NodeMCU ашиглан ухаалаг хуваарилагдсан IoT цаг агаарын хяналтын систем: 11 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:00

Уламжлалт цаг уурын станцын талаар та бүгд мэдэж байгаа байх. гэхдээ энэ нь хэрхэн ажилладаг талаар та бодож байсан уу? Уламжлалт цаг уурын станц нь өртөг өндөртэй, том хэмжээтэй байдаг тул эдгээр станцуудын нэг нэгж талбайд нягтаршил маш бага байгаа нь өгөгдлийн нарийвчлал алдагдахад нөлөөлдөг. Би танд хэрхэн тайлбарлах болно: Станц нь хотын дунд байрладаг бөгөөд энэ нь 'x' метрийн радиуст байрладаг цорын ганц станц гэж бодъё. Нэг станц нь тухайн бүс нутгийн цаг агаарын мэдээг тодорхойлох үүрэгтэй тул 'x' метрийн радиусын талбайг бүхэлд нь бохирдсон гэж харуулсан станцын зураг.

Энэ асуудлыг даван туулахын тулд модулийн нягтралыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай бөгөөд хэрэв модулиуд нь хямд бөгөөд одоо байгаагаас бага талбай эзэлдэг бол л боломжтой юм.

Энэ бол миний санал болгож буй шийдэл бол энэ асуудлын төгс шийдэл юм, энэ нь 10 доллараас бага үнэтэй бөгөөд миний алган дээр амархан байрладаг.

Хэрхэн ажилладаг…

Энэ төслийн үндсэн 3 хэсэг байдаг.

Төхөөрөмжийн тал:

Төхөөрөмж нь зураг дээр үзүүлсэн IoT модуль бөгөөд цаг агаарын мэдээллийг 'x' интервал бүрт сервер рүү илгээдэг. Мэдээлэлд цаг агаарын бодит мэдээлэл, модулийн газарзүйн байршил орно; өөрөөр хэлбэл түүний координат, түүний MAC хаяг; төхөөрөмжийг өвөрмөц байдлаар тодорхойлохын тулд одоо ажиллаж байгаа програм хангамжийн хувилбар. Төхөөрөмжийн тал нь сервер дээр өгөгдөл оруулах идэвхтэй хувь нэмэр оруулдаг N модулиудыг агуулдаг.

Сервер тал:

Нэрээс нь харахад модулийн өгөгдлийг хүлээн авах, мэдээллийн санд хадгалах, хуучин хувилбар дээр ажиллаж байгаа бол модулийг хамгийн сүүлийн үеийн програм хангамжаар шинэчлэх, цаг агаарын мэдээг хүсэлтээр үйлчлүүлэгч.

Хэрэглэгч/Хэрэглэгчийн тал:

Энэ бол серверээс цаг агаарын мэдээг хүссэн эцсийн хэрэглэгч юм. Үйлчлүүлэгч одоогийн байршлыг илгээж, байршилд үндэслэн сервер нь үйлчлүүлэгч болон бүх модулиудын хоорондох зайг тооцоолж, хамгийн ойрын модулийн цаг агаарын мэдээллийг үнэн зөв гэж үздэг үйлчлүүлэгчид илгээдэг.

Хангамж

• NodeMCU (ESP8266-12E)
• DHT11 (чийгшил ба температур мэдрэгч)
• BMP180 (Даралт ба температур мэдрэгч)
• MQ-135 (Агаарын чанарын индекс мэдрэгч)
• USB кабель (програмыг байршуулах)
• 5 вольтын цахилгаан хангамж
• Конденсатор (Нэмэлт: цахилгаан шугамтай зэрэгцээ байрлуулах боломжтой)
• Arduino IDE (програмыг дибаг хийх, байршуулах)
• POSTMAN програм (заавал биш: API дибаг хийх)
• Вэбсайт (PHP болон MySQL серверийг байршуулах)

Алхам 1: Бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг гагнах ба програмыг NodeMCU руу байршуулах

Бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг NodeMCU -д гагнах. Мөн конденсаторыг өгөгдөл дамжуулах, хүлээн авах явцад хүчдэл ихэссэн тул цахилгаан шугамтай зэрэгцүүлэн гагнах.

Гагнуурын ажил дууссаны дараа "code.c" файлд оруулсан кодыг байршуулна уу.

Тэмдэглэл: Итгэмжлэх жуух бичгээ өөрийн итгэмжлэлээр солихоо бүү мартаарай. Мөн "html_file.h" нэртэй файлыг arduino тойм фолдер дотор байрлуулна уу. Энэ төсөлд ашигласан бүх толгой файлуудыг эндээс олж болно.

Кодын онцлог шинж чанарууд:

Хандалтын цэг: Модуль бүрийг итгэмжлэлээр масс үйлдвэрлэлд програмчлах нь хэцүү байдаг тул модуль нь холбогдохын тулд EEPROM -д хадгалагдаж буй WiFi -ийн итгэмжлэлийг хүлээн авахын тулд эхний ачаалал дээрээ вэб хуудсыг байрлуулдаг.

Итгэмжлэх жуух бичгээ тохируулсны дараа NodeMCU нь EEPROM -ийн итгэмжлэлийг шалгаж, EEPROM -д байгаа WiFi итгэмжлэлтэй холбогддог.

WiFi -тэй амжилттай холбогдсоны дараа NodeMCU нь өгөгдлийг сервер рүү 'x' интервал бүрт байршуулж эхэлдэг бөгөөд үүнд өгөгдөлд цаг агаарын мэдээлэл, модулийн MAC хаяг, програмын хувилбар, төхөөрөмжийн газарзүйн байршил орно.

OTA шинэчлэлт: Модуль нь кодонд заасан тодорхой цагт өдөр бүр шинэ програмын шинэчлэлтийг шалгадаг. Өөрчлөлт хийх шаардлагатай тохиолдолд ямар ч үйлдвэрлэгч тусдаа модулийн програмыг үргэлжлүүлж өөрчлөх боломжгүй байдаг тул энэ онцлог нь ашигтай байдаг.

Харуулын нохой таймер: Атласт гацах эсвэл осолдоход хүний оролцоогүйгээр өөрийгөө сэргээх арга зам байх ёстой. Үүнийг Watchdog таймер ашиглан хийж болно. Үүнийг хэрхэн хийх вэ: секунд тутамд ажилладаг тасалдлын дэд горим байдаг. ISR нь тоолуурыг ажиллуулах тоолондоо нэмэгдүүлж, тоолуур хамгийн их тоонд хүрсэн эсэхийг шалгадаг. Тоолуур хамгийн их утгад хүрмэгц модуль унасан гэж үзээд өөрийгөө дахин тохируулна. Хэвийн ажиллагааны үед тоолуур хамгийн их тоонд хүрэхээс өмнө үргэлж шинэчлэгддэг.

Алхам 2: SQL серверийг тохируулах

SQL Server -ийн тохиргоо нь бас маш энгийн. SQL сервер дээр мэдээллийн бааз үүсгэж, "database_structure.txt" нэртэй файлыг импортлох замаар тохиргоог импортлоход л хангалттай. Та энэ алхамаас файлыг олох боломжтой. Зааварчилгаа нь ".sql" файлуудыг байршуулахыг зөвшөөрдөггүй тул би файлын нэрийг ".txt" болгож өөрчилсөн.

Тэмдэглэл: ".txt" файлыг ".sql" болгон өөрчил.

Алхам 3: Файл серверийг тохируулах

Хэрэв та вэбсайт эзэмшдэг бөгөөд онлайнаар байршуулсан бол серверийг тохируулах нь үнэхээр хялбар байдаг. Энэ гарын авлагын хамрах хүрээнээс хэтэрсэн тул би вэбсайт үүсгэх, байршуулах бүх процедурыг даван туулахгүй. Гэхдээ та үүнийг өөрийн компьютер дээрээ localhost болгон байршуулж, файлуудыг туршиж үзэх боломжтой.

Зааварчилгаа нь PHP файл байршуулахыг зөвшөөрдөггүй тул би файлуудын нэрийг ".txt" гэж өөрчилсөн.

Тэмдэглэл: Файлын өргөтгөлийг ".php" гэж нэрлэнэ үү. Мөн "config.php" файлын итгэмжлэлийг өөрчлөхөө бүү мартаарай.

Файлуудыг сервер дээр байршуулаад явахад бэлэн байна.

Би танд PHP файлуудын талаар товч мэдээлэл өгөх болно.

db_config.php:

Энэ файлд SQL сервертэй холбогдоход шаардлагатай бүх итгэмжлэлүүд хадгалагдана.

db_connect:

Энэ файлд мэдээллийн сангийн холболтод шаардлагатай анги байгаа болно.

оруулах.php:

NodeMCU нь энэхүү PHP файлыг GET аргыг ашиглан сервер рүү өгөгдөл оруулах зорилгоор дууддаг. Энэ файл нь ижил өгөгдлийг SQL сервер дээр хадгалах үүрэгтэй.

retrieve.php:

Хэрэглэгч/үйлчлүүлэгч энэ PHP -ийг GET аргыг ашиглан дууддаг. Сервер нь хэрэглэгч болон бүх модулиудын хоорондох зайг тооцоолно. Дараа нь хамгийн ойрын модулийн өгөгдлийг үйлчлүүлэгчийн хүссэнээр JSON/XML форматаар үйлчлүүлэгчид хариу болгон илгээдэг.

update.php:

Энэхүү PHP файлыг модуль өдөр бүр тодорхой цагт дуудаж, модуль нь програмын хамгийн сүүлийн хувилбарыг ажиллуулж байгаа эсэхийг шалгадаг. Хамгийн сүүлийн үеийн ".bin" файлыг файлын сервер дээр байрлуулж, файлын лавлахыг файлын хувьсагчид зааж өгнө үү.

Хэрэв эдгээр олон файл эхэндээ аймшигтай санагдаж байвал би хэрэглэгчийн баримт бичгийг дараагийн алхамд оруулсан болно.

Алхам 4: Хэрэглэгчийн баримт бичиг

Танилцуулга:

Weather API нь дэлхийн гадаргуу дээрх байршлын цаг агаарын мэдээллийг авах энгийн интерфэйсийг өгдөг. Та өгөгдсөн форматтай тодорхой өргөрөг/уртраг хосын цаг агаарын мэдээллийг хүсдэг. API нь хүссэн байршилаас хамгийн ойрын модульд хамгийн сүүлд бүртгэгдсэн температур, чийгшил, даралт, агаарын чанарын индексийг буцаана.

Эхлэхээс чинь өмнө:

Энэхүү баримт бичиг нь боловсруулж буй аппликешнд цаг агаарын мэдээллийг оруулахыг хүссэн вэбсайт болон гар утасны хөгжүүлэгчдэд зориулагдсан болно. Энэ нь API болон ашиглах боломжтой параметрүүдийн талаархи лавлах материалыг ашиглан хэрэглээг танилцуулж байна.

Цаг агаарын мэдээллийн хүсэлт:

Цаг агаарын API хүсэлтийг URL мөр болгон бүтээсэн болно. API нь өргөрөг/уртрагийн хосоор тодорхойлогдсон дэлхийн аль ч цэгийн цаг агаарын мэдээллийг буцаана. Цаг агаарын мэдээллийн нарийвчлал нь тухайн хэсэгт байрлуулсан модулийн нягтралтай шууд пропорциональ болохыг анхаарна уу.

Weather API -ийн хүсэлт дараах хэлбэртэй байна

example.com/retrieve.php?lat=25.96446&lon=53.9443&format=json

Гаралтын формат (формат) нь дараахь утгуудын аль нэг байж болно

• JSON (санал болгосон), гаралтыг JavaScript объектын тэмдэглэгээ (JSON) дээр харуулдаг; эсвэл
• XML нь зангилаа дотор ороосон XML гаралтыг харуулдаг.

Хүсэлтийн параметрүүд:

Бүх URL -д байдаг шиг параметрүүдийг ampersand (&) тэмдэгтээр тусгаарладаг. Параметрүүдийн жагсаалт ба тэдгээрийн боломжит утгыг доор тэмдэглэв.

Шаардлагатай параметрүүд:

• лат: Хайх байршлын өргөргийг илэрхийлнэ. (жишээ нь лат = 19.56875)
• lon: Хайх байршлын уртраг. (жишээ нь lon = 72.97568)

Нэмэлт параметрүүд:

формат: Цаг агаарын өгөгдлийн хариу гаралтын форматыг зааж өгнө. Энэ нь JSON эсвэл XML байж болно. Анхдагч нь JSON юм. (жишээ нь формат = json эсвэл формат = xml)

Цаг агаарын хариу үйлдэл:

Хүчинтэй хүсэлт бүрийн хувьд цагийн бүсийн үйлчилгээ нь хүсэлтийн URL дотор заасан форматаар хариу өгөх болно. Хариулт бүр дараахь элементүүдийг агуулна.

• амжилт: хариултын статусыг харуулсан утга.

  • 0: сөрөг; хүсэлт буруу хийгдсэн болохыг харуулж байна.
  • 1: батлах; хүсэлт амжилттай болсныг илтгэнэ.
• мессеж: хүсэлтийг буруу хийсэн шалтгааныг харуулсан мөр. Статус сөрөг байгаа тохиолдолд л боломжтой.

• өгөгдөл: цаг агаарын олон параметр бүхий массив.

  • Температур: температурын өгөгдөл.
  • hum: чийгшил байгаа эсэх мэдээлэл.
  • pres: үнэмлэхүй даралтын өгөгдөл.
  • aqi: одоогийн агаарын чанарын индекс.

Хоёр форматын жишээг зураг дээрээс харж болно.

Алхам 5: Модулийг тохируулах

Анхны ачаалах үед төхөөрөмжийн менежер/хэрэглэгчийн итгэмжлэлийг хүлээн авахын тулд нэвтрэх цэгийг үүсгэж, вэб хуудсыг IP хаягаар (анхдагч: 192.168.4.1) байршуулж эсвэл модуль нь хадгалагдсан итгэмжлэлийг олж чадаагүй бол. EEPROM.

Хэрэглэгч модулийг холбохыг хүссэн SSID болон нууц үгээ оруулах ёстой. Хэрэв та хөтөч рүү тухайн байршилд нэвтрэхийг зөвшөөрвөл өргөрөг ба уртраг автоматаар дүүрнэ.

Бүх мэдээллийг оруулсны дараа "SEND" товчлуур дээр дарж, бүх итгэмжлэлийг модулийн EEPROM -д бичнэ.

Энэ алхам нь маш чухал бөгөөд учир нь модулиудыг их хэмжээгээр үйлдвэрлэхдээ бүх модулийг яг байршлын өгөгдөл, WiFi-ийн итгэмжлэлээр програмчлах боломжгүй юм. Түүнчлэн, програмын итгэмжлэлийг хатуу кодчлох нь зохисгүй юм, учир нь хэрэв бид модулийг өөр газар руу нүүлгэх эсвэл WiFi-ийн итгэмжлэлийг өөрчлөхийг хүсч байвал модулийг дахин програмчлах шаардлагатай болно. Энэ хүндрэлээс зайлсхийхийн тулд анхны тохиргооны функцийг хэрэгжүүлдэг.

Алхам 6: Үүлэнд өгөгдөл оруулах цаг болжээ

Өмнөх бүх алхамуудыг хийсний дараа модульд сервер рүү өгөгдөл оруулахыг зөвшөөрөх цаг болжээ. Итгэмжлэх жуух бичгээ хадгалсны дараа автоматаар байршуулж эхэлдэг.

Энэ нь "insert.php" -ийг GET аргаар илгээх бүх параметрүүдийг дамжуулдаг API дуудлага гэж нэрлэдэг.

Доорх кодын хэсэг нь параметрүүдийг хэрхэн боловсруулж байгааг харуулж байна.

if (isset ($ _ GET ['temp'])] && isset ($ _ GET ['hum']) && isset ($ _ GET ['pres']) && isset ($ _ GET ['aqi']) && isset ($ _ GET) ['mac']) && isset ($ _ GET ['lat']) && isset ($ _ GET ['lon']))) 2. {3. // үндсэн програм 4.}

Үүнтэй адил бүх модулиуд өгөгдлийг байршуулж эхэлдэг.

Тэмдэглэл: Хэрэв сервер хэт ачаалалтай байгаа гэж бодож байвал кодын байршуулах давтамжийг бууруулна уу.

Алхам 7: Агаараар (OTA) шинэчлэх

Модулийг бүхэлд нь тохируулаад өгөгдлийг байршуулж эхэлсний дараа програмд заасан тодорхой цагт програм хангамжийн шинэчлэлтийг өдөр бүр шалгадаг. Хэрэв тэр олдвол доторх хоёртын файлыг татаж аваад анивчина. Хэрэв тийм биш бол өгөгдлийг байршуулах хэвийн ажиллагааг үргэлжлүүлнэ.

Шинэ шинэчлэлтийг шалгахын тулд модуль нь "update.php" рүү залгаж, хүсэлтийн толгой хэсэгт MAC хаягийг илгээдэг. Сервер нь тухайн MAC хаяг шинэ шинэчлэлт байгаа эсэхийг шалгадаг бөгөөд хэрэв тийм бол хамгийн сүүлийн програмын хоёртын файлыг хариуд нь илгээдэг.

Энэ нь модулийн үндсэн баталгаажуулалтад шаардлагатай бүх шаардлагатай толгойг шалгадаг.

Алхам 8: Хэрэглэгч/үйлчлүүлэгч өгөгдөлд хэрхэн хандах вэ?

Серверээс өгөгдөлд хандах нь маш энгийн. "Retrieve.php" руу залгаснаар бид цаг агаарын мэдээг JSON форматаар авах болно. Үүний дараа бие даасан элементүүдэд хандахын тулд JSON өгөгдлийг задлан шинжлэх л үлдлээ. Үүнтэй төстэй зүйл нь XML хариу үйлдэл юм. Хэрэглэгч ажиллахад тохиромжтой хариултын хэлбэрийг хэрэглэгч үргэлж зааж өгч болно. Хэрэв хэрэглэгч форматаа заагаагүй бол үндсэн формат нь JSON юм.

API -ийн ажиллагааг шалгахын тулд POSTMAN хэрэгслийг ашиглан дээжийн хүсэлтийг гаргадаг.

JavaScript дээр JSON хариултыг задлан шинжлэх жишээг доорх кодын хэсэгт харуулав.

var url = "https://example.com/retrieve.php?lat=19.044848&lon=72.8464373"; httpGet (theUrl) функц {var xmlHttp = шинэ XMLHttpRequest (); xmlHttp.open ("GET", theUrl, худал); // синхрон хүсэлтийн хуурамч xmlHttp.send (null); xmlHttp.responseText буцаах; } var myVar = httpGet (url); var obj = JSON.parse (myVar); document.getElementById ("aqi"). innerHTML = obj.data [0].aqi; document.getElementById ("температур"). innerHTML = Math.round (obj.data [0].temp) + "° C"; document.getElementById ("temp"). innerHTML = Math.round (obj.data [0].temp) + "° C"; document.getElementById ("чийгшил"). innerHTML = Math.round (obj.data [0].hum) + "%"; document.getElementById ("даралт"). innerHTML = Math.round (obj.data [0].pres) + "mb";

JSON хариултыг задлан шинжлэх HTML хуудасны эх кодыг энэ алхмын төгсгөлд авах боломжтой.

Тэмдэглэл: Файлын өргөтгөлийг ".html" болгож өөрчилнө үү.

Алхам 9: Энэхүү төслийн хязгаарлалт

• Төсөл нь өгөгдлийг илгээхдээ GET -ийг ашигладаг; Хэдийгээр эмзэг өгөгдөлтэй харьцдаггүй ч гэсэн өгөгдлийг хялбархан өөрчлөх боломжтой бөгөөд толгойг шалгахаас гадна эх сурвалжийн жинхэнэ эсэхийг шалгах механизм байхгүй тул өгөгдлийг хялбархан удирдах боломжтой. цаг агаарын модуль шиг санагдаж байна.
• Модуль нь бусад хандалтын цэгээс (WIFI) хамаардаг бөгөөд ихэнх тохиолдолд бусад байгууллагуудын өгөгдлийг илгээдэг. Хэрэв ямар нэгэн шалтгаанаар хандалтын цэг ажиллахаа больсон бол модуль өгөгдөл илгээх боломжгүй болно.
• Энэхүү төслийг одоо байгаа системийн нарийвчлалыг нэмэгдүүлэх зорилгоор бүтээсэн боловч зах зээл дээр байгаа мэдрэгч нь тооцоолж байснаас бага нарийвчлалтай байгаа нь үндсэн зорилгодоо хүрэхгүй байгаа юм.
• Төслийг төлөвлөхдөө алдааг засахын тулд серверийн өгөгдлийн утгыг байршилд үндэслэн дундажлах горимыг оруулахаар төлөвлөсөн. Гэхдээ энэ функцийг хэрэгжүүлсний дараа координатыг газарзүйн бүс нутгуудад орчуулахын тулд гуравдагч талын API шаардлагатай болохыг ойлгосон.

Алхам 10: Энэхүү төсөлд хийж болох нэмэлт сайжруулалтууд

• Зах зээл дээр байгаа ерөнхий модулийг ашиглахын оронд мэдрэгчийг тодорхой зориулалтаар тусгайлан тохируулснаар модулийн нарийвчлалыг сайжруулах боломжтой.
• Мэдээлэл дамжуулахын тулд үүрэн цамхагтай утасгүй холбогддог тусгай чипийг ашиглан модулийг илүү бие даан ажиллахаар өөрчилж болно.
• Нарны хавтан ба батерейны системийг ESP-ийн гүн нойрны горимтой хамт ашиглах боломжтой бөгөөд ингэснээр эрчим хүчний үр ашгийг дээшлүүлж, гадны цахилгаан хангамжаас илүү хараат бус болгодог.
• POST нь өгөгдөл дамжуулах бүрт мөчлөгийн кодыг ашиглах гэх мэт зарим баталгаажуулалтын механизмаар өгөгдөл илгээхэд ашиглаж болно.
• Прототип хийх самбар болох NodeMCU-ийн оронд бид захиалгат микроконтроллерийг масс үйлдвэрлэлд ашиглах боломжтой бөгөөд энэ нь өртөгийг бууруулаад зогсохгүй системийн нөөцийг хамгийн сайн ашигладаг.
• Google -ийн газарзүйн байршлын API -тай хамтран, боломжтой нээлттэй WIFI -д холбогдохын тулд модуль нь үүнийг тохируулахгүйгээр ажиллах боломжтой; ямар ч тохиргоо шаардлагагүй үйлдвэрээс өгөгдөл дамжуулахад бэлэн байна.

Алхам 11: Үзэгчдэд зориулсан хэдэн үг

Хөөе залуусаа, энэ бол эхлэгчдэд ээлтэй заавар биш гэдгийг би ойлгох ёстой, учир нь би үүнийг нарийвчлан тайлбарлах шаардлагагүй болно. Мөн энэ төсөл нь зааварчилгаанд хамрагдах үнэхээр өргөн цар хүрээтэй юм. Гэсэн хэдий ч би төслийн бүх чухал талыг хамрахыг хичээсэн. Төслийн ажлыг харуулсан видео үнэхээр гайхалтай байх болно гэдгийг би бас мэднэ, гэхдээ энэ бол миний анхны зааварчилгаа бөгөөд үнэнийг хэлэхэд энэ бол үүнтэй төстэй зүйлийг миний анхны хэвлэл юм. камер

Хэрэв танд энэ төсөл эсвэл үүнтэй төстэй зүйлийг хийхэд ямар нэгэн тусламж хэрэгтэй байгаа бол [email protected] хаягаар надтай холбоо бариарай, эсвэл урьдын адил сэтгэгдэл үлдээж болно. Би та бүхэнд чадах чинээгээрээ туслахыг хичээх болно.

Баярлалаа!!