基于 OneNet 平台设计的多节点温度采集系统 - 有人云 4G 模块 +STM32
一、设计说明
设计思路: 每个测量点采用 4G+STM32+温度测量模块组成;采集温度数据之后直接上传到 OneNet 物联网云平台,在 OneNET 云平台上设计可视化界面进行显示,并且也可以在手机 APP设备云
上显示。
当前采用的物联网平台是 OneNET 云平台,OneNET 中国移动物联网开放平台是由中国移动打造的 PaaS 物联网开放平台。平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接,提供综合性的物联网解决方案,实现物联网设备的数据获取,数据存储,数据展现。
当前这个设计算是物联网技术的一个典型应用。目前物联网产业正在飞快发展着,从智能电视、智能家居、智能汽车、医疗健康、智能玩具、机器人等延伸到可穿戴设备领域。 物联网将赋能智能硬件向多元的消费场景渗透,从而创造更加便捷、舒适、安全、节能的生活环境。 物联网是通过约定的协议将原本独立存在的设备相互连接起来,并最终实现智能识别、定位、跟踪、监测、控制和管理的一种网络,无需人与人、或人与设备的互动。通俗来说物联网就是“物物相连的网”,主要应用于智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等领域。
二、硬件选型
2.1 4G 模块-WH-LTE-7S1
4G 模块选择有人科技的WH-LTE-7S1
模块,支持全网通,外置了卡槽,可以插卡,本身模块也内置了电信卡,可以直接使用,不用考虑买卡,不用考虑卡接触不良等问题,内置的卡目前是 8 年免费使用,每月 100M 免费流量。

有人科技,插针式 Cat-1 模块(WH-LTE-7S1) 4G 模块使用介绍:https://www.usr.cn/Product/294.html

下面是 4G 模块的功能参数:
通过该模块可以快速实现串口与网络的双向数据透传:

**农业物联网环境监测案例:**可将农业大棚里各类传感器采集的数据,通过 LTE 或 GPRS 网络快速上传至远程服务器,方便控制中心实时监测大棚动态,及时作出响应。

**两个 WH-LTE-7S1 通过有人云实现一对一透传:**https://www.usr.cn/Faq/1217.html
2.2 铂电阻 PT100
铂电阻,简称为:铂热电阻,它的阻值会随着温度的变化而改变。它有 PT100 和 PT1000 等等系列产品,它适用于医疗、电机、工业、温度计算、卫星、气象、阻值计算等高精温度设备,应用范围非常之广泛。
PT100 铂电阻是 PT100 的简称,其中 PT100 是铂热电阻的分度号,PT 代表热电阻的材质是铂,PT 后的 100 即表示它在 0℃时阻值为 100 欧姆,在 100℃时它的阻值约为 138.5 欧姆。它的阻值会随着温度的变化而改变。

2.3 STM32 系统板
STM32 采用 STM32F103RCT6,FLASH256KB,RAM48KB,主频 72MHZ。

三、OneNet 云平台创建
OneNET 资源模型如下图:

下面是名词的解释:
【1】产品(product)用户的最大资源集为产品,产品下资源包括设备、设备数据、设备权限、数据触发服务以及基于设备数据的应用等多种资源,用户可以创建多个产品。
【2】设备(device)设备为真实终端在平台的映射,真实终端连接平台时,需要与平台设备建立一一对应关系,终端上传的数据被存储在数据流中,设备可以拥有一个或者多个数据流。
【3】数据流与数据点数据流用于存储设备的某一类属性数据,例如温度,湿度,坐标等信息;平台要求设备上传并存储数据时,必须以 key-value 的格式上传数据,其中 key 即为数据流名称,value 为实际存储的数据点,value 格式可以为 int、float、string、json 等多种自定义格式。
【4】APIkeyAPIkey 为用户进行 API 调用时的密钥,用户访问产品资源时,必须使用该产品目录下对应的 APIkey。
【5】触发器(trigger)触发器为产品目录下的消息服务,可以进行基于数据流的简单逻辑判断并触发 HTTP 请求或者邮件。
【6】应用(application)应用编辑服务,支持用户以拖拽控件并关联设备数据流的方式,生成简易网页展示应用。
3.1 官网首页
地址: https://open.iot.10086.cn/
如果没有 onenet 的账号,点击右上角进行账号注册,注册之后完成实名认证即可。

在产品服务里可以看到常见物联网接入服务:

3.2 创建产品
(1)控制台页面
点击右上角的控制台按钮
,进入旧版控制台。 (切换成旧版,需要使用多协议接入)

(2)多协议接入
选择多协议接入:

(3)HTTP 协议
选择 HTTP 协议,点击添加产品。

(4)填写产品信息
根据自己的项目情况,去填写这里的产品信息。


填好之后,点击确定即可。
3.3 添加设备
产品创建完之后,点击添加设备。

(1)添加设备

(2)设置设备信息
根据自己的设备信息填写。

(3)添加多个采集点设备
因为采集点有多个,一个采集点就是一个独立的设备,如果有 40 个采集点,就创建 40 个设备。
我这里为了方便测试,就创建 3 个设备,对应 3 个采集点。
添加完成:

3.4 创建数据流模板
(1)添加数据流模板
数据流模板是设置设备上报数据时存放的属性字段。

(2)添加温度字段
添加温度字段。 目前采集点只是采集温度,这里创建一个温度字段就行了。 如果采集点还需要采集更多的数据类型,这里按格式添加即可。

(3)添加完成
添加后,如果页面没有出来,鼠标右键刷新一下页面就能看到。

3.5 数据点上传
多协议接入帮助文档地址:https://open.iot.10086.cn/doc/v5/develop/detail/multiprotocol
平台通过数据流与数据点来组织设备上行数据,如下图所示:

设备上传并存储数据时,必须以 key-value 的格式上传数据,其中 key 即为数据流(stream)名称,value 为实际存储的数据点(point),value 格式可以为 int、float、string、json 等多种自定义格式。
在实际应用中,数据流可以被用于分类描述设备的某一类属性数据,例如温度,湿度,坐标等信息,用户可以自定义数据流的数据范围,将相关性较高的数据归类为一个数据流。
(1)平台接入地址
目前是采用 HTTP 协议上传数据,HTTP 协议是短连接,所以在设备页面是看不到设备在线的情况。
(2)创建设备 APIKey
通过 HTTP 协议上传数据时,需要设备的 apikey 作为密匙。
【1】在设备列表页面,单击详情:

【2】点击添加 APIKey

因为我这是设备节点 3,为了好区别,我这里设置dev3
。

【3】添加成功

【4】将剩下的 2 个温度采集设备也创建 APIKey


(3)设备 ID
每个设备创建后都有一个 ID,上传数据时,需要填写这个 ID。
在设备详情页面可以看到这个 ID。

(4)列出当前设备的 ID 和 APIkey
为了方便接下来测试,我把 3 个设备的 ID 和 APIkey 先贴出来待用。
(5)数据点上传格式
当前选择的是 HTTP 协议上传数据,下面是标准的 HTTP 报文格式:
比如:我给设备采集节点 1,上传一个温度值。HTTP 的报文格式按如下填写。
手动测试组合报文赋值的时候,这个数据长度的计算可以通过编辑器(我用的 notepad++)完成。
如果在程序里发送数据时,下面的数据长度可以动态计算的(strlen)。

3.6 模拟数据上传测试
为了方便验证云平台是否能正常使用,下面使用 TCP 调试助手来模拟设备发出 HTTP 报文(上传数据点)给 OneNet 平台完成测试。
(1)打开网络调试助手
输入远程 IP 地址和端口号,然后点击连接。

连接成功:

(2)输入发送的数据
特别说明:
【1】 复制上面代码到下面的网络调试助手的时候,要注意格式。因为 PDF 文档复制的时候会导致换行符这些丢失。 要按下面红色框框这样的格式贴进去,才能发送。
【2】HTTP 端口连接上之后,如果没有发送数据,过一会会自动断开连接的,或者一次数据发送成功,服务器也会断开连接。每次发送之前重新连接上,再发送即可。

发送成功的提示:

(3)登录云平台查看数据
刚才测试数据上传的是设备 1,在设备详情页面找打设备 1,点开设备详情页面,找到数据流展示页面,可以看到刚才上传的数据。

(4)剩下的温度采集节点上传温度测试
其他的温度检测设备节点如果要上传数据,也是一样的方式。
下面将 3 个设备的发送数据格式都列出来,方便填入调试助手发送测试:
四、可视化页面设计
为了方便展示温度信息,可以利用 onenet 提供的可视化组件设计一个网页进行显示。
地址: https://open.iot.10086.cn/studio/view/project

目前 OneNet 的 View 数据可视化组件分为 3 个权限: 基础版、企业版、专业版; 基础版也就是免费版,可以使用基本的组件。 一般要求不高的数据展示,基础版就差不多够用的。
下面是企业版的价格费用:

4.1 创建数据源模板
可视化页面上的控件显示数据时,需要设置数据来源。所以,这里先创建数据的来源。
(1)创建源模板

(2)填写数据源的信息
根据提示填写产品 ID 和 Key,下面的设备和数据流选择对应的设备即可。每个设备都需要建立一个数据源模板。

(3)产品 ID 和 key 在哪里看?
在产品的概述页面,可以找到产品 ID 和对应的 key。

(4)创建完成
为了好区分名字,可以将数据源模板的名称按照序号设置,这样一个设备对应一个数据源。
因为我创建了 3 个设备,这里对应创建了 3 个数据源模板。

4.2 创建可视化页面
(1)新建项目

新建项目可以选择空白模板,也可以选择现有的模板创建。 就算选择空白模板,也可以去参考现成的模块设计的。

我这里选择空白模板
创建新项目。

新建成功后,点击编辑按钮进行页面设计。

(2)控件介绍
进入到编辑页面,可以看到有很多的控件可以选择使用。其中带锁
的表示,当前基础版无法使用,高级控件需要升级专业版才可以使用。(新用户有 7 天的专业版试用期,可以体验一下专业版的控件)

(3)新建多个子页面
为了方便显示每个采集点的温度信息,可以新建多个子页面显示数据,也可以在一个页面显示,具体看自己需求。
我这里新建了 3 个页面,分别显示 3 个采集点的温度数据。 并且页面的名字,页面的类型都可以修改。 页面类似可以选择 PC 端样式,也可以选择手机端样式。

(4)控件选择数据源
每个控件显示的数据,可以选择数据的来源。
比如: 我使用仪表盘显示温度信息,点击仪表盘控件,在右边选择数据源。
第一步,选择管理数据源。

第二步。使用数据源模板新建数据源

新建成功的 3 个数据源。

第三步,设置控件的数据源
比如:我这个仪表盘显示温度采集点 1 的数据,就选择数据源为设备 1 的数据。 并且需要把下面的数据过滤器去掉。

(5)界面样式设计
【1】修改表盘显示的单位为摄氏度。

【2】为了方便区分设备,添加一个标题,显示文字提示

记得去掉数据过滤器。

界面的背景也可以设置,也可以设置图片作为背景。

(6)保存界面发布
由于 onenet 的可视化界面处于维护期,这个期间编写的界面无法保存,发布。 但是在编辑页面的仪表盘还是可以看到数据的实时变化,可以测试整套流程。 等 10.24 之后,应该就可以正常使用了,到时候在重新设计页面。

(7)设备云 APP
在手机上安装设备云 APP,如果项目发布之后,除了分享链接浏览器打开查看以外,也可以登录手机 APP 查看页面。
下面是手机 APP 上的效果:




五、规则引擎与触发器
5.1 触发器设置
触发器可以设置一些简单的条件,比如,温度大于多少,小于多少。 可以让 OneNet 给指定地址发送邮件通知。或者当指定范围内的数据点满足触发条件的要求时,也可以向 url 参数指定的地址发送 post 请求(可以对接自己的服务器)。
(1)添加触发器

(2)设置触发条件
可以选择关联指定设备,或者关联全部设备。然后设置触发条件,设置关联的邮箱。
当温度超出某个阀值,可以触发条件,发送邮件通知。

(3)设置成功

(4)测试触发条件
我这里的触发条件是温度大于 50 就会发送邮件。这里采用网络调试助手测试,上传一个大于 50 的温度,触发条件发送邮件。
发送数据之后,可以看到邮件已经收到了。


5.2 添加规则
(1)添加规则

(2)设置规则
可以设置规则的筛选方式。
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(3)开通 SMS 短信服务
地址: https://open.iot.10086.cn/sms/console/product/#/openSms
目前短信服务是针对企业开放。
六、硬件部分
6.1 有人云 WH-LTE-7S1 模块调试
(1)模块引脚功能说明
模块的使用说明书:https://www.usr.cn/Down/WH-LTE-7S1_V1.0.4.pdf
拿到模块之后首先就是要了解引脚说明,明白每个引脚的功能。 在手册的第9
页,有对模块引脚的介绍。
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下面是模块的实物图:
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调试模块时,必接的引脚有 5 个。 分别是:电源 VCC(5V),电源 GND,串口发送,串口接收,开机引脚。
下面标出这几个引脚的位置:

下面是接好线的实物图:

下面是标出引脚的排线编号规律:

接线说明: 接线时认真看 IO 口编号,对号入座,千万别接错了。
目前模块供电的 VCC+正极有 2 个脚。一个支持 3.4-4.2V (第 16 脚),一个支持 5V~16V(第 13 脚和第 14 脚)。供电的时候,这两个脚只能选择其中一个。 其中,3.4-4.2V 供电是留给锂电池使用的,5V~16V 的供电接口方便接单片机的电源。
当前的这个项目是需要使用 STM32 开发板来驱动模块完成网络连接,处理。 所以,这里模块供电引脚直接选择 5V,方便接在单片机开发板引出的电源口上。
接线总结:
(2)模块接上位机软件测试
第一次拿到模块,肯定要先测试模块是否正常。 有人科技提供了模块对应的串口调试上位机,可以直接在官网下载。
【1】下载上位机调试软件
下载地址:https://www.usr.cn/Download/939.html
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【2】将模块与 USB-TTL 模块接好线,连接到电脑 USB 口上。
接线按下面的来:
【3】打开软件测试模块
软件打开后,选择串口后,打开串口。 点击获取当前参数,就能看到串口打印获取到数据。
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依次可以点击查询信号强度,查询当前版本,查询 DMEI:
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注意: 模块默认的工作模式是 NET 模式,他也就是连接的有人的服务器。 如果要执行 AT 指令,需要先进入配置状态才可以正常执行。
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(3)模块状态指示灯
模块的第 9 个引脚是状态指示灯输出接口,正常启动后,这个引脚会按照 1 秒的频率输出高低电平变化,可以将这个引脚接在单片机上的某个 LED 灯口上,通过观察 LED 灯的闪烁状态确定模块是否正常工作。也可以作为输入脚接到单片机的某个 IO 口上,用于判断模块是否工作正常。

(4)模块的 AT 指令手册
下载地址:https://www.usr.cn/Download/940.html
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(5)有人的测试服务器
服务器: socket.usr.cn
端口号: 2317
这是有人的公网测试 TCP 服务器,向这个服务器发送数据,服务器会将发送的数据返回。 可以用这个服务器测试 4G 模块的联网情况。
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6.2 示例代码
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【DS小龙哥】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/877e0a1ce81b8d001c0e8ce24】。文章转载请联系作者。
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