Seeed IoTea LoRa解決方案

描述

四川雅安東北部的蒙頂山，山巒起伏，自西向東，掩映在一片綠海之中。這是 36 歲的鄧先生最熟悉的景象，他是他那一代為數(shù)不多的蒙頂茶師之一，擁有 50 畝（=3.3 公頃）的種植園，海拔 1100 米。鄧出身于制茶世家，但繼承家族遺產(chǎn)并非易事?！拔覀兊牟枞~生長在高海拔的有機(jī)環(huán)境中，以確保其卓越的品質(zhì)。但同時(shí)生長密度低，成本高，出芽不均勻，茶葉采收困難。這就是為什么高山茶通常是小收成，它們的價(jià)值在市場上沒有體現(xiàn)?！?過去兩年，鄧一直在努力提高消費(fèi)者對(duì)高山茶的認(rèn)識(shí)，以提升其價(jià)值。而當(dāng)他遇到范主時(shí)，

硬件連接

該項(xiàng)目的硬件可以分為 4 個(gè)部分：電源、傳感器、節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)。以下文章將向您展示如何逐步完成它。

電源部分

電源部分主要包含一塊太陽能電池板和一塊鋰電池，如果你只是為了演示而搭建這個(gè)項(xiàng)目，可以忽略它們?；蛘吣梢园凑丈弦?a href='http://www.ttokpm.com/v/' target='_blank' class='arckwlink_none'>教程安裝節(jié)點(diǎn)電源。

傳感器部分

在傳感器部分，由于傳感器較多，我們使用了一個(gè)氣象站，還做了一個(gè)亞克力支架來安裝它們。

如上圖所示，Digital Light Sensor 始終位于頂部，以便它可以收集照明信息。會(huì)產(chǎn)生熱量的傳感器安裝在亞克力支架的中間，例如 O2 傳感器、灰塵傳感器和 CO2 傳感器。最后，亞克力支架底部的溫濕度傳感器。

此外，土壤溫度和濕度傳感器單獨(dú)安裝在土壤中。

節(jié)點(diǎn)部分

節(jié)點(diǎn)部分是一個(gè)安裝在防水??盒中的 Seeeduino LoRaWan，它通過水接頭連接到電源和傳感器。其中，灰塵傳感器連接到LoRaWan的數(shù)字引腳D3，二氧化碳傳感器連接到引腳D4和D5，土壤傳感器連接到引腳D6和D7，O2傳感器連接到模擬引腳A1，光傳感器和氣壓傳感器連接到I2C端口。

注意：應(yīng)在土壤傳感器的藍(lán)色（數(shù)據(jù)）電纜和紅色（Vcc）電纜之間添加一個(gè) 10k 電阻器。

Seeeduino LoRaWan 偶爾收集傳感器值，并通過 LoRa 將它們發(fā)送到網(wǎng)關(guān)。數(shù)據(jù)格式如下：

?

  {
      [0],    /* Air tempreature(℃)                      */
      [1],    /* Air humidity(%)                          */
      [2],    /* Altitude(m) high byte                    */
      [3],    /* Altitude(m) low byte                     */
      [4],    /* CO2 concentration(PPM) high byte         */
      [5],    /* CO2 concentration(PPM) low byte          */
      [6],    /* Dust concentration(pcs/0.01cf) high byte */
      [7],    /* Dust concentration(pcs/0.01cf) low byte  */
      [8],    /* Light intensity(lux) high byte           */
      [9],    /* Light intensity(lux) low byte            */
      [10],   /* O2 concentration(%)                      */
      [11],   /* Soil temperature(℃)                     */
      [12],   /* Soil humidity(%)                         */
      [13],   /* Battery voltage(V)                       */
      [14]    /* Sensor error code                        */
  }

?

Sensor Error Code 字節(jié)中的每一位都有不同的含義，如下所示：

?

  {
      bit0: 1;        /* Barometer Sensor Error */
      bit1: 1;        /* CO2 Sensor Error       */
      bit2: 1;        /* Dust Sensor Error      */
      bit3: 1;        /* Light Sensor Error     */
      bit4: 1;        /* O2 Sensor Error        */
      bit5: 1;        /* Soil Sensor Error      */
      reserved: 2;    /* Reserved               */
  }

?

網(wǎng)關(guān)部分

網(wǎng)關(guān)部分是一個(gè)Raspberry Pi，它插入了網(wǎng)關(guān)模塊RHF0M301-868和PRI 2 Bridge RHF4T002，它安裝在防水??盒中并通過水接頭連接到電源和USB攝像頭。因?yàn)樗褂脤ｉT的固件，請(qǐng)按照Seeed Wiki進(jìn)行配置。

軟件編程

作為Hardware Connection，Software Programming也可以拆分，可以拆分為3個(gè)部分：Node、Gateway和Website。

節(jié)點(diǎn)部分

大部分 Node Part 需要的驅(qū)動(dòng)已經(jīng)包含在 origin_driver 中

文件夾。下面的庫需要手動(dòng)安裝：

Adafruit_ASFcore

由于項(xiàng)目復(fù)雜，我們建議您使用 Microsoft Visual Studio 而不是 Arduino IDE。一個(gè)名為 Visual Micro 的插件可以幫助您使用 Visual Studio 構(gòu)建 Arduino 項(xiàng)目，單擊此處了解更多信息。

為了更好的可讀性和可維護(hù)性，我們這次使用面向?qū)ο缶幊?。該?xiàng)目的類圖如下所示：

對(duì)于那些已經(jīng)有 OOP 驅(qū)動(dòng)程序的傳感器，我們重新打包以適應(yīng)這個(gè)項(xiàng)目，對(duì)于其他傳感器，我們使用 OOP 重寫了它們的驅(qū)動(dòng)程序。中間件層的Sensor類用于統(tǒng)一實(shí)際傳感器的接口，例如氣壓計(jì)傳感器可以同時(shí)采集溫度、濕度和高度，所以它有3個(gè)接口分別獲取溫度、濕度和高度。但是他們有不同的方法名，這會(huì)使獲取傳感器值的程序更加復(fù)雜，就像這樣：

?

  barometer->getTemperature();
  barometer->getHumidity();
  barometer->getAltitude();
  // ...
  another_sensor->getSomeValue();
  // ...

?

但是使用 OOP，它看起來像這樣：

?

  for (auto i = 0; i < SENSORS_COUNT; i++) {
      sensors[i]->getValue();
  }

?

我們還打包了一個(gè)Application類，它實(shí)現(xiàn)了IApplication接口，IoTea.ino中的setup()和loop()方法可以調(diào)用Application對(duì)象中的setup()和loop()方法。

注意：USB 串行僅用于調(diào)試。調(diào)試后，請(qǐng)注釋掉setup()方法中的初始化代碼。

網(wǎng)關(guān)部分

Gateway Part 在主文件夾中的 Python 程序用于每小時(shí)拍照并上傳到 Amazon S3 服務(wù)器。在你使用它之前，確保 fswebcam 已經(jīng)安裝在你的 Raspberry Pi 中：

?

sudo apt-get update && sudo apt-get install fswebcam 

?

如果要上傳照片，請(qǐng)按照以下步驟配置您的 AWS。首先，使用以下命令將 AWS SDK 和 AWS CLI 安裝到您的 Raspberry Pi：

?

sudo pip install boto3
sudo pip install awscli

?

然后，運(yùn)行 AWS CLI：

?

sudo aws configure

?

配置您的 AWS 訪問密鑰 ID、AWS 秘密訪問 ID 和默認(rèn)區(qū)域名稱。

如果你不喜歡上傳你的照片，你可以跳過 AWS 配置步驟和 photo.py 中關(guān)于上傳的注釋代碼。為了每次啟動(dòng)樹莓派后運(yùn)行這個(gè)程序，可以在/etc/init.d中創(chuàng)建一個(gè)名為photo的文件，并寫入如下代碼。

?

#!/bin/bash
# /etc/init.d/photo
### BEGIN INIT INFO
# Provides: seeed_photo
# Required-Start: $remote_fs $syslog
# Required-Stop: $remote_fs $syslog
# Default-Start: 2 3 4 5
# Default-Stop: 0 1 6
# Short-Description: photo taking initscript
# Description: This service is used to manage photo taking
### END INIT INFO
case "$1" in
   start)
       echo "Start taking photo"
       /home/rxhf/photo.py &
       ;;
   stop)
       echo "Stop taking photo"
       kill $(ps aux | grep -m 1 'python3 /home/rxhf/photo.py' | awk '{ print $2 }')
       ;;
   *)
       echo "Usage: service photo start|stop"
       exit 1
       ;;
esac
exit 0

?

設(shè)置執(zhí)行權(quán)限

?

sudo chmod 777 /etc/init.d/photo
sudo chmod 777 /home/rxhf/photo.py

?

并測試它

?

sudo /etc/init.d/photo start

?

如果沒有問題，將其停止并將其添加到啟動(dòng)應(yīng)用程序中

?

sudo /etc/init.d/photo stop
sudo update-rc.d photo defaults

?

注意：如果你想在 Raspberry Pi 啟動(dòng)后啟動(dòng)網(wǎng)關(guān)，請(qǐng)將 Seeed Wiki 中的網(wǎng)關(guān)啟動(dòng)代碼添加到 /etc/rc.local，如下所示：

?

#!/bin/sh -e
#
# rc.local
#
# This script is executed at the end of each multiuser runlevel.
# Make sure that the script will "exit 0" on success or any other
# value on error.
#
# In order to enable or disable this script just change the execution
# bits.
#
# By default this script does nothing.

# Print the IP address
_IP=$(hostname -I) || true
if [ "$_IP" ]; then
 printf "My IP address is %s\n" "$_IP"
fi

cd /home/rxhf/loriot/1.0.2
sudo systemctl stop pktfwd
sudo gwrst
wget https://cn1.loriot.io/home/gwsw/loriot-risinghf-rhf2s008-rhf1257-SPI-0-latest.bin -O loriot-gw.bin
chmod +x loriot-gw.bin
./loriot-gw.bin -f -s cn1.loriot.io

exit 0

?

網(wǎng)站

我們把網(wǎng)站部署在CentOS7上。以下步驟將向您展示如何部署。

步驟 1. 安裝 Python3

?

sudo yum -y install epel-release
sudo yum -y install python36

?

步驟 2. 安裝 Python pip 和虛擬環(huán)境

?

wget https://bootstrap.pypa.io/get-pip.py
sudo python36 get-pip.py
sudo pip install virtualenv

?

Setp 3. 從 GitHub 克隆我們的網(wǎng)站

?

sudo yum -y install git
git clone https://github.com/SeeedDocument/iotea-hb.git

?

步驟 4. 創(chuàng)建并激活虛擬環(huán)境

?

virtualenv -p python36 iotea-hb
cd iotea-hb
source bin/activate

?

Step 5. 安裝依賴庫

?

pip install pymysql
pip install dbutils
pip install flask
pip install websocket-client
pip install cofigparser

?

步驟 6. 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫

?

sudo yum -y install mariadb mariabd-server
sudo systemctl enable mariadb
sudo systemctl start mariadb
mysql -uroot -p

?

然后使用 iotea_hb.sql 創(chuàng)建表。

Step 7. 創(chuàng)建db.ini，將這些代碼寫入其中

?

[db]
db_port = 3306
db_user = root
db_host = localhost
db_pass = 
db_name = iotea

?

在 db.py 中更改 db.ini 的路徑

?

# in db.py
#cf.read("/data/www/python3_iotea_hb/iotea/conf/db.ini")
cf.read("/home//iotea-hb/db.ini")

?

步驟 8. 在 app.py 中更改端口并啟動(dòng)網(wǎng)站：

?

# in app.py
#app.run(debug=True, port=6000)
app.run(debug=True, port=8080)

?

?

# in terminal
pip install gunicorn
gunicorn -w 5 -b 0.0.0.0:8080 app:app

?

現(xiàn)在用瀏覽器訪問127.0.0.1:8080，可以看到網(wǎng)站，但是看不到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

步驟 9. 獲取洛里奧特?cái)?shù)據(jù)

打開另一個(gè)終端，重新進(jìn)入虛擬環(huán)境并啟動(dòng)loriot app：

?

cd iotea-hb
source bin/activate
gunicorn loriot:app 

?

稍等片刻，您會(huì)看到網(wǎng)站顯示數(shù)據(jù)，或者您可以在 loriot.py 中更改 wss：

?

# in loriot.py
#ws = create_connection("wss://cn1.loriot.io/app?token=vnwEuwAAAA1jbjEubG9yaW90LmlvRpscoh9Uq1L7K1zbrcBz6w==")
ws = create_connection()

?

?