【腾讯连连IoT开发大赛】滑坡灾害监测设备

原创

soffio小宇

修改于 2021-01-11 09:13:50

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修改于 2021-01-11 09:13:50

文章被收录于专栏：腾讯云IoT

0 Introduction

不得不再次感叹一下，ddl是第一生产力！！

历经了7天的磨练，这个小东西终于被搞定了。

~~其实是每天下班后，还不想加班的我，回来完成一个小任务后开始躺尸。~~

看着群里面的大佬们每天在讨论H5啥啥啥的高端的玩意儿，总觉得自己菜的不行……

言归正传，鹅厂这次搞得【腾讯连连IoT开发大赛】不得不说是个特别好玩的东西

其实作为一个滑坡灾害监测设备的话，一般应该是安装在户外，也就是用4G或者NB-IoT的通讯方式更好。

でもね、手头目前缺少设备- -，就用了上次从鹅厂嫖到的TOS_EVB_G0开发板作为核心。

主要设备：

TOS_EVB_G0开发板（STM32G0核心+ESP8266通讯模块）
MIRAN拉绳式位移传感器
SCA100T倾斜度传感器

接下来是个全家福

先上一个视频

视频内容

1 硬件工作准备

首先做好硬件开发准备工作，把传感器连接到核心板上，写好驱动代码，读取传感器数值。

1.1 位移传感器工作准备

位移传感器是一个三线制传感器，行程1000mm，供电5-10V（实测3V3工作正常，反正是个滑动变阻器……）

传感器基本上是线性的，所以用ADC读取后，可以直接用公式进行转换

输出端口接到ADC1上，然后在软件中对ADC1进行配置

  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV2;
  hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
  hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
  hadc1.Init.LowPowerAutoWait = DISABLE;
  hadc1.Init.LowPowerAutoPowerOff = DISABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
  hadc1.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
  hadc1.Init.Overrun = ADC_OVR_DATA_PRESERVED;
  hadc1.Init.SamplingTimeCommon1 = ADC_SAMPLETIME_1CYCLE_5;
  hadc1.Init.SamplingTimeCommon2 = ADC_SAMPLETIME_1CYCLE_5;
  hadc1.Init.OversamplingMode = DISABLE;
  hadc1.Init.TriggerFrequencyMode = ADC_TRIGGER_FREQ_HIGH;
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

然后驱动ADC1，读取数值，将其转换成实际位移

//读取ADC的值，数据存放在param_dis_adc
HAL_ADC_Start(&hadc1);
HAL_Delay(1000);
printf("Distance:\r\n");
//获取adc的值
param_dis_adc=HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
printf("adc value %d \r\n", param_dis_adc);
		
//将ADC的值转换为位移量
adcConvertedDist =(double)param_dis_adc*1000/4096;
printf("dist value %.2f mm \r\n", adcConvertedDist);

1.2 倾斜度传感器工作准备

倾斜度传感器选用的是SCA100T，这是一个SPI总线的倾斜度传感器

数字式传感器可以有效解决因为噪声导致的干扰

在驱动了板载硬件SPI后，调试未果，便采用了模拟SPI时序的方法进行驱动

以X轴加速度读取为例：

CS_ONE();
tos_task_delay(4);
CS_ZERO();      //这一阶段开始读数据
tos_task_delay(4);

for(i=0; i<8; i++){								
	Temp = RDA & 0X80;				
	RDA <<= 1;
	//开始加载数据
	if(Temp == 0x80){SDI_ONE();}
	else{SDI_ZERO();}				
	SCLK_ZERO();
	tos_task_delay(4);
	SCLK_ONE();				//时钟给定上升沿
	tos_task_delay(4);
}	
tos_task_delay(4);		
for(i=0; i<11; i++){
	SCLK_ONE();			//数据在下降沿改变
	tos_task_delay(4);	
	SCLK_ZERO();																						
	tos_task_delay(4);
	if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)){
		ACC_X <<= 1; ACC_X += 1;
	}else{
		ACC_X <<= 1;
	}					
}	
CS_ONE();
tos_task_delay(4);

最后获得到当前的XY轴加速度，然后根据下面的公式进行换算

其中

然后进行一个计算校准

int miay;
miay = (ACC_Y-1024);
Angle_Y = ((float)miay/1638)*180.0/PI;
printf("Angle_Y = %.2f\r\n", Angle_Y);

这里很奇怪的是，直接做减法后强制类型转换得到的结果值有错误……

所以用了个中间变量做转换……疑惑脸🧐

最后利用串口输出X和Y轴的角度值

	//读取SCA100T的值，数据存放在Angle_X，Angle_Y
	SCA_GPIO_INIT();
	SCA100T_Angle_X();
	printf("Angle_X = %f\r\n", Angle_X);
	HAL_Delay(1000);
	SCA100T_Angle_Y();
	printf("Angle_Y = %f\r\n", Angle_Y);
	HAL_Delay(1000);

1.3 差值计算

因为灾害预警一般是看其变化的情况，所以在程序里面还有对差值进行计算判断

首先把当前的位移和倾斜度的值存储在一个变量中

然后把每次读到的值和上一次的值求差值计算

//求取与上次位移量的差值
minus = abs( adcConvertedDist - lastdist);
printf("dist minus value %.2f mm \r\n", minus);
//求取与上次角度的差值
minusangx = fabs(Angle_X - lastangx);
minusangy = fabs(Angle_Y - lastangy);
printf("anglex minus value %.2f rad \r\n", minusangx);
printf("angley minus value %.2f rad \r\n", minusangy);
//刷新上一次的寄存器
lastdist = adcConvertedDist;
lastangx = Angle_X;
lastangy = Angle_Y;

1.4 预警判断

接下来进行差值判断，首先定义报警阈值

//定义报警阈值
#define blue_dist  20
#define yellow_dist  40
#define orange_dist  60
#define red_dist  80
#define blue_ang  3.0
#define yellow_ang  4.0
#define orange_ang  5.0
#define red_ang  6.0
//定义报警变量
char*red_warn_data="red";
char*orange_warn_data="orange";
char*yellow_warn_data="yellow";
char*blue_warn_data="blue";
char*safe_warn_data="safe";
char warn_data[10]={0};
int warn_num;

报警一共分为四个等级（对应报警值为模拟，实际使用时会根据现场情况进行调整）

等级	对应数值
蓝色警报	位移差值>20mm 或角度变化>3°
黄色警报	位移差值>40mm 或角度变化>4°
橙色警报	位移差值>60mm 或角度变化>5°
红色警报	位移差值>80mm 或角度变化>6°

然后开始进行条件判断

if(minus>blue_dist||minusangx>blue_ang||minusangy>blue_ang) {
	if(minus>yellow_dist||minusangx>yellow_ang||minusangy>yellow_ang){
		if(minus>orange_dist||minusangx>orange_ang||minusangy>orange_ang){
			if(minus>red_dist||minusangx>red_ang|minusangy>red_ang)	{
				warn_num = 4;
				sprintf(warn_data,"%s",red_warn_data);
			}else{
				warn_num = 3;
				sprintf(warn_data,"%s",orange_warn_data);
			}					
		}else{
			warn_num = 2;
			sprintf(warn_data,"%s",yellow_warn_data);
		}
	}else{
		warn_num = 1;
		sprintf(warn_data,"%s",blue_warn_data);
	}
	printf("%s,warning!\r\n",warn_data);
}else{
	warn_num = 0;
	sprintf(warn_data,"%s",safe_warn_data);
}

1.5 调试结果

拉动位移传感器，改变传感器的值，主控自动进行报警操作

2 云平台准备

准备好硬件以后，就开始在云平台构建物模型了

首先在腾讯云物联网开发平台中依次点击“产品开发”—“新建产品”

然后依次填写信息，因为这里我才用的鹅厂开发板板载的ESP8266，所以通信方式选择WiFi

然后点击卡片进入

2.1 定义数据模板

接下来定义数据模板，可以选择导入json的方式，也可以一步一步自己添加

下面是我的产品所需要的属性，和其对应的json信息

{
  "version": "1.0",
  "profile": {
    "ProductId": "E0UJSCFA1X",
    "CategoryId": "1"
  },
  "properties": [
    {
      "id": "dist",
      "name": "位移值",
      "desc": "",
      "mode": "r",
      "define": {
        "type": "float",
        "min": "0",
        "max": "1000",
        "start": "0",
        "step": "0.01",
        "unit": "mm"
      },
      "required": false
    },
    {
      "id": "warning",
      "name": "报警事件",
      "desc": "",
      "mode": "r",
      "define": {
        "type": "string",
        "min": "0",
        "max": "2048"
      },
      "required": false
    },
    {
      "id": "warn_num",
      "name": "等级数据",
      "desc": "",
      "mode": "r",
      "define": {
        "type": "enum",
        "mapping": {
          "0": "safe",
          "1": "blue",
          "2": "yellow",
          "3": "orange",
          "4": "red"
        }
      },
      "required": false
    },
    {
      "id": "angx",
      "name": "X角度",
      "desc": "",
      "mode": "r",
      "define": {
        "type": "float",
        "min": "-90",
        "max": "90",
        "start": "0",
        "step": "0.001",
        "unit": "°"
      },
      "required": false
    },
    {
      "id": "angy",
      "name": "Y角度",
      "desc": "",
      "mode": "r",
      "define": {
        "type": "float",
        "min": "-90",
        "max": "90",
        "start": "0",
        "step": "0.001",
        "unit": "°"
      },
      "required": false
    },
    {
      "id": "int_time",
      "name": "采集间隔时间",
      "desc": "",
      "mode": "rw",
      "define": {
        "type": "enum",
        "mapping": {
          "1": "间隔10s采集",
          "2": "间隔20s采集",
          "3": "间隔30s采集",
          "4": "间隔40s采集"
        }
      },
      "required": false
    }
  ],
  "events": [],
  "actions": []
}

那么简单来说一下吧

2.1.1 浮点型数据

在我的模块中，位移和倾斜度的值，都属于浮点型数据，所以我可以新建浮点型数据属性，来读取设备上传的值

例如你的变量范围是-30°~30°的一个数据范围，就可以如上新建数据属性

这里值得注意的是，标识符一定要和数据上报的字符串中的数据一致

例如我的倾斜度X上报的数据如下：

#define REPORT_ANGX_DATA_TEMPLATE  "{\\\"method\\\":\\\"report\\\"\\,\\\"clientToken\\\":\\\"00000001\\\"\\,\\\"params\\\":{\\\"angx\\\":%.3f}}"

那么我的标识符就要保持一致

2.1.2 字符串型数据

因为一开始我想直接通过MCU判断当前是属于什么警报类型，直接上传到云平台，所以建立了一个如下的数据模板

#define REPORT_WARNING_DATA_TEMPLATE "{\\\"method\\\":\\\"report\\\"\\,\\\"clientToken\\\":\\\"00000001\\\"\\,\\\"params\\\":{\\\"warning\\\":\\\"%s\\\"}}"

上报的数据如下

char*red_warn_data="red";
char*orange_warn_data="orange";
char*yellow_warn_data="yellow";
char*blue_warn_data="blue";
char*safe_warn_data="safe";
char warn_data[10]={0};

通过测试，的确服务器可以收到相应的报警数据

但是腾讯连连竟然不支持字符串的显示！！！！！！！

2.1.3 枚举类型数据

在极度的气愤和无奈下ヾ(≧へ≦)〃

咨询了鹅厂的工程师，他们给出的建议是采用枚举类型

果然柳暗花明又一村！！

新建枚举类型数据，然后把每个报警值对应到一个数字（见1.4部分）

新建一个数据模板

#define REPORT_WARNING_NUM_TEMPLATE "{\\\"method\\\":\\\"report\\\"\\,\\\"clientToken\\\":\\\"00000001\\\"\\,\\\"params\\\":{\\\"warn_num\\\":\\\"%d\\\"}}"

这样就会获得一个值，然后云平台会根据这个值来对应报警类型。

2.2 交互开发

点击交互开发按钮

在下面的属性中找到面板配置

这里就是每天看各位大佬讨论的H5开发了，对于我一个硬件开发者来说，属实有点点难度，暂且先略过

目前采用的是标准面板

这里可以把每一个值选择其显示的方式

比如浮点数的变量会自动匹配一个棒图

那么这个里面为了让当前状态更明显，所以我把报警等级放做大图标，其他的数据都作为小图标看数值即可。

2.3 设备上行数据调试

其实接下来就基本大功告成了，剩下的就是配置软硬件接口部分了

首先点击设备调试，找到对应的设备，点击调试

当然，一开始你可能没有设备，那么就点击新建设备

输入设备名称，点击保存

点击设备信息，然后就可以看到你的一些关键信息

然后在硬件程序中配置你的这几个信息

// 物联网开发平台设备信息
#define PRODUCT_ID              "E0U***A1X"
#define DEVICE_NAME             "geo_iot"
#define DEVICE_KEY              "wj38L3****uWFm3A=="

在程序中订阅topic


// 3. 设置设备信息：产品ID，设备名，设备密钥
strncpy(dev_info.product_id, product_id, PRODUCT_ID_MAX_SIZE);
strncpy(dev_info.device_name, device_name, DEVICE_NAME_MAX_SIZE);
strncpy(dev_info.device_serc, key, DEVICE_SERC_MAX_SIZE);
tos_tf_module_info_set(&dev_info, TLS_MODE_PSK);
// 4. 连接IoT Explorer
 mqtt_param_t init_params = DEFAULT_MQTT_PARAMS;
 if (tos_tf_module_mqtt_conn(init_params) != 0) {
     printf("module mqtt conn fail\n");
 } else {
     printf("module mqtt conn success\n");
 }
 if (tos_tf_module_mqtt_state_get(&state) != -1) {
     printf("MQTT: %s\n", state == MQTT_STATE_CONNECTED ? "CONNECTED" : "DISCONNECTED");
 }
// 5. 订阅数据模板 topic
 size = snprintf(report_reply_topic_name, TOPIC_NAME_MAX_SIZE, "$thing/down/property/%s/%s", product_id, device_name);
 if (size < 0 || size > sizeof(report_reply_topic_name) - 1) {
     printf("sub topic content length not enough! content size:%d  buf size:%d", size, (int)sizeof(report_reply_topic_name));
 }
 if (tos_tf_module_mqtt_sub(report_reply_topic_name, QOS0, default_message_handler) != 0) {
     printf("module mqtt sub fail\n");
 } else {
     printf("module mqtt sub success\n");
 }
 memset(report_topic_name, sizeof(report_topic_name), 0);
 size = snprintf(report_topic_name, TOPIC_NAME_MAX_SIZE, "$thing/up/property/%s/%s", product_id, device_name);
 if (size < 0 || size > sizeof(report_topic_name) - 1) {
     printf("pub topic content length not enough! content size:%d  buf size:%d", size, (int)sizeof(report_topic_name));
 }

然后定义上报数据类型

#define REPORT_ALL_TEMPLATE	"{\\\"method\\\":\\\"report\\\"\\,\\\"clientToken\\\":\\\"00000001\\\"\\,\\\"params\\\":{\\\"dist\\\":%.3f\\,\\\"angx\\\":%.3f\\,\\\"angy\\\":%.3f\\,\\\"warning\\\":\\\"%s\\\"\\,\\\"warn_num\\\":%d}}"

// 1. 构造上报的JSON
snprintf(payload, sizeof(payload), REPORT_ALL_TEMPLATE, adcConvertedDist,Angle_X,Angle_Y,warn_data,warn_num);
// 2. 向数据模板topic发布信息
if (tos_tf_module_mqtt_pub(report_topic_name, QOS0, payload) != 0) {
    printf("module mqtt pub fail\n");
    break;
} else {
    printf("module mqtt pub success\n");
}

点击在线调试

就可以实时看到你的设备上报的数据了

2.4 设备下行数据调试

定义一个读写数据

然后在腾讯连连小程序中，就会出现一个可以修改的数据变量

在MCU程序中编写对数据的读取解析

首先看一下平台会返回到的数据payload

topic:$thing/down/property/E0UJSCFA1X/geo_iot
payload:"{"method":"control","clientToken":"clientToken-X6rxefd-H","params":{"int_time":1}}"

然后对其进行解析

static void default_message_handler(mqtt_message_t* msg)
{
	cJSON *root;
	cJSON *params;
	cJSON *token;
	cJSON *method;
	cJSON *int_time;

	int int_time1;

    printf("callback:\r\n");
    printf("---------------------------------------------------------\r\n");
    printf("\ttopic:%s\r\n", msg->topic);
    printf("\tpayload:%s\r\n", msg->payload);
    printf("---------------------------------------------------------\r\n");

	// 1. 解析从云端收到的控制信息，示例控制信息为
	//"{"method":"control","clientToken":"clientToken-Xx-N_enad","params":{"int_time":0}}"
	root = cJSON_Parse(msg->payload +1);
	if (!root){
		printf("Invalid json root\r\n");
		return;
	}

	// 2. 解析出method
	method = cJSON_GetObjectItem(root, "method");
	if (!method){
		printf("Invalid json method\r\n");
		cJSON_Delete(root);
		return;
	}

	// 3. 仅处理云端下发的 control 数据，report_reply暂不处理
	if (0 != strncmp(method->valuestring, "control", sizeof("control") - 1)){
		cJSON_Delete(root);
		return;
	}

	// 4. 解析出params
	params = cJSON_GetObjectItem(root, "params");
	if (!params){
		printf("Invalid json params\r\n");
		cJSON_Delete(root);
		return;
	}

	// 1. 解析出int_time
	int_time = cJSON_GetObjectItem(params, "int_time");
	int_time1 = int_time -> valueint;

	// 2. 根据int_time控制时间间隔
	if (1 == int_time1){
		int_time_val = 10000;
		printf("get server data success\r\n");
		printf("int_time_val = 10000\r\n");
	}
	if (2 == int_time1){
		int_time_val = 20000;
		printf("get server data success\r\n");
		printf("int_time_val = 20000\r\n");
	}
	if (3 == int_time1){
		int_time_val = 30000;
		printf("get server data success\r\n");
		printf("int_time_val = 30000\r\n");
	}
	if (4 == int_time1){
		int_time_val = 40000;
		printf("get server data success\r\n");
		printf("int_time_val = 40000\r\n");
	}

	// 4. 设置clientToken回复
	token = cJSON_GetObjectItem(root, "clientToken");
	if (token) {
		strcpy(client_token_cache, token->valuestring);
		is_client_token_received = true;
	}

	cJSON_Delete(root);
}

int_time_val里面存放的是数据采集间隔时间，然后在主循环中编写相应程序

tos_sleep_ms(int_time_val); //根据服务器时间调整间隔

3 数据链路开发

鹅厂的IoT系统中有一个数据流，挺有意思的

左侧选择数据开发 — 新建数据流

例如我这里新建一个 警报推送

交互数据里面有输入、处理、输出三大部分内容

首先添加一个设备数据输入，选择相应产品，然后选择属性

这里的属性就是我们之前定义的数据属性，这里我们选择报警事件

（其实也可以用warn_num，但是这个string类型的数据不能浪费他呀）

添加一个数据过滤，然后加一个条件。

我们一共有四个条件（red、orange、yellow、blue），分别添加四个数据过滤

最下面添加一个输出—公众号推送

然后分别把他们连接起来

然后启用这个数据流

这样的话，我们就可以在腾讯连连微信公众号中看到报警信息

4 开发感悟

最后再来一句感慨

鹅厂的IoT平台真的是好用，~~但是为什么string类型数据不能显示(╯▔皿▔)╯~~

上面的部分代码是腾讯云物联实验室给的示例代码，本来不想贴出来，但是感觉很多人还是在走弯路，所以还是贴出来大家一起参考一下

然后就是关于面板，因为做硬件开发，很少开发前端，发现H5的开发不只是js部分，还需要SDK配置，这个只能说学无止境，展望一下后续吧

腾讯云IoT Explorer平台和TencentOS-tiny简直是提供了太大的开发便利，一个产品利用腾讯IoT平台进行开发，可以大大缩短周期，能够尽快上线！

不过也有不足，这次开发是基于ESP8266进行开发的，我的设备应用场景多在户外，因此可能更需要用4G和NB-IoT来进行s据传输。这次时间仓促，手边没有相应模块，只能先用WiFi调试了，看来接下来还有的事情做~

短时间内堆起了这么一个小家伙，还是没有把预想的功能全部做完，不足之处还请各位看官多多见谅，大家相互交流。

最后，感谢鹅厂的这次活动~

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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