基于 Arduino 和 IoT 云平台搭建物联网系统

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原文:Building an IoT System Using Arduino and IoT Cloud Platform
责编:屠敏,关注物联网、移动开发领域,寻求报道或投稿请发邮件tumin@csdn.net。

在这篇文章中,我们将介绍如何搭建一款监测土壤水分的物联网系统,用于在土壤干燥时发出警报,提醒用户。本项目使用了 IoT 云平台来管理警报系统,同时存储来自传感器的数据。众所周知,物联网是当今热门话题之一,它将改变我们的未来及生活方式。如今我们可以自己动手搭建物联网系统,因为市场上已有一些原型板,这使得我们不用花费太多金钱及精力就可以着手物联网项目。

搭建 IoT 系统项目

构建这个项目,我们需要:

  1. Arduino MKR1000;
  2. 湿度传感器;
  3. IoT 云平台 Carriots 的免费账户(点击这里创建账户);
  4. IFFT 账户(点击这里,了解更多)。

该项目的核心理念是搭建一个监测土壤水分的 IoT 系统,勘测土壤的湿度。Arduino MKR1000 控制传感器向 Carriots IoT 平台发送数据。Carriots 平台反过来存储来自传感器的数据,并检测存储的值何时达到阈值。下文我们会分享如何分析数据。现在可以假设 Carriots IoT 平台能够以某种方式调用一个 IFFT 服务,并向用户发送一个提醒的短消息。构建该 IoT 系统,我们可以探索如何使用 IoT 生态系统的组件。此外,该项目使用 LED 矩阵显示湿度土壤状态。接下来,我们看看具体怎么搭建。

检测传感器数据

第一步,我们必须读取传感器数据。该 IoT 项目使用了 YL-38 + YL-69 传感器,这个是可以插入要检查的土壤中的模拟传感器。那么如何将传感器连接到 Arduino,如下所示:

代码很简单。我们 从A1 引脚读取数据,然后计算湿度:

float moistureHum = analogRead(A1);
moistureHum = (1023 - moistureHum) * 100 /1023;

此外,还需将 Arduino MKR1000 连接到互联网,以便它可以发送数据:

#include "WiFi101.h"
WiFiClient client;
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.print("Starting...");
  if (WiFi.status() == WL_NO_SHIELD) {
    Serial.println("WiFi shield not present");
    while (true);
  }
  connectToWifi();
}

connectToWifi() 包含:

void connectToWifi() {
  while ( status != WL_CONNECTED) {
   Serial.print("Attempting to connect to WPA SSID: ");
   Serial.println(ssid);
   // Connect to WPA/WPA2 network:
   status = WiFi.begin(ssid, pass);
   // wait 10 seconds for connection:
  delay(10000);
 }
}

这样,如以上代码所述,我们可以管理显示湿度的 LED 矩阵。接下来就聚焦于物联网云平台上。

连接到 IoT 云平台

在将数据发送到云端之前,我们必须配置 Carriots 平台才能管理数据。 Carriots 使用了分层结构来对设备进行分组和管理。因此,在使用设备之前,必须创建此结构。用户一旦登录,先点击“Hierarchy”,再点击“ Project”,填写所需的数据,如下图:


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下一步创建服务,填写所需的数据:


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最后,创建组:


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以上的步骤只需做一次。最后一步是配置设备。它表示我们用来发送数据的物理设备。该设备属于在最后一步创建的组,组属于服务,服务属于项目。配置步骤非常简单,如下图所示:


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至此,配置步骤已完成。我们需将 Arduino 设备连接到 Carriots 并开始发送数据。上图中,Id.developer 这个参数很重要,它代表了将来自 Arduino 设备的数据绑定到 Carriots 设备的唯一标识符。另一个重要参数是 API 密钥。你可以在设置>API密钥菜单中找到它。为了发送数据,我们将这个函数添加到上面的代码中:

void sendData(float data) {
  if (client.connect(server,80)) {
   Serial.println("Connected to the server....");
   String jsonData = "{"protocol":"v2","device":""+DEVICE_ID+
                     "","at":"now","data":{"soil":""+
                     String(data)+""}}";  // Make a HTTP request
  client.println("POST /streams HTTP/1.1");
  client.println("Host: api.carriots.com");
  client.println("Accept: application/json");
  client.println("User-Agent: Arduino-Carriots");
  client.println("Content-Type: application/json");
  client.print("carriots.apikey: ");
  client.println(API_KEY);
  client.print("Content-Length: ");
  int thisLength = jsonData.length();
  client.println(thisLength);
  client.println("Connection: close");
  client.println();
  client.println(jsonData);
 }
}

注意该函数发送一个包含从传感器读取的数据的 JSON 有效载荷。必须在 loop()方法中调用此函数。运行这个程序,我们可以发现设备向 Carriots 发送数据,如下所示:


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监控物联网传感器数据

接下来是监控数据。通常在物联网系统中,我们不仅希望从传感器获取数据,而且当这些值超出特定值时,我们希望监视这些信息以采取完善措施。本项目中,当土壤太过干燥时,我们要告知用户。虽然 Carriots 拥有内置的电子邮件系统,但我们更倾向于与 Carriots 集成的另一个有用的平台,即 IFFT。该平台提供了多种集成服务。

为了提醒用户,我们需要两个组件:

  1. 监控数据系统;
  2. 警报系统。

作为监控数据系统,本 IoT 系统项目使用 Carriots 监听器。监听是分析输入值及应用特定规则的一个过程。当规则被验证时,它就会调用一个脚本。对于 Carriots 的有趣方面是,我们可以使用 Groovy 作为脚本语言来调用外部服务。

警报系统建立在 IFFT 上。在完成 Carriots 的任务之前,配置 IFFT 非常有必要。如上所述,当湿度达到阈值时,我们想要发送一条短消息提醒用户。为了实现这个功能,需要在 IFFT 中配置一个短消息服务。在此之前,我们需要一个免费的帐户。那么首先我们创建一个新的 Applet:


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点击“+”添加服务并搜索“Maker”服务:


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选择“Maker webhooks”来启用 IoT Maker。接下来配置 maker 服务,并填入触发发送消息进程的事件名称:


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最后,启动发送消息服务,配置所有必需的参数,如目标号码和消息体:


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现在,我们来看一下 Carriots 平台的监听器。首先创建一个新的监听器,调用与之前刚创建的 Applet 相关的 URL。当监听器调用 URL 时,IFFT 发送一条短消息。配置监听器流程如下图所示:


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最后一步是配置表达式。我们可以使用 Groovy 写这个案例。

综上,我们可以验证当土壤水分低于阈值水平时,手机上是否会收到一条短信。

总结

通过本文,相信大家已经学会了如何使用传感器、Arduino 和 IoT 云平台构建 IoT 系统。也正如本文所述,我们可以集成现有的平台和服务来构建一款 IoT 系统。


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