HaaS样板间助物联网轻松上云实践 -《神奇的物联网》

2021-08-18 474

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简介： 从2020年云栖大会HaaS团队第一次发布“HaaS物联网设备云端一体开发框架”至今，HaaS团队共发布了HaaS100/ EDU K1/ 200/ 506/ 610/ 531/ 600等HaaS智能硬件。为了让广大开发者用户在拿到HaaS硬件之后不让它吃灰，我们专门打造了“HaaS JS轻应用样板间”，基于此开发者用户们可以在10分钟内快速体验一把“HaaS云端一体”的解决方案。

1、背景

从2020年云栖大会HaaS团队第一次发布“HaaS物联网设备云端一体开发框架”至今，HaaS团队共发布了HaaS100/ EDU K1/ 200/ 506/ 610/ 531/ 600等HaaS智能硬件。

图1：HaaS各版本智能硬件的主要区别

那么用户拿到HaaS开发板之后，如何快速的让自己的HaaS硬件快速的上云，并且在云端可视化页面中和HaaS硬件交互呢？传统的做法是，开发者需要经历以下步骤：

图2: 传统云端一体案例开发流程

大家看到这么长的开发流程是不是有心疼自己脑细胞，想放弃（让开发板吃灰）的念头？

那么我们能不能做点局部创新，让我们的HaaS用户在收到开发板之后稍作修改就能快速体验到“HaaS云端一体”的解决方案呢？答案是肯定的。

2、为什么要做HaaS JS轻应用样板间

为了让广大开发者用户在拿到HaaS硬件之后不让它吃灰，我们专门打造了“HaaS JS轻应用样板间”，基于此开发者用户们可以在10分钟内快速体验一把“HaaS云端一体”的解决方案。

图3：HaaS JS轻应用样板间快速体验流程（10分钟完成）

3、如何快速搭建HaaS JS轻应用样板间

3.1 新手篇

针对新手用户，只需要一块HaaS600开发板，一张支持4G Cat.1的sim卡即可快速体验HaaS云端一体案例。

3.1.1 准备工作

HaaS600开发板一块 (分为老款EC100Y 和新款EC600S两种) 。
4G Cat.1 Sim卡：运营商营业厅实名制购买，企业用户可选购“阿里云物联网卡”。

3.1.2 详细步骤

首先在钉钉群“HaaS开发者B群（VIP）”中联系“HaaS小二 guyin”按要求申请临时token。为了让广大开发者体验样板间功能，每个临时token仅在分配后的12小时内有效，超期将被自动收回无法使用。
下载“HaaS JS轻应用样板间代码”，更新token到JS脚本，示例代码如下。

并将JS脚本推送到HaaS600开发板中。

/* HaaS600更新JavaScript轻应用代码方法 */
./amp serialput ../../../agriculture_demo/ /dev/tty.SLAB_USBtoUART  
备注：代码路径和串口id以实际为准

备注：HaaS600-EC100Y和HaaS600-EC600S如何下载JS轻应用脚本请分别参考下述文档。

HaaS600-EC100Y JS轻应用快速开始
HaaS600-EC600S JS轻应用快速开始
登陆“HaaS JS轻应用样板间”，选择您对应的可看到您的HaaS600设备已经在线，页面中已经展示您设备的GPS位置信息以及温度传感器数据。（其中agriculture_dev8是HaaS官方样板间，请选择您对应的设备id）

图4: HaaS600 GPS & 温度传感器数据展示

3.2 进阶篇（可选）

当您已经完成“新手篇”的任务之后，恭喜您已经成为HaaS JS轻应用的老鸟用户了。此时您一定会想HaaS600除了板子上自带的温度传感器和GPS数据，我还可以扩展其他外设传感器吗？这些新的传感器硬件怎么接？数据如何上云？在样板间中又该如何展示和交互呢？

针对老鸟用户，我们为大家搭建了一个智慧农业样板间的案例，该案例中我们新增了对更多传感器外设的支持，包括，

展示室温，湿度，气压，风速，风向等环境信息。
支持PIR 检测报警。如果现场有人走过，红外传感器也会触发报警，并通过钉钉机器人，自动推送消息到钉钉群。
侧天窗和灌溉阀分别控制马达。
OLED屏幕由485控制，可通过样板间设置屏幕显示信息。
可促发喇叭/ 蜂鸣器报警。
网络摄像头事实展示设备端实时画面。

图5: 老鸟用户展示页面示例

3.2.1 准备工作

HaaS600 Arduino扩展板一块。
5VDC风扇一个。
3~6VDC小直流电机一个。
PIR微型人体红外感应模块一个。
温度传感器bmp280一个。
接线端子和杜邦线若干。
网络摄像头一个。
RS485 LED点阵屏（待补充）。

3.2.2 详细步骤

3.2.2.1 BMP280温度、气压传感器

使用杜邦线，按照下图连接SCL，SDA，3.3V和GND四根线。

读取温度和气压并上报给云端的代码，已包含在agriculture_demo示例中的app.js文件，用户无需修改。核心代码说明如下：

// 引入bmp280驱动，并初始化
var bmp280 = require('./bmp280.js');
bmp280.bmp280_init();
// 读取温度值
temperature = bmp280.bmp280TemperatureRead();
// 读取气压
pressure = bmp280.bmp280PressureRead()/100;
// 上报至阿里云平台
device.postProps(JSON.stringify({CurrentTemperature: temperature}));
device.postProps(JSON.stringify({Atmosphere: pressure}));

值得注意的是：BMP280 I2C Slava Address是由SDO pin的电平来决定的，如果SDO = 0, Slava Address为128，如果SDO = 1, 那么Slava Address为129。其中I2C Slava Address在app.json文件中配置。

可以在网页左侧看到设备端上报的温度和气压。

3.2.2.2 继电器控制电机和风扇

将带有2x 继电器的Arduino板子插到HaaS600相应接口上。
按照下图，使用杜邦线分别连接电机、风扇和继电器、电源。

接收云端命令，并控制相应的设备。代码已包含在agriculture_demo示例中的app.js文件，用户无需修改。核心代码说明如下：

// 引入gpio驱动，并初始化变量和端口
var fanSwitch = 0;
var waterSwitch = 0;
var gpio = require('gpio');
var relay1 = gpio.open({
  id: 'D3'
});
var relay2 = gpio.open({
  id: 'D2'
});
// 在“设置属性”的回调函数解析云端的property set命令。
device.onProps(function (res) {
    var payload = JSON.parse(res.params);
    if(payload.Coil !== undefined)
    {
// 收到风扇控制的指令，控制风扇，并上报风扇的状态
        fanSwitch = parseInt(payload.Coil);
        relay2.writeValue(fanSwitch);
        device.postProps(JSON.stringify({
            Coil: fanSwitch
        }));
    }
    if(payload.WaterOutletSwitch !== undefined)
    {
// 收到电机控制的指令，控制电机，并上报电机的状态
        waterSwitch = parseInt(payload.WaterOutletSwitch);
        relay1.writeValue(waterSwitch);
        device.postProps(JSON.stringify({
            WaterOutletSwitch: waterSwitch
        }));
    }
});

可以在网页上点击开关，分别控制风扇和电机。开关为蓝色状态，表示开启；灰色状态，表示关闭。

3.2.2.3 PIR数据上报

按照下图，连接开发板和PIR模组。由于PIR的输出信号为0V（无人）和2.6V（有人移动）左右，直接用GPIO检测，会出现误报的情况，所以采用模拟输入的方式。

读取ADC输入信号，并转为报警信号，上报给云端。代码已包含在agriculture_demo示例中的app.js文件，用户无需修改。核心代码说明如下：

// 引入adc驱动，并初始化变量和端口
var adc = require('adc');
var pir = adc.open({
  id: 'ADC0',
  success: function() {},
  fail: function() {}
});
var pirStatus = 0;
var pirTempStatus = 0;
var pirCount = 0;
// 每隔50ms读取一次ADC信号
setInterval(function(){
    var pinStatus = (pir.readValue() > 512) ? 1 : 0;
    if(pirTempStatus == pinStatus) {
        pirCount++;
// 做防抖处理，连续四次读到同样的信号，才确认  
        if(pirCount > 4) {
            pirCount = 0;
            if(pirTempStatus != pirStatus) {
                pirStatus = pirTempStatus;
// 如果当前已连上云端，则上报PIR的状态
                if(mqtt_connected) {
                    device.postProps(JSON.stringify({AlarmState: pirStatus}));
                }
                console.log('Pir status is ' + pirStatus);
            }
        }
    } else {
        pirTempStatus = pinStatus;
        pirCount = 0;
    }
}, 50);

用手在PIR传感器前来回晃动，在网页上可以看到入侵探测的状态会由绿色变为红色（检测到有人移动）。

该报警信号也会实时推送到指定钉钉群。

3.2.2.4 GPS定位

HaaS600开发板上已提供了GPS模块。按下图连接GPS天线。

读取GPS数据，并上传到云端。代码已包含在agriculture_demo示例中的app.js文件，用户无需修改。核心代码说明如下：

// 步骤1：初始化GPS模块和UART，UART用于从GPS模块中读取数据
var GPS = require("./gps.js");
var gps = new GPS();
var uart1 = require('uart');
// gnss uart
var gnss = uart1.open({
    id: 'UART1'
});
// 由步骤3中的gps.update()调用，将经纬度数据保存至变量geoLocation_data中
var geoLocation_data = {'lat':0, 'lon':0, 'alt':0}
gps.on("data", function (parsed) {
    //console.log(parsed);
    geoLocation_data['lat'] = gps.state["lat"];
    geoLocation_data['lon'] = gps.state["lon"];
    geoLocation_data['alt'] = gps.state["alt"];
    console.log("geo data " + JSON.stringify(geoLocation_data, null, 4))
});
function ArrayToString(fileData) {
    var dataString = "";
    for (var i = 0; i < fileData.length; i++) {
        dataString += String.fromCharCode(fileData[i]);
    }
    return dataString;
}
// 步骤2：UART的接收回调函数，读取GPS模块输出的数据，并存储到变量GGA中
var GGA;
gnss.on('data', function(data) {
    var aaa = ArrayToString(data);
    var bbb = aaa.split("$");
    GGA = "$" + bbb[1];
});
// 步骤3：每隔5s，解析GGA成经纬度（WGS84坐标系）。如果当前已连上云平台，则上报至云平台。
setInterval(function(){
    // 如果在室内测试，可以使用以下两行测试代码，代替gps.update(GGA)
    //var gga_default = "$GNGGA,033122.000,3111.28510,N,12136.26122,E,1,13,1.0,1.3,M,11.7,M,,*4B"
    //gps.update(gga_default);
    // 必须在室外测试，GPS数据转成经纬度
    gps.update(GGA);
    if(mqtt_connected) {
        device.postProps(JSON.stringify({
            GeoLocation: {
                Longitude: geoLocation_data['lon'],
                Latitude:  geoLocation_data['lat'],
                Altitude:  geoLocation_data['alt'],
                CoordinateSystem: 1
                }
            }));
    }
}, 5000);

在网页的左上角可以看到开发板的地理位置。

网页已通过“逆地理编码”API将经纬度翻译成具体的地理位置。

3.2.2.5 视频直播

开发者如果想要在样板间中直播HaaS设备的实时状态，您可以购买网络摄像头，根据摄像头厂商的指导获取网络直播地址和access token并更新到样板间中，即可预览您设备的现场状态（备注：由于您私有的网络摄像头直播地址和access token仅用户您自己可见，因此未获得相关权限的其他用户是无法查看您私有摄像头的直播数据的。如果有信息泄漏顾虑的用户请放弃使用该功能）。

将设备直播的网址和AccessToken分别输入到网页左下角的两个输入框，然后鼠标在其它空白处点击一下，就可以看到正在连接你的摄像头。稍等片刻，就可以看到实时画面了。

3.2.3.6 设备上云

参考接线图，接上4G cat1天线，电源线和USB线，另外在板子背面的SIM卡槽插上物联网卡。USB线和电脑连接。

打开agriculture_demo示例中的app.js文件，修改设备的三元组为您在阿里云物联网平台申请的设备三元组信息。

var productKey = 'xxx';      /* your productKey */
var deviceName = 'xxx';      /* your deviceName */
var deviceSecret = 'xxx';    /* your deviceSecret */

打开串口工具，查看设备端日志。波特率为115200。

# 本例使用pyserial-miniterm串口工具
pyserial-miniterm /dev/tty.SLAB_USBtoUART1 115200

在设备端日志里面，看到如下信息，则表示连接阿里云成功。

(re)connected

4、总结

至此基于HaaS600的“HaaS JS轻应用样板间”的设备端基础功能都搭建完毕了。后续我们还会基于更多的HaaS开发板和HaaS JavaScript/ Python轻应用打造更多样板间案例，让广大开发者快速体验HaaS云端一体的方案，欢迎大家体验试用，谢谢。