יסודות IoT: חיבור ה- IoT שלך לענן באמצעות מערכת הפעלה Mongoose: 5 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

אם אתה אדם שעוסק בהתעסקות ואלקטרוניקה, לעתים קרובות יותר תיתקל במונח Internet of Things, בדרך כלל מקוצר IoT, וכי הוא מתייחס לקבוצת מכשירים שיכולים להתחבר לאינטרנט! בהיותי אדם כזה בעצמי, הוקסמתי כאשר נודע לי כי מכשירים כה גדולים נגישים לי בקלות. עצם המחשבה שאוכל לחבר את הפרויקטים שלי לאינטרנט באמצעות פיסת חומרה קטנה ורק לחשוב על אינספור השערים שהיא תפתח לרעיונות הפרויקט שלי גרמה לי לשאוב.

אבל להגיד ל- IoT להתחבר לאינטרנט זה לא פשוט כמו פשוט לקנות אותו מהמדף ולהפעיל אותו. ומלבד שגרם למכשיר להתחבר לאינטרנט, עלינו גם להעלות כמה נתונים שימושיים לאינטרנט. מדריך זה עוסק בהליך הכרוך בהשגת המטרה שהוזכרה לעיל, ומיועד לקוראים בכל רמת ניסיון, החל מתחילים ועד ותיקים חדשים ב- IoT.

במדריך זה, כדוגמה, אדגים כיצד לתוות את התרשים של קריאות חיישן הטמפרטורה הפנימיות של לוח הפיתוח ESP32 אשר אמור לתת לקוראים מושג טוב על התהליך.

למרות שהוראה זו משתמשת ב- ESP32 וב- OS Mongoose, אך ניתן להרחיב את ההליך לכל IoT וקושחה שיש!

אספקה

בכדי שתוכל ליישם את המדריך הזה בעצמך, תזדקק לכמות חומרה מינימלית בלבד, והם:

• Internet of Thing (IoT): השתמשתי בשיבוט לוח פיתוח ESP32 זול. אם אתה מתכנן לרכוש לוח פיתוח חדש ל- ESP32, עליך לבדוק את לוח ה- ESP32 של DFRobot.
• כבל נתונים: השתמש בכבל ש- IoT שלך דורש להבהב וכו '.
• סוללה (אופציונלי): קנה זאת רק אם אתה מתכוון להפעיל את ה- IoT לתקופות ארוכות.
• לוח קרש מיני (אופציונלי)

אני מציע לקורא להשתמש ב- IoT שונה מ- ESP32 כדי שהוא/היא באמת יבינו מה עושים כאן, במקום פשוט לחקות אותי. תאמין לי, אתה תהנה ליישם תהליך זה בעזרת המוח שלך ב- IoT אחר, למשל, ESP8266 תהיה בחירה טובה.

שלב 1: מבוא ל- MQTT

מהו MQTT?

"MQTT הוא פרוטוקול העברת הודעות פשוט, המיועד למכשירים מוגבלים עם רוחב פס נמוך. לכן, זהו הפתרון המושלם ליישומי Internet of Things. MQTT מאפשר לך לשלוח פקודות לשליטה על יציאות, לקרוא ולפרסם נתונים מצמתים של חיישן ועוד. " (מתוך RandomNerdTutorials)

כיצד פועל MQTT?

לפני שנלך טכניים, בואו נחשוב קודם כל על העולם האמיתי שלנו. נניח שאתה מתעניין באוסף כרטיסים שבבעלות חבר של חברך, נניח, לורל, שאינך מכיר באופן אישי. מכיוון שאתה מאוד מקפיד על אוסף הכרטיסים הזה, תבקש מחברך, נניח טום, לשאול אם לורל מוכן למכור אותו או לא. תוך כדי כך תבקש מטום לקנות בעצמו את אוסף הכרטיסים אם לורל מוכן למכור, מכיוון שאינך רוצה שמישהו אחר ישיט את אוספו שאתה משתוקק אליו! ככל שהזמן עובר, טום ולורל מתקשרים, ובהסכמה הדדית, לורל נותנת את אוסף הכרטיסים שלה לתום תמורת כסף. לאחר החלפה זו, טום שומר את הקלפים עם עצמו עד שהוא פוגש אותך שוב, ואז הוא סוף סוף נותן לך את אוסף הכרטיסים. כך מתנהלים חילופי דברים רגילים בחיי היומיום שלנו.

ב- MQTT, המרכיבים הבסיסיים המעורבים בבורסה הם המוציא לאור (Laurel), מנוי (You) והמתווך (Tom). זרימת העבודה שלה דומה גם לדוגמה המפורסמת לעיל של העולם האמיתי, למעט הבדל עצום אחד! ב- MQTT, ההחלפה היא ביוזמת הברוקר, כלומר לורל תהיה הראשונה שתגיע לטום כדי לספר שהיא רוצה למכור את אוסף הכרטיסים שלה. אם נשווה את העבודה של MQTT עם הדוגמה שלנו בעולם האמיתי, אז זה יהיה כדלקמן:

1. לורל אומרת לטום שהיא רוצה למכור את אוסף הכרטיסים שלה (נתונים או מטען) ונותנת לו את הכרטיסים.
2. טום לוקח את הכרטיסים האלה ברשותו ופתוח להצעות לאיסוף הכרטיסים. כאשר אתה ותום נפגשים והוא מגלה שאתה מתעניין בכרטיסים (נרשם לנושא). לאחר מכן תום נותן לך את הקלפים.

מכיוון שהתהליך כולו מסתמך על הברוקר וללא אינטראקציה ישירה בין המנוי למפרסם, MQTT מסיר את הטרחה של סנכרון הן המוציא לאור והן המנוי. הנוכחות של מתווך ביניים היא ברכה למכשירים מוגבלים במשאבים כמו IoTs ומיקרו-מעבדים מכיוון שכוח העיבוד שלהם אינו מספיק לביצוע העברת נתונים בדרך הרגילה, דבר שיכלול הוצאות תקורה נוספות כגון אימות, הצפנה וכו 'מלבד זאת, ל- MQTT יש עוד הרבה תכונות כגון קלות משקל, הפצה אחת להרבה וכן הלאה, שהופכות אותה לאידיאלית עבור רשתות ולקוחות מוגבלים.

שלב 2: היכרות עם פלטפורמת IoT

מהי פלטפורמת IoT?

"ברמה גבוהה, פלטפורמת Internet of Things (IoT) היא תוכנת התמיכה המחברת חומרת קצה, נקודות גישה ורשתות נתונים לחלקים אחרים בשרשרת הערך (שהם בדרך כלל יישומי משתמשי הקצה). פלטפורמות IoT בדרך כלל לטפל במשימות ניהול שוטפות והדמיית נתונים, המאפשרות למשתמשים להפוך את סביבתם לאוטומטית ". (מתוך Link-Labs)

באופן מופשט, פלטפורמת IoT פועלת כמדיום בין המשתמש לבין גורמי איסוף הנתונים שאחראים על ייצוג הנתונים שנאספו.

במדריך זה אנו מתכננים להעלות את קריאות הטמפרטורה של ESP32 שלנו לרשת. ESP32 שלנו יפעל כמפרסם MQTT והמתווך MQTT יהווה פלטפורמת IoT לפי בחירתנו. שים לב כי בפרויקט שלנו, אין תפקיד של מנוי MQTT מכיוון שהנתונים מיוצגים על ידי הפלטפורמה עצמה ממקור ראשון. פלטפורמת IoT תהיה אחראית לאחסון הנתונים שפורסמו ולייצג אותם יפה, כאן, כגרף שורות. אשתמש כאן ב- Losant כפלטפורמת ה- IoT שלי מכיוון שהיא חופשית לשימוש ומציעה כמה דרכים טובות לייצג נתונים. כמה דוגמאות אחרות לפלטפורמות IoT הן Google Cloud, Amazon AWS ו- Adafruit, Microsoft Azure וכו '. אני רוצה לייעץ לקורא להתייחס לתיעוד של פלטפורמת ה- IoT שבחרה.

הקמת Losant:

1. התחבר ללוסאנט
2. צור מכשיר (סוג עצמאי)
3. הוסף מספר סוגי נתונים למכשיר 1. שם: טמפרטורה, סוג נתונים: מספר 2. שם: קיזוז, סוג נתונים: מספר 3. שם: יחידה, סוג נתונים: מחרוזת
4. צור מפתח גישה ורשום את מזהה המכשיר ומפתח הגישה
5. צור גרף 1. צור לוח מחוונים.2. הוסף אליו את הבלוק "גרף סדרת הזמן" באמצעות משתנה הטמפרטורה והמכשיר שנוצר.

"מזהה המכשיר" משמש למטרה לשמש טביעת אצבע ייחודית למכשיר. "מפתחות הגישה", כפי שהשם מרמז, מאפשר ל- IoT לפרסם בפני Losant תחת זהות המכשיר.

שלב 3: הכינו את המוציא לאור MQTT

כעת, לאחר שהכנו את פלטפורמת ה- IoT לקבלת הנתונים וייצוגם, עלינו להכין מוציא לאור של MQTT שיהיה אחראי על איסוף ושליחת הנתונים לפלטפורמה.

המתווה של הכנת המוציא לאור של MQTT הוא כדלקמן:

• כתוב את הקוד: כדי להדריך את המוציא לאור (IoT) כיצד לאסוף נתונים, לעבד ולשלוח אותם לפלטפורמת IoT. ההוראות כתובות בשפות תכנות ברמה גבוהה הניתנות לקריאה אנושית אשר בדרך כלל מכונות אותן קוד.
• הבזק את הקושחה: ה- IoT לא יבין בקלות את ההוראות הללו מכיוון שהוא אינו יודע שפה בתחילה. כדי לגשר על מחסום השפה הזה בין האדם למכונה, הקוד מתאסף לקבוצת הוראות גסה, בעצם קבוצות של ערכים הקסדצימליים או בינאריים הספציפיים למיקומי זיכרון בתוך ה- IoT, המכונה הקושחה אשר לאחר מכן מהבהבים ל- IoT.

במדריך זה, מכיוון שאני משתמש ב- ESP32 הנוח שלי, אני מהבהב אליו את הקושחה של מערכת ההפעלה Mongoose, המקבלת תוכניות כתובות C ו- JavaScript גם יחד. מלבד תאימות JS, ל- Mongoose OS עדיין יש הרבה מה להציע, כגון עדכוני אוויר, לשינוי התוכנית שלך באינטרנט ולוח מחוונים ייעודי למכשירים (mDash) וכו '.

פיתחתי אפליקציית קוד פתוח למערכת ההפעלה Mongoose עבור מדריך זה. זוהי אפליקציה פשוטה בשם losant-temp-sensor, המעסיקה MQTT כדי לשלוח את קריאות הטמפרטורה הסביבתית המשוערות, המבוססות על קריאות הטמפרטורה הפנימיות של ESP32, אל Losant (פלטפורמת IoT חופשית לשימוש). מומלץ לעבור על קוד האפליקציה להבנה טובה יותר. אנו מהבהבים את האפליקציה הזו למדריך זה.

אם אתה מהסוג ההרפתקני, תוכל לנסות להשיג את אותה מטרה באמצעות קושחה Arduino-ESP32 המאפשרת להשתמש ב- ESP32 כארדואינו (עם יכולת WiFi).

סקירה מהירה של אפליקציה מהבהבת עם מערכת ההפעלה Mongoose:

1. התקן את כלי mos עבור מערכת ההפעלה שלך.

2. פתח את הכלי ובצע את הפקודות הבאות:

   1. שיבוט mos
   2. cd losant-temp-sensor
   3. mos build -פלטפורמת esp32
   4. mos flash

לאחר הבזקים מוצלחים, אפשר למכשיר לאתחל ולאחר מכן לבצע את הפקודות הבאות:

1. mos wifi "wifi ssid" "סיסמת ה- wifi שלך" למשל. mos wifi "בית" "בית@123"

2. mos config-set temperature.basis =

   temperature.unit ="

   "למשל mos config-set temperature.basis = 33 / temperature.unit =" celsius"

3. mos config-set device.id = mqtt.client_id = mqtt.user = mqtt.pass =

לאחר שתסיים את כל השלבים הנכונים, תקבל ESP32 ששולח את מדידות הטמפרטורה ללוסאנט מדי פעם, לאחר כל 10 דקות. פרסום מוצלח מסומן על ידי הנורית הכחולה, כפי שמוצג בסרטון לעיל.

שלב 4: הערת שוליים

אם אתה מסוגל לשחזר את השלבים הקודמים כהלכה, אז כעת יהיה לך פרויקט עובד בעזרתו תוכל לצפות במגמות הטמפרטורה בחדר שלך, או בכל מקום שאתה מתכנן למקם את הפרויקט. מכיוון ששמרתי את המדריך הזה כללי ככל שיכולתי להפוך אותו, לכן אתה יכול להשתמש ב- IoT שלך כדי לאסוף נתונים מכל הסוגים ולנסות להסיק ממנו משהו שימושי, או שאתה יכול לעשות זאת רק בשביל להתעסק אם אתה ' הבנתי כראוי את ההוראה הזו.

בשבילי, החלק הטוב ביותר ב- IoT הוא העובדה שהוא מאפשר לנו לאסוף נתוני ענק, בלתי חד משמעיים אם לוקחים אותם לבד ולהפוך אותם למשהו מכריע. זה באמת מכה את רוח המדע. בשבילי, זה היה מאוד מספק ומאיר עיניים להבחין בירידה בטמפרטורה בחדר שלי בשעות הגשם דרך הגרף שלי.

האפליקציה losant-temp-sensor-אופטימיזציה לצריכת חשמל, מכיוון שהיא משתמשת בתכונת השינה העמוקה של ESP32 ולכן אתה יכול להשתמש בה לפרקי זמן ארוכים מבלי לדאוג לסוללה כלל. אתה יכול להרחיב עוד יותר את יעילות החשמל על ידי הסרת הנורית בלוח הפיתוח. הציור הנוכחי של כל ההתקנה הוצג למעלה.

מטרתו של הוראה זו, כבר מההתחלה הייתה רק לתת לך היכרות עם עולם ה- IoT. בסיום הוראה זו, תוכל להחזיק היטב ביסודות אותם תוכל לחזק עוד יותר באמצעות משאבים מקוונים אחרים.

למרות שלא תוכל לבצע פרויקטים מורכבים בשלב זה, אך יש לזכור תמיד שאם יש לך לבנה מספיק חזקה ואפשרות לשלב אותם יחד, תוכל ליצור כל מבנה שניתן להעלות על הדעת, מפשוט למורכב. באופן דומה, תפיסה טובה של היסודות וידיעה כיצד ליישם אותם בצורה נכונה יאפשרו לך להעלות מספר רב של פריטים. לכן תנו לעצמכם טפיחה על השכם על ביצוע הצעד הראשון.

שלב 5: זיכויים ותמיכה

הוראה זו מורכבת מאיורים, למשל זה שמסביר את חילופי ה- MQTT, שיצרתי באופן אישי. איורים אלה התאפשרו רק הודות לחבילות ה- SVG הבאות לשימוש חופשי:

• וקטור אינפוגרפי שנוצר על ידי freepik - www.freepik.com
• וקטור אינפוגרפי שנוצר על ידי starline - www.freepik.com
• וקטור אנשים שנוצר על ידי pikisuperstar - www.freepik.com
• וקטור מופשט שנוצר על ידי macrovector - www.freepik.com
• וקטור מופשט שנוצר על ידי macrovector - www.freepik.com
• וקטור אינפוגרפי שנוצר על ידי pikisuperstar - www.freepik.com

הוראה זו בחסות DFRobot. ל- DFRobot יש אוסף אלקטרוניקה מדהים אז הקפד לבדוק זאת.

אם אתה מרגיש שאהבת את ההנחיה ואת רוצה עוד הוראות כאלה, תוכל לתמוך בי ב- Patreon. אם אינך יכול להגיע כל כך רחוק, תוכל לעקוב אחריי כאן ב- Instructables.