小型光傳感器站開源分享

描述

在巴黎 Usine.io 舉辦的英特爾物聯(lián)網(wǎng)黑客馬拉松上，我有機會在英特爾 Edison Arduino 板和一堆 Grove 傳感器/執(zhí)行器旁邊，還從 Snootlab 獲得了新的 Akene 板。

感謝 Intel IoT 人員、來自 SigFox 的 Nicolas 以及 BeMyApp 的所有員工為這次 Hackaton...

第一步：項目...

我決定用 Intel Edison 板、Grove Shield、SigFox Akene Shield 和 I2C Grove TSL2561 構(gòu)建一個小型光傳感器站。

該站大約每 10 分鐘通過 SigFox 網(wǎng)絡(luò)上傳與該 10 分鐘周期相關(guān)的 3 個不同值（以勒克斯為單位）：算術(shù)平均光、最小和最大光。

這將有助于了解這段時間內(nèi)光線如何圍繞其平均值波動，從而了解天空如何多云（如果至少有風推動云層……）。

我將在該項目中使用 Python。

第 2 步：友好的開發(fā)環(huán)境

我假設(shè)英特爾 Edison 環(huán)境已準備好用于 Python，并且在 Edison 上設(shè)置了密碼以打開 SSH 會話和 SFTP 以上傳 Python 代碼。

我正在使用 OS X，并將使用 CoolTerm 進行通信，并使用出色的 TextWrangler 作為代碼編輯器和代碼上傳器 (SFTP)。

第 3 步：框架：sensor.py

#!/usr/bin/env python import time import mraa # Sensor initialisation import pyupm_tsl2561 tsl2561Ready = True if (tsl2561Ready) : # 在 I2C 上實例化一個數(shù)字光傳感器 TSL2561 print "initialisation TLS2561" lightSensor = pyupm_tsl2561.TSL2561() time.sleep (10) # 值 numberSamples = 200 valueCount = 0 valueNow = 0 valueSum = 0 valueAvg = 0 valueMin = 32767 valueMax = 0 # 主循環(huán) while True : if (valueCount == numberSamples) : print print "after", numberSamples, "samples （以勒克斯為單位的值）：" print "valueAvg: %5d" % valueAvg, "- valueMin: %5d" % valueMin, "- valueMax: %5d" % valueMax valueCount = 0 if (valueCount == 0) : valueNow = 0 valueSum = 0 valueAvg = 0 valueMin = 32767 valueMax = 0 if (tsl2561Ready) ：valueNow = lightSensor.getLux() if (valueNow >= 0) : valueCount = valueCount + 1 valueSum = valueSum + valueNow valueAvg = valueSum / valueCount if valueNow < valueMin : valueMin = valueNow if valueNow > valueMax : valueMax = valueNow now = time。 ctime(int(time.time())) if (valueCount == 1) : print print "Light (luxes):" print now,"(GMT)",": %5d" % valueNow,"- avg :%5d" % valueAvg,"- min:%5d" % valueMin,"- max:%5d" % valueMax,"-%4d 個樣本" % valueCount time.sleep(1)valueMax = valueNow now = time.ctime(int(time.time())) if (valueCount == 1) : print print "Light (values in lux):" print now,"(GMT)",": %5d " % valueNow,"- avg:%5d" % valueAvg,"- min:%5d" % valueMin,"- max:%5d" % valueMax,"-%4d 個樣本" % valueCount time.sleep(1 )valueMax = valueNow now = time.ctime(int(time.time())) if (valueCount == 1) : print print "Light (values in lux):" print now,"(GMT)",": %5d " % valueNow,"- avg:%5d" % valueAvg,"- min:%5d" % valueMin,"- max:%5d" % valueMax,"-%4d 個樣本" % valueCount time.sleep(1 )

?

第 4 步：使用 sensor.py 得到什么

> 蟒蛇傳感器.py

第 5 步：SigFox 和 Akene 盾牌

Akene 板是 SnootLab 的實驗性 Arduino 擴展板，上面裝有 TD1208 SoC（片上系統(tǒng)）。TD1208 是一款經(jīng)過 SigFox 認證的無線電收發(fā)器，結(jié)合了 ARM Cortex M3，它實現(xiàn)了用于將值發(fā)送到 SigFox 操作的電信網(wǎng)絡(luò)的電信調(diào)制解調(diào)器堆棧，并且除了其串行調(diào)制解調(diào)器鏈路之外，還包括用于物聯(lián)網(wǎng)傳感器的 I2C 功能。

SIgFox 服務(wù)依賴于目前部署在西歐、舊金山以及其他國家或城市的 LPWA（低功耗廣域）網(wǎng)絡(luò)。SigFox 協(xié)議專為小消息而設(shè)計，其技術(shù)專注于設(shè)備客戶端的能源效率和每個基礎(chǔ)設(shè)施基站的大區(qū)域覆蓋。

SigFox 網(wǎng)絡(luò)允許每個設(shè)備每天最多發(fā)送140 條消息（即每 1000 萬次），每個消息最多可發(fā)送12 個可用字節(jié)，即 6 個短整數(shù)值（時間戳和唯一設(shè)備 ID 也會另外傳輸）。

更多信息： http: //maker.sigfox.com

?

第 6 步：讓我們確保 Akene shield 及其調(diào)制解調(diào)器正常工作

Akene shield 可以用作調(diào)制解調(diào)器，所以我們首先將它連接到 Edison：

? 地對地（黑線）

? 3.3v 至 3.3v（紅線）

? Edison 的串行 Rx（引腳 0）到 Akene 的 Tx（引腳 D4） - 藍線

? Edison 的串行 Tx（引腳 1）到 Akene 的 Rx（引腳 D5） - 白線

?

步驟 7：通過終端向 Akene shield 的 TD1208 發(fā)送直接命令

我們可以將 TD1208 視為調(diào)制解調(diào)器。

必須安裝 PySerial 包。

python -m serial.tools.miniterm

我們使用 miniterm（PySerial 的一部分） - 并指定串行端口：/dev/ttyMFD1 - 發(fā)送直接命令，例如：

?AT

應(yīng)該回復OK（否則有問題），

?AT&V

由TD1208標識回復，

?AT$SS01234567

它將 01234567 消息發(fā)送到 SigFox 網(wǎng)絡(luò)（最大十六進制數(shù)字為 24，即 12 個字節(jié)），以及

?AT?

它返回可用命令的列表。

要退出 miniterm，在 OS X 上使用法語鍵盤：CTRL 6

?

第 8 步：向 SigFox 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送消息的簡單 python 命令

這是專用于另一個 TD1208 板（來自 SNOC 的 RPISIGFOX）的 python 命令的快速改編，可在 Internet 上找到。

順便提一下，為了與英特爾愛迪生一起使用串行，

? 必須先初始化將要使用的端口/引腳，在我們的例子中是/dev/ttyMFD1（引腳0 和1）：

import libmraa
x=Uart(0)

? 調(diào)用serial.Serial(......

您可以這樣使用命令：

python sendsigfox.py 01234567

這會將消息 01234567 發(fā)送到 SigFox 網(wǎng)絡(luò)

#!/usr/bin/python


#  This script allow the control of the SNOOTLAB expansion board, and is adapted for Intel Edison.
#  3 lines of code were added (LINE ADDED)
#  script has been modified from:
#
#  This script is from the rpisigfox expansion board for Raspberry Pi.
#
#  V1.0 allow only to send regular message on the SigFox Network.
#  syntax is :
#  sendsigfox MESSAGE 
#  where MESSAGE is a HEXA string encoded. Can be 2 to 24 characters representing 1 to 12 bytes.
#  Example : sendsigfox 00AA55BF to send the 4 bytes 0x00 0xAA 0x55 0xBF
# 

import time
import serial
import sys
from time import sleep

#LINE ADDED
import mraa

SOH = chr(0x01)
STX = chr(0x02)
EOT = chr(0x04)
ACK = chr(0x06)
NAK = chr(0x15)
CAN = chr(0x18)
CRC = chr(0x43)

def getc(size, timeout=1):
    return ser.read(size)

def putc(data, timeout=1):
    ser.write(data)
    sleep(0.001) # give device time to prepare new buffer and start sending it

def WaitFor(ser, s, timeOut):
        nbMax = 0
        ser.timeout = timeOut
        currentMsg = ''
        while currentMsg.endswith(s) != True :
            # should add a try catch here
            c=ser.read()
            if c != '' :
                currentMsg += c
            else :
                print 'timeout waiting for ' + s
                return False
            nbMax = nbMax + 1
            if nbMax > 150:
		print 'Timeout expired'
		return False
        return True


print('Sending SigFox Message...')

#LINE ADDED: 0 ie '/dev/ttyMFD1'
uart = mraa.Uart(0)

modem = serial.Serial(
			uart.getDevicePath(),
			baudrate=9600,
        	parity=serial.PARITY_NONE,
        	stopbits=serial.STOPBITS_ONE,
        	bytesize=serial.EIGHTBITS
		)

#LINE ADDED: closing serial before opening it, as otherwise the Edison serial seems to be already open by calling serial.Serial
modem.close()

modem.open()

modem.write('AT\r')
if (WaitFor(modem, 'OK', 3)):
	print('SigFox Modem OK')
else:
	print('SigFox Modem Error')
	modem.close()
	exit()

modem.write("AT$SS={0}\r".format(sys.argv[1]))

print('Sending ...')
if (WaitFor(modem, 'OK', 15)):
	print('OK Message sent')
else:
	print('Error Sending message')
	modem.close()
	exit()

modem.close()

?

第 9 步：使用 sendigfox.py 得到什么

>python sendigfox.py 346723

?

第 10 步：完整程序：sensor2sigfox.py

也沒有什么特別的困難，只是提一下：

? 每個發(fā)送的數(shù)據(jù)都是一個 2 字節(jié)的短整數(shù)。因此 valueAvg、valueMin 和 valueMax 是 6 個字節(jié)，即 12 個十六進制字符字符串。由于在我使用的情況下，SigFox 的設(shè)置是為了將數(shù)據(jù)重新發(fā)送到 actoboard.com，并且 actoboard.com 當前接受 LittleEndian 字節(jié)順序的數(shù)據(jù)，所以在發(fā)送之前，每個數(shù)據(jù)都會進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。 .

? Akene 防護罩完全插在 Grove 防護罩的頂部，為了將 Edison 串行的接線安裝在引腳 0 和 1 上以及將 Akene 串行的接線安裝在引腳 D4 和 D5 上，使用了帶子（0 到 D4 ：白色表帶）和（1 到 D5：黃色表帶），見第一張圖......這意味著干凈的接線，但不可能使用愛迪生的引腳 4 和 5......

#!/usr/bin/env python 

import time
import mraa
import serial


# convert a string (n chars) into its hexadecimal string representation (n bytes - 2*n chars)
def string2hex(s) :
	return str(s).encode("hex")

# convert a short integer (2 bytes) into its hexadecimal (2 bytes) representation with BigEndian/LittleEndian bytes order
def short2hex(i, bigEndian) : 
	if (bigEndian) :
		return "%04X" % i
	else :
		return "%04X" % (((i << 8) & 0xFF00) | ((i >> 8) & 0x00FF))


def WaitFor(serial, msg, timeOut):
        nbMax = 0
        serial.timeout = timeOut
        currentMsg = ''
        while currentMsg.endswith(msg) != True :
            c = serial.read()
            if c != '' :
                currentMsg += c
            else :
                print 'timeout waiting for ' + msg
                return False
            nbMax = nbMax + 1
            if nbMax > 150:
				print 'Timeout expired'
				return False
        return True

def sendsigfox(data):
	print('Sending SigFox Message...')
	# 0 i.e. pins 0 and 1 i.e. '/dev/ttyMFD1' for Intel Edison, allow usage of UART on port 0
	uart = mraa.Uart(0)
	# define sigfox and implicitely makes a sigfox.open()
	sigfox = serial.Serial(
		uart.getDevicePath(),
		baudrate=9600,
		parity=serial.PARITY_NONE,
		stopbits=serial.STOPBITS_ONE,
		bytesize=serial.EIGHTBITS
		)
	sigfox.write('AT\r')
	if (WaitFor(sigfox, 'OK', 3)):
		print('SigFox Modem OK')
	else:
		print('SigFox Modem Error')
		sigfox.close()
		return False
	print("sending data " + data + " to SigFox network:")
	print("Sigfox: AT$SS=" + data + "\r")
	sigfox.write("AT$SS=")
	sigfox.write(data)
	sigfox.write("\r")
	if (WaitFor(sigfox, 'OK', 15)):
		print('Message sent OK')
	else:
		print('Error Sending message')
		sigfox.close()
		return False
	sigfox.close()
	return True

	
# Sending Format of data - bytes order - required (True for BigEndian, False for LittleEndian)
# for sending to actoboard.com : LittleEndian (i.e. False) is expected for received data
sendingFormat = False


# Sensor initialisation
import 			pyupm_tsl2561
tsl2561Ready	= True

if (tsl2561Ready) :
	# Instantiate a digital light sensor TSL2561 on I2C
	print "initialisation TLS2561"
	lightSensor = pyupm_tsl2561.TSL2561()
	time.sleep (10)


# Value
numberSamples	= 200
valueCount		= 0
valueNow		= 0
valueSum		= 0
valueAvg 		= 0
valueMin		= 32767
valueMax		= 0


# Main loop
while True :
		
	if (valueCount == numberSamples) :
		print
		print "after", numberSamples, "samples (values in lux):"
		print "valueAvg: %5d" % valueAvg, "- valueMin: %5d" % valueMin, "- valueMax: %5d" % valueMax
		print "valueAvg: ", short2hex(valueAvg,True), "- valueMin: ", short2hex(valueMin,True), "- valueMax: ", short2hex(valueMax,True)
		if (sendingFormat) :
			print "sending valueAvg,valueMin,valueMax (BigEndian)"
		else :
			print "sending valueAvg,valueMin,valueMax (LittleEndian)"
		sendsigfox(short2hex(valueAvg,sendingFormat)+short2hex(valueMin,sendingFormat)+short2hex(valueMax,sendingFormat))
		valueCount = 0
		
	if (valueCount == 0) :
		valueNow = 0
		valueSum = 0
		valueAvg = 0
		valueMin = 32767
		valueMax = 0
		
	if (tsl2561Ready) :
		valueNow = lightSensor.getLux()
		if (valueNow >= 0) :
			valueCount	= valueCount + 1
			valueSum = valueSum + valueNow
			valueAvg = valueSum / valueCount
			if valueNow < valueMin :
				valueMin = valueNow
			if valueNow > valueMax :
				valueMax = valueNow
	
			now = time.ctime(int(time.time()))
			
			if (valueCount == 1) :
				print
				print "Light (values in lux):"
			print now,"(GMT)",": %5d" % valueNow,"- avg:%5d" % valueAvg,"- min:%5d" % valueMin,"- max:%5d" % valueMax,"-%4d sample(s)" % valueCount
		
	time.sleep(1) 

?

第 11 步：使用 sensor2sigfox.py 得到什么

python?sensor2sigfox.py

?