Waspmote 的 IoT 调用

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引言

一个物联网生态系统远不止是在少数节点中加载固件、通过网络协议将信息发送到某处，以及可能添加一些远程控制。

使物联网解决方案成为一个全面的物联网解决方案的关键特性是

• 可组合的硬件：一个通用的基础硬件平台，带有可选配的传感器/执行器
• 支持广泛的通信协议（从短距离，如 RFID 到全球范围，如 HTTP）
• 功耗策略（例如，电池供电的节点分布在环境中，应保持活跃数月/数年）
• 固件的远程部署（所谓的空中升级）
• 网关（例如，将来自私有 ZigBee 网络的数据发送到 WWW/云端）
• 数据应以通用数据模型表示，以便于第三方聚合
• 一种语言，一个 API 库，一个开发工具

本文介绍了 Waspmote 的两个应用，并展示了该硬件如何满足上述特性。

Waspmote 简介

Waspmote：它是一种受 Arduino 启发的开源硬件，面向生产场景，具有重要的功能，如省电策略和广泛的传感器/执行器。

Waspmote 的开发方法：提供类似 Arduino 的开发工具和高级语言。得益于全面的 API 库，硬件访问非常直接。此外，一个由创客/开发人员组成的社区正在分享他们的经验和代码。

Waspmote 支持广泛的通信协议：无论您需要使用 RFID、NFC、802.15.4、ZigBee、WiFi、HTTP、FTP 等进行通信。可以连接许多天线。

Waspmote 平台

下面是一些文章中提到的 Waspmote 平台和无线模块的有用图表。

顶层图

底层图

XBee PRO S2 天线（ZigBee 模块）

 

SIM908（GPRS+GPS 模块）

 

Waspmote 开发环境

Waspmote Pro IDE 是 Arduino IDE 的一个“分支”，有很多相似之处（例如，Sketch 菜单、串口监视器、基于 C/C++ 的语言、编译/上传过程）。

如果您迫不及待想在开发板上运行代码，下面是一个简单的“Hello World”应用程序，让您热身！

 

通用的源代码骨架如下所示

//include support libraries
#include <WaspGPRS_SIM908.h>

//global variables
float temperature = 0.0;

void setup()
{
  // run once on first platform start
  USB.ON();
  RTC.ON();
  ACC.ON();
}

void loop()
{ 
  // loop on this code
  USB.printf("%s\n", "Hello world");
  delay(5000);
}

复制并粘贴上面的代码，编译并上传固件。然后点击 Tools/Serial monitor，猜猜会发生什么？！

Using the Code

AppTemperature

每小时 Waspmote 会唤醒，收集温度，加入 ZigBee 网络，将数据发送到协调器，然后返回休眠模式。

架构

要求

• Waspomote PRO V1.2
• XBee PRO S2 天线
• ICR18650H-1S3P 可充电电池组
• Meshlium Zigbee AP (v.3.1.5) 或任何其他兼容的 ZigBee 协调器设备

Waspmote 设置

参考上面的顶层图，请按以下步骤操作

1. 通过 Radio Socket 0 将 XBee PRO S2 天线连接到 Waspomote PRO V1.2
2. 通过 Battery Socket 将 ICR18650H-1S3P 可充电电池组连接到 Waspomote PRO V1.2

您的平台现在应该看起来像这样

Meshlium 设置

由于本文侧重于终端设备活动，我们使用 Meshlium 网关作为“即插即用”的 ZigBee 协调器，但请记住，例如，配备 802.15.4 + ZigBee 天线并配置为协调器的 Arduino 也可以。

1. 将以太网连接到路由器
2. 访问管理页面（类似 http://192.168.1.xx/ManagerSystem/login.php）
3. 导航到 ZigBee 部分
4. 此网关已配置为 ZigBee 协调器

源代码

AppTemperature 的完整代码位于 WaspmoteCalling_CodeProject\AppTemperature\AppTemperature.pde

代码亮点是

• 设置 ZigBee 协调器的 MAC 地址。

char* MAC_ADDRESS="MESHLIUM_MAC_ADDRESS";

• 设置一个唤醒触发器，每小时调用一次 hibInterrupt() 函数

PWR.hibernate("00:01:00:00",RTC_OFFSET,RTC_ALM1_MODE2);

• 检索温度值

float temperature = RTC.getTemperature() - 3;

• 向协调器发送 ZigBee 数据包。作为一项高级练习，您可以在终端设备和协调器之间添加路由器节点。在当前示例中，通信是单播和单跳的。

xbeeZB.sendXBee(packet);

运行代码

1. 检查 MESHLIUM_MAC_ADDRESS = MAC high + MAC low（参见 WaspmoteCalling_CodeProject\Images\meshlium_mac.png）。Meshlium 将充当 ZigBee 协调器。
2. 点击日志视图（参见 WaspmoteCalling_CodeProject\Images\meshlium_log.png）
3. 通过 USB 线将 Waspmote 连接到您的 PC
4. XBee PRO S2 天线的固件带有一个通用的 ZigBee 配置，因此它应该适用于当前示例。但是，如果您想深入研究或重新定义一些设置，如操作 PAN_ID 或操作 CHANNEL，一种方法是通过 Digi 的 XCTU 工具和 Waspmote 网关或带有天线模块的 Arduino 进行配置。在示例中，使用了一个非常通用的配置（参见 WaspmoteCalling_CodeProject\Images\zb_config.png）。

上传并运行应用程序

1. 使用 Waspmote Pro IDE 打开 AppTemperature.pde。在示例中使用了 Waspmote Pro IDE v. 04 和 Waspmote Pro IDE v 012。
2. 将 USB 线连接到 Battery Socket，并将 Switch ON/OFF 和 Hibernate Switch 都拨向 Battery Socket。
3. 上传固件 WaspmoteCalling_CodeProject\AppTemperature\AppTemperature.pde
4. 拔下 USB 线，将 Switch ON/OFF 和 Hibernate Switch 都拨向 Battery Socket，当红灯亮起时，仅将 Hibernate Switch 拨向相反方向（这将启用休眠模式）。一个小技巧：为了调试 Waspmote 代码，您可以在代码中添加 USB.println(F("some string"))，然后点击 Tools/Serial Monitor。
5. 打开 WaspmoteCalling_CodeProject\Images\meshlium_log.png，您将看到正在进行的通信！

亮点

• Meshlium 作为 ZigBee 协调器
• Waspmote 作为 ZigBee 终端设备
• 通过 Digi 的 X-CTU 工具进行的高级 ZigBee 配置
• Waspmote 的休眠模式允许节点运行数月（本例中使用 3.7V-6600mAh 电池组）
• 如果您在多个终端设备上加载应用程序，您将获得一个初步的多节点 ZigBee 网络

AppTracker

配备 GPS 和 GPRS 模块的 Waspmote 会循环进行地理位置检索，然后进行常见的 HTTP 调用（POST+JSON）。

架构

要求

• Waspomote PRO V1.2
• SIM908 无线板，带有通用 SIM 卡
• ICR18650H-1S3P 可充电电池组

Waspmote 设置

参考上面的顶层图，请按以下步骤操作

1. 将一张通用 SIM 卡插入 SIM908 无线板
2. 通过 SPI - UART Socket 将 SIM908 无线板连接到 Waspomote PRO V1.2
3. 通过 Battery Socket 将 ICR18650H-1S3P 可充电电池组连接到 Waspomote PRO V1.2

您的平台现在应该看起来像这样

REST 服务概述

该示例考虑了一个远程 REST 服务，它监听 http://xxx.org:8080/rest，并接受具有 JSON 主体的 POST 调用，例如 {"validtimestr":"xxx","framenumber":"x","sensor":"xxx","value":"gps_coordinates","nodeCod":"xxx"}。服务可以自行管理此消息，也许将其存储到数据库中。

源代码

AppTraker 的完整代码位于 WaspmoteCalling_CodeProject\AppTraker\AppTracker.pde

代码亮点是

• 根据您使用的 SIM 卡配置 GPRS 连接

GPRS_SIM908.set_APN(apn, login, password);

• 检索 GPS 信息。其中，您还将获得当前的经纬度

GPRS_SIM908.getGPSData(BASIC, 1);

• 调用一个通用的 POST/HTTP 请求到 url。GPS_data 是一个代表您的 JSON 主体的字符串

answer = GPRS_SIM908.readURL(url, GPS_data, 1 );

关注点

让我们展示 Waspmote 如何满足引言部分提到的关键特性

• 可组合的硬件：一个通用的基础硬件平台，带有可选配的传感器/执行器：Waspmote 可以轻松连接各种传感器（例如，CO₂ 振动、噪音、摄像机）、执行器和天线（之前您只看到了一些，如 GPRS 和 ZigBee）；
• 支持广泛的通信协议（从短距离，如 RFID 到全球范围，如 HTTP）：可用的天线范围从短距离到广域。在示例中，AppTemperature 使用了 ZigBee，AppTracker 使用了 GPRS；
• 功耗策略（例如，电池供电的节点分布在环境中，应保持活跃数月/数年）：在 AppTemperature 中，我们使用了一种休眠模式策略（大约 0.06µA ，可持续数月），只需几次调用。无需深入研究电气细节；
• 固件的远程部署（所谓的空中升级）：远程 Waspmote 可以通过 FTP、802.15.04 和其他网络协议进行更新。想象一下像 AppTracker 这样成千上万个节点散布在您城市中的场景……；
• 网关（例如，将来自私有 ZigBee 网络的数据发送到 WWW/云端）：在 AppTemperature 中，终端设备传感的温度数据被发送到 Meshlium（网关），Meshlium 作为 ZigBee 协调器。此外，它以透明的方式管理这些数据包，并将它们存储在外部数据库或像 Axeda 或 ThingWorks 这样的物联网云平台或其他支持 MQTT 等新兴物联网协议的服务中；
• 数据应以通用数据模型表示，以便于第三方聚合：在 AppTemperature 和 AppTracker 中，无需太多努力，数据就可以用您选择的通用格式表示，也许符合您数据库中 Message 表的模式（例如，{id,nodecod,framenumber,sensor,value,validtime,transactiontime}）
• 一种语言，一个 API 库，一个开发工具：无论您为 Waspmote 开发什么，一些 C 语言的基础知识、Waspmote Pro API 和 Waspmote Pro IDE 就足够了。此外，如果您熟悉 Arduino 开发，可以重用您的技能！

享受 ;-)