.gif

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。
模拟上线2.gif

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。
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部署的时候用了树莓派+显示屏。
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造福90%飞天园区一号楼四楼员工的智能厕所解决方案，完成！

欢迎使用Link Develop

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。
这篇文章的两个作者，一位是学法律出身的运营同学，一位是学设计出身的UED同学，两位都不是专业的工程师，却能在短短一天之内基于Link Develop完成整个智能厕所的解决方案搭建。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！
欢迎访问：https://linkdevelop.aliyun.com

文章标签：
物联网平台
密钥管理服务
云消息队列 MQ
数据安全/隐私保护
物联网
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