如何 3 行代码使用 arduino 接入阿里云物联网平台

简介: 本次我们想利用 ESP8266 芯片实现一个简单的可远程控制的空调控制器,具备以下功能: - 批量部署,可通过云平台集中管理和远程控制空调开关、温度、模式等 - 芯片可感知环境温度、亮度,并上报物联网平台 - 芯片可远程触发事件,上报物联网平台 - 成本尽量低,不超过 30 元

文中提到的 AliyunIoTSDK 这个 arduino 库,可以在 arduino 库商店里搜索到(搜索 AliyunIoTSDK)

https://github.com/xinyu198736/arduino-aliyun-iot-sdk

有问题,欢迎提 issues 或 PR 共建

阿里云物联网平台简介

阿里云物联网平台提供接入物联网场景的一整套基础设施,强大的在线配置能力,基本可以实现无代码开发接入各类应用,实现大规模的物联网应用场景。

核心能力模块包括:

  • 产品&设备创建和管理
  • 服务可视化开发
  • 控制界面可视化开发
  • 数据分析和监控运维等辅助设施

基于以上功能模块,可以快速在阿里云定义设备模型和事件等信息,然后快速创建和接入设备,再利用可视化的开发平台,可以零代码实现非常强大的功能。

不过,今天我们要介绍一个比较特殊的接入场景,使用嵌入式系统快速接入阿里云物联网平台,这里以 esp8266 为例。

esp8266 是一款集成网络模块的嵌入式芯片,自带 32 位处理器,各种外设接口,wifi 模块等,可以使用 arduino 平台进行编程,兼容大量 arduino 库。

本文就是以 arduino 编程方式,使用的 esp8266 开发板为 NodeMCU 1.0 ,淘宝成本仅为 8~10 元。

场景

本次我们想利用 ESP8266 芯片实现一个简单的可远程控制的空调控制器,具备以下功能:

  • 批量部署,可通过云平台集中管理和远程控制空调开关、温度、模式等
  • 芯片可感知环境温度、亮度,并上报物联网平台
  • 芯片可远程触发事件,上报物联网平台
  • 成本尽量低,不超过 30 元

首先,我们进行硬件选型,经过功能评估,选用以下硬件:

  • nodemcu 核心板(基于 esp8266) 10.89元/个
  • DS18B20模块 温度传感 3.18元/个
  • GY-30  光照传感 4.38元/个
  • 红外发射板 3.5元/个
  • 杜邦线母对母 1.45元/串
  • 电源插头  1.4元/个
  • 数据线 1.8元/个
  • 按钮开关 0.75元/个

开始接入

具体的连线,我们这里不展开,我们主要探讨如何使用 arduino 快速接入物联网平台。

第一步,在物联网创建产品,建立物模型,并创建设备,获取设备配置信息。

image.png
创建产品,并定义物模型

image.png
创建设备,与产品绑定,获取设备鉴权信息


第二步,用 arduino 连接 nodemcu 开发板,开始硬件端的开发。

IMG_2546.JPG
具体接线可以自己研究,这里只是个展示,哈哈

硬件端开发

这里不讨论如何使用 arduino 进行 esp8266 芯片开发,直接进入代码环节,相关基础知识可以百度一下。

首先,亮相一个我自己封装的 aliyun iot 上层 SDK( arduino-aliyun-iot-sdk ),底层连接基于 PubSubClient 库,并且对模型操作做了一些上层封装,可以方便的发送数据和订阅远程指令。

// 引入 wifi 模块,并实例化,不同的芯片这里的依赖可能不同
#include <ESP8266WiFi.h>
static WiFiClient espClient;

// 引入阿里云 IoT SDK
#include <AliyunIoTSDK.h>

// 设置产品和设备的信息,从阿里云设备信息里查看
#define PRODUCT_KEY "xxx"
#define DEVICE_NAME "Device_D"
#define DEVICE_SECRET "xxxxxxxxxxxxxx"
#define REGION_ID "cn-shanghai"

// 设置 wifi 信息
#define WIFI_SSID "xxxxx"
#define WIFI_PASSWD "xxxxx"

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    
    // 初始化 wifi
    wifiInit(WIFI_SSID, WIFI_PASSWD);
    
    // 初始化 iot,需传入 wifi 的 client,和设备产品信息
    AliyunIoTSDK::begin(espClient, PRODUCT_KEY, DEVICE_NAME, DEVICE_SECRET, REGION_ID);
    
    // 绑定一个设备属性回调,当远程修改此属性,会触发 powerCallback
    // PowerSwitch 是在设备产品中定义的物联网模型的 id
    AliyunIoTSDK::bindData("PowerSwitch", powerCallback);
    
    // 发送一个数据到云平台,LightLuminance 是在设备产品中定义的物联网模型的 id
    AliyunIoTSDK::send("LightLuminance", 100);
}

void loop()
{
    AliyunIoTSDK::loop();
}

// 初始化 wifi 连接
void wifiInit(const char *ssid, const char *passphrase)
{
    WiFi.mode(WIFI_STA);
    WiFi.begin(ssid, passphrase);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
    {
        delay(1000);
        Serial.println("WiFi not Connect");
    }
    Serial.println("Connected to AP");
}

// 电源属性修改的回调函数
void powerCallback(JsonVariant p)
{
    int PowerSwitch = p["PowerSwitch"];
    if (PowerSwitch == 1)
    {
        // 启动设备
    } 
}

核心代码只有三句:

// 初始化 iot,需传入 wifi 的 client,和设备产品信息
AliyunIoTSDK::begin(espClient, PRODUCT_KEY, DEVICE_NAME, DEVICE_SECRET, REGION_ID);

// 绑定一个设备属性回调,当远程修改此属性,会触发 powerCallback
// PowerSwitch 是在设备产品中定义的物联网模型的 id
AliyunIoTSDK::bindData("PowerSwitch", powerCallback);

// 发送一个数据到云平台,LightLuminance 是在设备产品中定义的物联网模型的 id
AliyunIoTSDK::send("LightLuminance", 100);

注意这里的数据绑定和数据发送,是非常有用和方便的,不需要自己去写做匹配的代码,也不需要自己组装数据,并且会自动合并数据,节约上报的频率。

将设备配置信息配置进代码,烧录到板子,运行即可,是不是炒鸡方便呢。

注意事项:

  • 阿里云对客户端的链接参数有一些限制,需要修改  PubSubClient 的连接参数,否则无法使用

    • PubSubClient 中的 MQTT_MAX_PACKET_SIZE 修改为 1024
    • PubSubClient 中的 MQTT_KEEPALIVE 修改为 60
  • 默认 5000ms 检测一次连接状态,可以通过 AliyunIoTSDK.cpp 中的 CHECK_INTERVAL 修改此值
  • 掉线后会一直尝试重新连接,可能会触发阿里云的一些限流规则(已经做了规避),并且会导致挤掉其他同设备 ID 的设备

资源

目前 AliyunIoTSDK 这个 arduino 库,可以在 arduino 库商店里搜索到(搜索 AliyunIoTSDK),但是版本可能不一定是最新的,可以手动把 github 上的项目 clone 下来,放到 arduino 的 library 库下,保证功能是最新的。

github 地址:https://github.com/xinyu198736/arduino-aliyun-iot-sdk

有问题,欢迎提 issues 或 PR 共建,我对 c++ 不是特别熟悉,写出来的代码可能不一定是最合理的。

可视化开发界面和服务

完成了设备的连接之后,已经迈出了第一步,如果你想要自己开发一个界面,可视化的控制空调,或者想利用一些远程设备的数据触发一些自定义的规则和逻辑(例如如果某个数据超标,报警到钉钉群等),用阿里云的物联网平台的话,这些都不需要自己去开发,直接使用物联网平台的“开发服务”拖拖拽拽即可完成。

界面开发

界面开发的核心是 拖动布局、数据源绑定、交互绑定、自定义变量等。


image.png
布局界面,右侧可以设置各种控件属性


image.png
数据源绑定,可以方便的和产品模型数据绑定


image.png
交互绑定,可以与服务进行绑定,触发某个服务,并传入设备属性



image.png
控件可以给自定义变量赋值,其他组件可以与变量绑定

使用上述的功能,加上各种设备绑定功能,基本可以完成一个很复杂的界面的开发,但是如果你需要通过交互触发远程指令,或者监听远程的数据做一些判断逻辑,光有界面是不够的。

服务开发

上面提到的逻辑开发,就需要使用“服务开发”了,服务开发的触发点主要是两类:设备触发、界面交互触发。

image.png
设备触发的服务,中间的路径选择是用来做条件判断分流的,最右侧是触发通知逻辑节点



image.png
一个温度控制服务,通过界面控件触发,最终生成设备控制逻辑

结语

本文不是 arduino 教学,也不是 esp8266 教学,更不是硬件教学,所以没有展开细节,需要读者具备一定的基础,请各位谅解。

最后展示一下成果:

IMG_7254.JPG
一个成品,包含四个传感器模块,包括一个硬件按钮



image.png
空调远程控制界面


另外,还可以给这个控制器加入一些很有意思的功能,例如定点关闭所有设备,根据环境亮度开关空调等。

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