Seeed IoTea LoRa解决方案

描述

四川雅安东北部的蒙顶山，山峦起伏，自西向东，掩映在一片绿海之中。这是 36 岁的邓先生最熟悉的景象，他是他那一代为数不多的蒙顶茶师之一，拥有 50 亩（=3.3 公顷）的种植园，海拔 1100 米。邓出身于制茶世家，但继承家族遗产并非易事。“我们的茶叶生长在高海拔的有机环境中，以确保其卓越的品质。但同时生长密度低，成本高，出芽不均匀，茶叶采收困难。这就是为什么高山茶通常是小收成，它们的价值在市场上没有体现。” 过去两年，邓一直在努力提高消费者对高山茶的认识，以提升其价值。而当他遇到范主时，

硬件连接

该项目的硬件可以分为 4 个部分：电源、传感器、节点和网关。以下文章将向您展示如何逐步完成它。

电源部分

电源部分主要包含一块太阳能电池板和一块锂电池，如果你只是为了演示而搭建这个项目，可以忽略它们。或者您可以按照上一教程安装节点电源。

传感器部分

在传感器部分，由于传感器较多，我们使用了一个气象站，还做了一个亚克力支架来安装它们。

如上图所示，Digital Light Sensor 始终位于顶部，以便它可以收集照明信息。会产生热量的传感器安装在亚克力支架的中间，例如 O2 传感器、灰尘传感器和 CO2 传感器。最后，亚克力支架底部的温湿度传感器。

此外，土壤温度和湿度传感器单独安装在土壤中。

节点部分

节点部分是一个安装在防水​​盒中的 Seeeduino LoRaWan，它通过水接头连接到电源和传感器。其中，灰尘传感器连接到LoRaWan的数字引脚D3，二氧化碳传感器连接到引脚D4和D5，土壤传感器连接到引脚D6和D7，O2传感器连接到模拟引脚A1，光传感器和气压传感器连接到I2C端口。

注意：应在土壤传感器的蓝色（数据）电缆和红色（Vcc）电缆之间添加一个 10k 电阻器。

Seeeduino LoRaWan 偶尔收集传感器值，并通过 LoRa 将它们发送到网关。数据格式如下：

  {
      [0],    /* Air tempreature(℃)                      */
      [1],    /* Air humidity(%)                          */
      [2],    /* Altitude(m) high byte                    */
      [3],    /* Altitude(m) low byte                     */
      [4],    /* CO2 concentration(PPM) high byte         */
      [5],    /* CO2 concentration(PPM) low byte          */
      [6],    /* Dust concentration(pcs/0.01cf) high byte */
      [7],    /* Dust concentration(pcs/0.01cf) low byte  */
      [8],    /* Light intensity(lux) high byte           */
      [9],    /* Light intensity(lux) low byte            */
      [10],   /* O2 concentration(%)                      */
      [11],   /* Soil temperature(℃)                     */
      [12],   /* Soil humidity(%)                         */
      [13],   /* Battery voltage(V)                       */
      [14]    /* Sensor error code                        */
  }

Sensor Error Code 字节中的每一位都有不同的含义，如下所示：

  {
      bit0: 1;        /* Barometer Sensor Error */
      bit1: 1;        /* CO2 Sensor Error       */
      bit2: 1;        /* Dust Sensor Error      */
      bit3: 1;        /* Light Sensor Error     */
      bit4: 1;        /* O2 Sensor Error        */
      bit5: 1;        /* Soil Sensor Error      */
      reserved: 2;    /* Reserved               */
  }

网关部分

网关部分是一个Raspberry Pi，它插入了网关模块RHF0M301-868和PRI 2 Bridge RHF4T002，它安装在防水​​盒中并通过水接头连接到电源和USB摄像头。因为它使用专门的固件，请按照Seeed Wiki进行配置。

软件编程

作为Hardware Connection，Software Programming也可以拆分，可以拆分为3个部分：Node、Gateway和Website。

节点部分

大部分 Node Part 需要的驱动已经包含在 origin_driver 中

文件夹。下面的库需要手动安装：

Adafruit_ASFcore

由于项目复杂，我们建议您使用 Microsoft Visual Studio 而不是 Arduino IDE。一个名为 Visual Micro 的插件可以帮助您使用 Visual Studio 构建 Arduino 项目，单击此处了解更多信息。

为了更好的可读性和可维护性，我们这次使用面向对象编程。该项目的类图如下所示：

对于那些已经有 OOP 驱动程序的传感器，我们重新打包以适应这个项目，对于其他传感器，我们使用 OOP 重写了它们的驱动程序。中间件层的Sensor类用于统一实际传感器的接口，例如气压计传感器可以同时采集温度、湿度和高度，所以它有3个接口分别获取温度、湿度和高度。但是他们有不同的方法名，这会使获取传感器值的程序更加复杂，就像这样：

  barometer->getTemperature();
  barometer->getHumidity();
  barometer->getAltitude();
  // ...
  another_sensor->getSomeValue();
  // ...

但是使用 OOP，它看起来像这样：

  for (auto i = 0; i < SENSORS_COUNT; i++) {
      sensors[i]->getValue();
  }

我们还打包了一个Application类，它实现了IApplication接口，IoTea.ino中的setup()和loop()方法可以调用Application对象中的setup()和loop()方法。

注意：USB 串行仅用于调试。调试后，请注释掉setup()方法中的初始化代码。

网关部分

Gateway Part 在主文件夹中的 Python 程序用于每小时拍照并上传到 Amazon S3 服务器。在你使用它之前，确保 fswebcam 已经安装在你的 Raspberry Pi 中：

sudo apt-get update && sudo apt-get install fswebcam 

如果要上传照片，请按照以下步骤配置您的 AWS。首先，使用以下命令将 AWS SDK 和 AWS CLI 安装到您的 Raspberry Pi：

sudo pip install boto3
sudo pip install awscli

然后，运行 AWS CLI：

sudo aws configure

配置您的 AWS 访问密钥 ID、AWS 秘密访问 ID 和默认区域名称。

如果你不喜欢上传你的照片，你可以跳过 AWS 配置步骤和 photo.py 中关于上传的注释代码。为了每次启动树莓派后运行这个程序，可以在/etc/init.d中创建一个名为photo的文件，并写入如下代码。

#!/bin/bash
# /etc/init.d/photo
### BEGIN INIT INFO
# Provides: seeed_photo
# Required-Start: $remote_fs $syslog
# Required-Stop: $remote_fs $syslog
# Default-Start: 2 3 4 5
# Default-Stop: 0 1 6
# Short-Description: photo taking initscript
# Description: This service is used to manage photo taking
### END INIT INFO
case "$1" in
   start)
       echo "Start taking photo"
       /home/rxhf/photo.py &
       ;;
   stop)
       echo "Stop taking photo"
       kill $(ps aux | grep -m 1 'python3 /home/rxhf/photo.py' | awk '{ print $2 }')
       ;;
   *)
       echo "Usage: service photo start|stop"
       exit 1
       ;;
esac
exit 0

设置执行权限

sudo chmod 777 /etc/init.d/photo
sudo chmod 777 /home/rxhf/photo.py

并测试它

sudo /etc/init.d/photo start

如果没有问题，将其停止并将其添加到启动应用程序中

sudo /etc/init.d/photo stop
sudo update-rc.d photo defaults

注意：如果你想在 Raspberry Pi 启动后启动网关，请将 Seeed Wiki 中的网关启动代码添加到 /etc/rc.local，如下所示：

#!/bin/sh -e
#
# rc.local
#
# This script is executed at the end of each multiuser runlevel.
# Make sure that the script will "exit 0" on success or any other
# value on error.
#
# In order to enable or disable this script just change the execution
# bits.
#
# By default this script does nothing.

# Print the IP address
_IP=$(hostname -I) || true
if [ "$_IP" ]; then
 printf "My IP address is %s\n" "$_IP"
fi

cd /home/rxhf/loriot/1.0.2
sudo systemctl stop pktfwd
sudo gwrst
wget https://cn1.loriot.io/home/gwsw/loriot-risinghf-rhf2s008-rhf1257-SPI-0-latest.bin -O loriot-gw.bin
chmod +x loriot-gw.bin
./loriot-gw.bin -f -s cn1.loriot.io

exit 0

网站

我们把网站部署在CentOS7上。以下步骤将向您展示如何部署。

步骤 1. 安装 Python3

sudo yum -y install epel-release
sudo yum -y install python36

步骤 2. 安装 Python pip 和虚拟环境

wget https://bootstrap.pypa.io/get-pip.py
sudo python36 get-pip.py
sudo pip install virtualenv

Setp 3. 从 GitHub 克隆我们的网站

sudo yum -y install git
git clone https://github.com/SeeedDocument/iotea-hb.git

步骤 4. 创建并激活虚拟环境

virtualenv -p python36 iotea-hb
cd iotea-hb
source bin/activate

Step 5. 安装依赖库

pip install pymysql
pip install dbutils
pip install flask
pip install websocket-client
pip install cofigparser

步骤 6. 创建数据库

sudo yum -y install mariadb mariabd-server
sudo systemctl enable mariadb
sudo systemctl start mariadb
mysql -uroot -p

然后使用 iotea_hb.sql 创建表。

Step 7. 创建db.ini，将这些代码写入其中

[db]
db_port = 3306
db_user = root
db_host = localhost
db_pass = 
db_name = iotea

在 db.py 中更改 db.ini 的路径

# in db.py
#cf.read("/data/www/python3_iotea_hb/iotea/conf/db.ini")
cf.read("/home//iotea-hb/db.ini")

步骤 8. 在 app.py 中更改端口并启动网站：

# in app.py
#app.run(debug=True, port=6000)
app.run(debug=True, port=8080)

# in terminal
pip install gunicorn
gunicorn -w 5 -b 0.0.0.0:8080 app:app

现在用浏览器访问127.0.0.1:8080，可以看到网站，但是看不到实时数据。

步骤 9. 获取洛里奥特数据

打开另一个终端，重新进入虚拟环境并启动loriot app：

cd iotea-hb
source bin/activate
gunicorn loriot:app 

稍等片刻，您会看到网站显示数据，或者您可以在 loriot.py 中更改 wss：

# in loriot.py
#ws = create_connection("wss://cn1.loriot.io/app?token=vnwEuwAAAA1jbjEubG9yaW90LmlvRpscoh9Uq1L7K1zbrcBz6w==")
ws = create_connection()