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更新时间:2021/07/27 GMT+08:00
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基于NB-IoT小熊派的智慧烟感

场景说明

近年来,火灾频发,造成很大的人员及财产损失,国家高度重视,陆续出台相关文件,明确相关要求,落实消防安全责任。同时,人民消防意识逐渐提高,独立烟感得到一定程度的普及,在防火减灾方面起到一定的作用。但由于独立烟感产品存在一定的局限,例如人不在场收不到报警信息,工作状态不能实时掌握,独立烟感没有完全解决这些问题。

NB-IoT智慧烟感解决了传统烟感器布线难、电池使用周期短、维护成本高、无法与业主及消防机构交互等缺点。智慧烟感采用无线通信,具备即插即用、无需布线、易于安装等特点。

在该文档中,我们基于华为一站式开发工具平台(VS code工具IoTlink插件),从设备(小熊派开发套件)、平台(IoTDA华为物联网平台)、端到端构建一款智慧烟感解决方案样例,带您体验十分钟快速上云。实现智慧烟感检测并上报烟雾浓度值,显示在IoTDA控制台,并在IoTDA控制台远程控制蜂鸣器开关的功能。

开发环境

  • 开发板:小熊派BearPi-IoT开发套件(包含NB卡、NB模组、智慧烟感功能模块、USB数据线等),您可以前往华为云市场购买。
  • 软件:VScode,IoT Link插件、华为云(已开通设备接入服务)、win7及以上版本的64位操作系统(本文以windows 10 64-bit系统调试)。

整体流程

硬件连接

  1. 将NB卡插入到NB-IoT扩展板的SIM卡卡槽,确保插卡的时候卡的缺口朝外插入,如图1所示。

  2. 将烟雾浓度采集控制板和NB-IoT扩展板插入到开发板上,注意安装方向,然后用USB数据线将小熊派开发板与电脑连接起来。显示屏有显示,电源灯被点亮,说明开发板通电成功。

安装IoT Link Studio插件

IoT Link Studio是针对IoT物联网端侧开发的IDE环境,提供了编译、烧录、调试等一站式开发体验,支持 C、 C++、汇编等多种开发语言,让您快速、高效地进行物联网开发。

  1. 以win10为例,获取电脑的系统配置:在运行窗口中输入pc,然后单击“属性”,查看系统配置,因为后续安装软件要选择操作系统。

  2. 访问 这里 ,根据您电脑系统配置,下载匹配的Visual Studio Code并安装。(本文以windows 10 64-bit系统Visual Studio Code为例。请下载1.49版本,其他版本不支持IoT Link)。

    注:Visual Studio Code不支持苹果Mac系统。

  3. 安装成功后,打开VSCode 插件应用商店,搜索 IoT Link 找到IoT Link,然后单击安装。

  4. 首次启动配置。

    IoT Link Studio 首次启动时会自动从网络下载最新的SDK包以及gcc依赖环境,请确保您的网络可用。安装过程中请不要关闭窗口,耐心等待。安装完成后重启VSCode使插件生效。

    若您的网络需要配置代理,请在VSCode主页,选择左下角-设置-应用程序-代理服务器,在Proxy Support下拉框中选择“on”,对扩展使用代理支持。

    如果仍然无法访问网络导致自动下载SDK失败,可从手动下载SDK,下载完成后解压至默认安装路径 C:\Users\用户名\.iotlink\sdk,(如果安装路径有更改,请找到VS Code的安装路径,把手动下载的“IoT_LINK”解压后拷贝到\.iotlink\sdk下)。

配置IoT link Studio工程

  1. 单击VSCode底部工具栏的“Home”。

    • Home用来管理IoT Link工程;
    • Serial用来输入AT指令检查开发板状态;
    • Build用来编译示例代码(创建工程后显示);
    • Download用来把编译后的代码烧录到MCU(创建工程后显示)。

  2. 在弹出界面中单击“创建 IoT 工程”,输入工程名称,工程目录,并选择开发板的硬件平台和示例工程模板。

    • 工程名称:自定义,如Smoke。
    • 工程目录:可以使用工具安装的默认路径,也可以选择系统盘以外的其他盘,如D:\。
    • 硬件平台:当前提供的demo只适配STM32L431_BearPI硬件平台,请选择STM32L431_BearPI。
    • 示例工程:本示例中,我们以智慧烟感为例,请选择oc_smoke_template demo,否则烧录的demo样例和在控制台定义的产品模型不匹配,无法上报数据。单击“确定”,导入完成。

编译并烧录代码

由于提供的demo样例中已配置好和华为云物联网平台的对接信息,您可以直接编译(代码不用做任何修改),并烧录到小熊派开发板MCU,节省开发时间。

  1. 单击VSCode底部工具栏的“Build”,等待系统编译完成。编译成功后,界面显示“编译成功”

  2. 使用USB数据线,将小熊派开发与电脑连接,开发板右上角的拨测开关拨到右侧“AT-MCU模式”
  3. 单击VSCode底部工具栏的“Download”,等待系统烧录完成。烧录成功后,界面显示“烧录成功”

    如果显示烧录失败,可能是开发板没有驱动导致与电脑无法串口通信,请参考步骤2检查ST-Link驱动是否安装成功,如果驱动未安装,则参考这里下载并安装ST-Link驱动。

  4. (可选)安装ST-Link驱动。

    1. 访问ST官网,下载ST-Link驱动,或者直接使用提供的驱动.zip包。双击stlink_winusb_install.bat文件进行自动安装。(本文以Windows10-64bit ST-Link 2.0.1为例)。

      注:您也可以使用适配您系统版本的exe文件进行安装。

    2. 打开PC设备管理器可查看对应的驱动是否安装成功。若下图所示,表明驱动安装成功。

创建产品

某一类具有相同能力或特征的设备的集合称为一款产品。除了设备实体,产品还包含该类设备在物联网能力建设中产生的产品信息、产品模型(Profile)、插件等资源。

  1. 访问设备接入服务,单击“立即使用”进入设备接入控制台。
  2. 选择左侧导航栏的“产品”,单击右上角下拉框,选择新建产品所属的资源空间。
  3. 单击右上角的“创建产品”,创建一个基于LwM2M/CoAP协议的产品,填写参数后,单击“立即创建”

    基本信息

    所属资源空间

    选择您需要归属到的资源空间

    产品名称

    自定义,如“BearPi_Smoke”

    协议类型

    选择“LwM2M/CoAP”

    数据格式

    选择“二进制码流”

    厂商名称

    自定义,如“BearPi”

    模型定义

    选择模型

    不勾选,将在后续步骤自定义产品模型。

    所属行业

    智慧城市

    设备类型

    Smoke

  4. 产品创建成功后,单击产品进入产品界面,进行后面操作。

定义产品模型

在产品详情,“模型定义”页面,单击“自定义模型”,配置产品的服务。

产品模型设计思路:

表1 设备服务列表

服务类型(ServiceID)

服务描述

Smoke

实时检测烟雾状况

服务能力如表2表3所示。

表2 Smoke

能力描述

属性名称

数据类型

数据范围

属性列表

Smoke value

int

0 ~ 65535

表3 Smoke命令列表

能力描述

命令名称

命令字段

字段名称

类型

数据长度

枚举

命令列表

Smoke control beep

下发命令

beep

string

3

ON、OFF

响应命令

beep_state

int

/

/

新增服务类型Smoke
  1. 进入“新增服务”页面,填写“服务ID”“服务类型”“服务描述”,单击“确认”。
    • “服务ID”:Smoke
    • “服务类型”:建议和服务ID保持一致
    • “服务描述”:实时检测烟雾状况
  2. 在“Smoke”的下拉菜单下单击“添加属性”,填写相关信息,单击“确认”。
    • 属性名称:Smoke_Value
    • “必选”:勾选
    • “数据类型”:int(整型)
    • “访问权限”:可读、可写
    • “取值范围”:0~65535
    • “步长”:0
    • “单位”:不填写
  3. 在“Smoke”的下拉菜单下单击“添加命令”,填写命令名称“Smoke_Control_Beep”

  4. 在“新增命令”弹框,分别单击“新增输入参数”“新增响应参数”,填写相关信息后,单击“确认”。
    图1 新增输入参数
    图2 新增响应参数

编解码插件开发

  1. 在产品详情插件开发页面,选择“图形化开发”,单击“图形化开发”。
  2. 在“在线开发插件”区域,单击“新增消息”。

    请按照本文档提供的操作开发编解码插件,确保添加字段的顺序和本文档提供的顺序保持一致。

  3. 新增Smoke消息,配置示例如下:

    • 消息名:Smoke
    • 消息类型:数据上报

    1. 在“新增消息”页面,单击“添加字段”,勾选“标记为地址域”,添加地址域字段messageId,然后单击“确认”。

    2. 单击“添加字段”,添加Smoke_Value字段,填写相关信息后,单击“确认”。
      • 名字:Smoke_Value
      • 数据类型:int16s

    3. 在“新增消息”页面,单击“确认”,完成Smoke_Value的配置。

  4. 新增Smoke_Control_Beep消息,配置示例如下:

    • 消息名:Smoke_Control_Beep
    • 消息类型:命令下发
    • 添加响应字段:是

    1. 在“新增消息”页面,单击“添加字段”,勾选“标记为地址域”,添加地址域字段messageId,默认值填0x9,然后单击“确认”。

    2. 单击“添加字段”,勾选“标记为响应字段标识”,添加响应标识字段mid,然后单击“确认”。

    3. 单击“添加字段”,添加“Beep”字段,然后单击“确认”。
      • 名字:Beep
      • 数据类型:string
      • 长度:3

    4. 在“新增消息”页面,单击“添加响应字段”,勾选“标记为地址域”,添加地址域字段 messageId,默认值填0xa,然后单击“确认”。

    5. 单击“添加响应字段”,勾选“标记为响应标识字段”,添加响应标识字段mid,然后单击“确认”。

    6. 单击“添加响应字段”,勾选“标记为命令执行状态字段”,添加命令执行状态字段 errcode,然后单击“确认”。

    7. 单击“添加响应字段”,添加Beep_State响应字段,填写相关信息,单击“确认”。
      • 名字:Beep_State
      • 数据类型:int8u
      • 长度:1

    8. 完成消息 Smoke_Control_Beep的配置后,单击“确认”。

  5. 拖动右侧“设备模型”区域的属性字段、命令字段和响应字段,与数据上报消息、命令下发消息和命令响应消息的相应字段建立映射关系。

  6. 单击“保存”,并在插件保存成功后单击“部署”,将编解码插件部署到物联网平台。

注册设备

本文介绍集成NB模组设备的注册方法。

  1. 在产品详情页面,选择“在线调试”,单击“新增测试设备”,此处新增的是非安全的NB-IoT设备。
  2. 在新增测试设备页面,选择“真实设备”,并填写设备名称,设备标识码。

    • 设备名称:Test(自定义即可);
    • 设备标识码:设备的IMEI号,用于设备在接入物联网平台时携带该标识信息完成接入鉴权,可在NB模组上查看。您也可以将拨测开关拨到AT-PC模式,选择STM的端口,波特率设置为9600,输入指令“AT+CGSN=1”获取IMEI号。可参考下图将IMEI号复制至控制台。

      注:获取IMEI注册完设备后,需要将开发板的拨测开关拨到“AT-MCU”模式,因为开发板在MCU模式下才会通过NB卡连接网络。

    • 设备注册方式:选择不加密。

数据上报

平台和开发板建立连接后,上报烟雾浓度值。

  1. 登录设备接入服务控制台,选择 设备 > 所有设备
  2. 选择这里注册的设备,单击“查看”进入设备详情,查看上报到平台的数据。

命令下发

  1. 登录设备接入服务控制台,选择此处创建的产品,单击产品进入产品详情页。
  2. 选择“在线调试”,单击注册的设备进入调试页面。
  3. 设置命令参数后,单击“立即发送”,烟雾报警器鸣叫,下发OFF命令后,关闭蜂鸣器。

(可选)配置设备联动规则

  1. 选择左侧导航栏的规则 > 设备联动,单击页面右上角的“创建规则”
  2. 参考下表参数说明,创建设备联动规则。

    参数名称

    说明

    规则名称

    创建的规则名称,例如“Smoke_Beep”。

    立即触发

    勾选“立即触发”

    生效时间

    选择“一直生效”。

    描述

    对该规则的描述,如“烟雾浓度高于600时蜂鸣器鸣叫”。

    触发条件

    1. 单击“添加条件”;
    2. 在下拉框中选择“指定设备触发”,选择2中添加的设备;
    3. “服务类型”选择“smoke”,“属性”选择“Smoke_Value”,“操作”选择“>”,“值”填写“600”,单击“触发机制”,“无效触发抑制选择”选择“需要”,数据时效”填写“300”,然后单击“确认”。

    执行动作

    1. 单击“添加动作;
    2. “动作类型”选择“下发命令”,下发设备选择2创建的设备;
    3. “服务类型”选择“smoke”,“命令”选择“Smoke_Control_Beep”,单击“参数配置”,“Beap”的值选择“ON”,然后单击“确认”。

(可选)验证操作

将降温剂喷在烟雾传感器周围,模拟烟雾浓度。当烟雾浓度大于600时,蜂鸣器鸣叫。

使用AT指令定位模组通信问题

IoT Link在与物联网平台连接使用时,可使用AT指令快速定位模组与云端连通性问题,提高开发效率。本节将以“小熊派开发板”为例,介绍如何使用AT指令检测通信模组常见问题,如设备无法上线,数据上报不成功等。

  1. 小熊派开发板和电脑已正常连接(确保驱动已安装),并将开发板右上角的拨测开关切换到AT-PC模式。
  2. 单击VSCode底部工具栏的“Serial”。

  3. 选择2中查看的端口号,波特率设置为9600,然后单击“打开”。

  4. 输入“AT+CGATT?”,然后单击“发送”,若返回“+CGATT:1”,表示网络附着成功(附着成功代表NB-IoT联网正常),返回“+CGATT:0”表示网络附着失败(附着失败代表NB-IoT联网异常),请查看SIM卡是否插入正确,或联系运营商检查网络状态。

    使用AT指令检测完模组通信后,请将拨测开关拨到AT-MCU模式,以便完成控制台的开发后,将采集到的传感器数据通过通信模组发送到平台。

    PC模式是开发板与电脑串口通信,AT指令读写开发板的状态等数据;MCU模式是开发板通过模组上插的SIM连接网络,实现NB-IoT通信。

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