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  • 2020-11-28 20:58:03

    传感器的数量在整个地球表面和人们生活周遭空间激增,提供世界各种数据讯息。这些价格亲民的传感器是物联网(IoT)发展和我们的社会正面临数字化革命,背后的驱动力。

    2738612-1G10P9244JO.png

    然而,连接和获取来自传感器的数据并不总是直线前进或那么容易,以下有5个技巧以协助缓解工程师与传输接口到传感器的第一次战争。

    技巧1―先从总线工具开始

    第一步,工程师应当采取首次介接到传感器时,是透过一个总线工具的方式以限制未知。一个总线工具连接一台个人计算机(PC),然后到传感器的I2C、 SPI或其他可让传感器可以“说话”的协议。与总线工具相关的PC应用程序,提供了一个已知与工作来源用以发送和接收数据,且不是未知、未经认证的嵌入式微控制器(MCU)驱动程序。在总线工具的工作环境下,开发人员可以传送和接收讯息以得到该部分如何运作的理解,在试图于嵌入式等级操作之前。

    技巧2―在Python编写传输接口码

    一旦开发者已尝试使用总线工具的传感器,下一步就是为传感器编写应用程序代码。并非直接跳到微控制器的代码,而是在Python编写应用程序代码。许多总线 工具在编写脚本(writing scripts)配置了插件(plug-in)和范例码,Python通常是随着.NET中可用的语言之一。在Python编写应用程序是快速且容易的, 其并提供一个方法已在应用程序中测试传感器,这个方式并未如同在嵌入式环境测试的复杂。拥有高层级的代码,将使非嵌入式工程师易于挖掘传感器的脚本及测 试,而不需要一个嵌入式软件工程师的照看。

    技巧3―以Micro Python测试传感器

    在Python写下第一段应用程序代码的其中一个优势是,透过调用Micro Python,应用程序调用到总线工具应用程序编程接口(API)可易于进行更换。Micro Python运作在实时嵌入式软件内,其中有许多传感器可供工程师来了解其价值,Micro Python运作在一个Cortex-M4处理器,且其是一个很好的环境,以从中为应用程序代码除错。不仅是简单的,这里也不需要去写I2C 或SPI驱动程序,因为它们已被涵盖在Micro Python的函式库中。

    技巧4―利用传感器供货商代码

    任何可以从传感器制造商“搜括”到的范例码,工程师需要走一段很长的路才能了解传感器如何工作的原理。不幸的是,许多传感器供货商并非嵌入式软件设计的专家,因此不要期待可以发现一个可投入生产的漂亮架构和优雅的例子。就使用供货商代码,学习这部分如何运作,之后重构的挫折感将出现,直到它可以被干净利索地整合到嵌入式软件。它可能如“意大利面条般(spaghetti)”开始,但利用制造商对其传感器如何运作的理解,在产品推出之前,将有助于减少许多得 被毁掉的周末时间。

    技巧5―使用一个传感器融合函式库

    机 会是,传感器的传输接口并不是太新,且先前没有人这么做过。已知的所有函式库,如由许多芯片制造商提供的“传感器融合函式库”,以协助开发人员快速掌握、 甚至更好,更可避免他们陷入重新开发或大幅修改产品架构的轮回。许多传感器可以被整合至一般类型或类别,而这些类型或类别将使驱动程序顺利被开发,若处理得当,几乎是普遍或是少可重复使用。寻找这些传感器融合函式库,并学习它们的优点和短处。

    最后的想法

    感测器被整合至嵌入式系统时,有许多方式可以帮助提高设计时程和易用性。开发者在开始设计时,透过一个高层次抽象概念,以及在把传感器整合进一个较低等级的 系统之前,学习传感器如何运作,就绝对不会“走错路”。今天存在的众多资源将可协助开发人员“旗开得胜”,而无须从头开始。

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    传感器作为各个领域最重要的设备之一,产品种类之多,应用领域之广,随着“智能时代”的到来,传感器的使用将发挥更加关键的作用。那么,要如何以最简单,最高效的方式使用这些种类繁多,操作复杂的传感器呢?本文将为大家一一介绍。

    传感器作为一种检测装置,它的应用早已渗透到诸如工业生产、宇宙探索、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之广泛的领域。可以毫不夸张地说,从茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以及各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开传感器。

    目前,市面上已经存在大量各种类型,各种型号,不同厂家生产的各种传感器,例如,温度、湿度、电压、电流、压强、光照、加速度、角速度等等。它们的应用场景、产品参数、使用方法都不尽相同,这往往使许多项目开发人员在使用传感器时举步维艰:添加一个传感器,就要编写对应的驱动,提供一套访问这个传感器的接口。

    通常情况下,在一个复杂的系统中,传感器往往不止一个,可能存在几个或几十个甚至更多不同种类的传感器,若这些传感器的使用接口都不相同,那么可想而知,软件方面的工作量和复杂度又会有多大?无形中又增加了很大的开发难度。不仅如此,若基于多种传感器开发的应用程序想跨平台复用,而底层各个传感器的接口却千奇百怪,那么,这样的工作量和复杂度又会上升到什么程度?

    为了解决这些问题,AWorks定义了通用的传感器接口,适用于各式各样的传感器,只要是挂载在AWorks系统中的传感器,都可以通过相同的操作接口来访问。同时,只要是基于这些通用接口开发的应用程序,都不会与具体的硬件设备绑定,换句话说,底层更换使用不同型号的传感器,对应用程序不会造成影响,应用程序可以不做任何改动。

    从功能上看,传感器实现了对真实世界中某种物理信号(温度、湿度、气压等)的采集,在使用传感器时,最重要的操作就是从传感器中获取出相应的数据。接下来,进一步介绍如何通过接口获取传感器数据作。

    1、传感器通道ID

    在介绍接口的使用方法之前,需要简单了解一个概念,AWorks之所以能够实现使用一套相同的接口访问所有类型的传感器,是因为AWorks对系统中的传感器进行了统一的管理。为了实现对各式各样的传感器进行统一管理,在AWorks中,定义了“传感器通道”的抽象概念,一路传感器通道用于完成一路物理信号的采集,系统为每个传感器通道分配了一个唯一的ID。例如,若此时系统中存在三个传感器,分别为温湿度传感器HTS221(能为系统提供一路温度和一路湿度通道),三轴磁传感器LIS3MDL(能位系统提供X,Y,Z轴三路磁数据通道和一路温度通道)和光照传感器BH1730(能为系统提供一路光照度采集通道),则对应的ID分配范例详见表

    1。

    表1 传感器通道id分配

    9716f4188600b411907d01c7957ac175.png

    按照以上的传感器通道ID分配方式,理论上,系统中可以挂载无数个各种类型的传感器,新加入的传感器通道只需按照以上方式依次向后分配ID即可。通常情况下,该ID号的分配已经由系统完成,无需我们自行分配,我们只需简单知道当前系统中的有效ID号所对应的传感器通道类型即可。例如,当前AWorks系统中存在的传感器如表1所示,有三个传感器,ID号为0~6,下文中函数接口ID的使用将以此为例。

    2、获取传感器数据

    基于以上对传感器ID的描述,此时若想获取传感器的数据,只需在应用程序中调用获取传感器数据的函数接口即可,获取传感器数据的函数接口如下:

    b310f651b11316a2f6be9bfc71d3f173.png

    其中,id即为传感器通道ID号,p_val为存放对应ID的传感器数据。此处aw_sensor_val_t类型为一个结构体,只需知道它是一个保存传感器数据的变量即可。

    基于此,获取系统中任意传感器通道的数据只需调用该接口即可,例如,每隔500ms获取一次温度采样数据的程序范例如下:

    58a524a6bcfb662542b1f47b90630083.png

    同样,若想获取光照度传感器采样数据,程序范例如下:

    ca445f501779ccbd08e6ec11b6dd84b1.png

    以此类推,只需要调用这一个相同的接口,便可以依次获取系统中所有传感器的数据。此时,或许有人会疑问,系统中那么多传感器,一个一个调用该接口,会不会显得繁琐?对于该问题,AWorks系统当然给出了答案,那就是提供同时获取多通道或者所有通道传感器数据的接口,该接口原型如下:

    07438ecaba0866267a0a62a9bbee7750.png

    其中,p_ids为指向传感器通道id列表的指针;num表示通道的数目,即id列表的大小;p_buf指向用于存储各通道数据的缓存,缓存大小与num一致。基于该接口,可以同时获取多个或所有系统中传感器的采样数据,例如,每隔500ms获取当前表

    1中所有的传感器通道采样数据的程序范例如下:

    638c842ab5c49ec52a7a026adc84134b.png

    基于此,AWorks系统的传感器接口已经完美的实现了使用同种接口获取所有传感器采样数据的功能。此时,或许有人又会提出疑问,这两个接口采用的似乎都是轮询的方式获取传感器数据,若在效率要求较高的场合,调用该接口是不是不太好呢?再者说,如今的许多传感器都可以采用中断触发的方式获取数据,这样可以大大提高应用程序的效率,那么能不能实现这种功能呢?当然!AWorks同样提供了这种接口,而且接口的调用非常方便,简洁。接下来将为你一一揭秘。

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  • 树莓派:获取传感器数据

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    树莓派:获取传感器数据 前言 物联网开发中分享一下在树莓派实验中遇到的问题和心得 正文 实验基于树莓派3B开发板,通过USB转串口连接倾斜度传感器。 首先连接好设备,将树莓派插上网线或配置wifi,使用VNC远程登陆...

    树莓派:获取传感器数据

    前言

    物联网开发中分享一下在树莓派实验中遇到的问题和心得

    正文

    实验基于树莓派3B开发板,通过USB转串口连接倾斜度传感器。
    在这里插入图片描述
    首先连接好设备,将树莓派插上网线或配置wifi,使用VNC远程登陆树莓派桌面(也可使用putty,通过树莓派GPIO的串口转USB直接插在PC上,注意要修改/boot/cmdline.txt内容才能正常使用GPIO的串口),建议在/etc/rc.local中设置静态IP防止变化,查看/dev可以看到ttyUSB0表示已经成功连接(ttyAMA0是树莓派GIPO串口进行通信时使用的端口)。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    接下来就是串口编程了,附上代码主函数部分,仅供参考。

    #include  <stdio.h>     
    #include  <stdlib.h>     
    #include  <unistd.h>     
    #include  <sys/types.h>  
    #include  <sys/stat.h>   
    #include  <fcntl.h>      
    #include  <termios.h>    
    #include  <errno.h>      
    #include  <string.h>
    #include  <syslog.h>
    
    #define TRUE 1
    #define FALSE 0
    /*设置串口通信速率*/
    int speed_arr[] = { B115200,B57600,B38400, B19200, B9600, B4800, B2400, B1200, B300,
                        B115200,B57600,B38400, B19200, B9600, B4800, B2400, B1200, B300, };
    int name_arr[] = {115200,57600,38400,  19200,  9600,  4800,  2400,  1200,  300,
                      115200,57600,38400,  19200,  9600, 4800, 2400, 1200,  300, };
    void set_speed(int fd, int speed)
    {
        int   i;
        int   status;
        struct termios   Opt;
        tcgetattr(fd, &Opt);
        for ( i= 0;  i < sizeof(speed_arr) / sizeof(int);  i++)
        {
            if  (speed == name_arr[i])
            {
                tcflush(fd, TCIOFLUSH);
                cfsetispeed(&Opt, speed_arr[i]);
                cfsetospeed(&Opt, speed_arr[i]);
                status = tcsetattr(fd, TCSANOW, &Opt);
                if  (status != 0)
                    perror("tcsetattr fd1");
                return;
            }
            tcflush(fd,TCIOFLUSH);
        }
    }
    /*设置串口数据位、停止位、校验位*/
    int set_parity(int fd,int databits,int stopbits,int parity)
    {
        struct termios options;
        if  ( tcgetattr( fd,&options)  !=  0)
        {
            perror("SetupSerial 1");
            return(FALSE);
        }
        options.c_cflag &= ~CSIZE;
        switch (databits) 
        {
        case 7:
            options.c_cflag |= CS7;
            break;
        case 8:
            options.c_cflag |= CS8;
            break;
        default:
            fprintf(stderr,"Unsupported data size\n");
            return (FALSE);
        }
        switch (parity)
        {
        case 'n':
        case 'N':
            options.c_cflag &= ~PARENB;   /* Clear parity enable */
            options.c_iflag &= ~INPCK;     /* Enable parity checking */
            break;
        case 'o':
        case 'O':
            options.c_cflag |= (PARODD | PARENB);   
            options.c_iflag |= INPCK;             
            break;
        case 'e':
        case 'E':
            options.c_cflag |= PARENB;     /* Enable parity */
            options.c_cflag &= ~PARODD;     
            options.c_iflag |= INPCK;       /* Disnable parity checking */
            break;
        case 'S':
        case 's':  /*as no parity*/
            options.c_cflag &= ~PARENB;
            options.c_cflag &= ~CSTOPB;
            break;
        default:
            fprintf(stderr,"Unsupported parity\n");
            return (FALSE);
        }
        /* 设置停止位*/   
        switch (stopbits)
        {
        case 1:
            options.c_cflag &= ~CSTOPB;
            break;
        case 2:
            options.c_cflag |= CSTOPB;
            break;
        default:
            fprintf(stderr,"Unsupported stop bits\n");
            return (FALSE);
        }
        /* Set input parity option */
        if (parity != 'n')
            options.c_iflag |= INPCK;
        options.c_cc[VTIME] = 150; // 15 seconds
        options.c_cc[VMIN] = 0;
        
        tcflush(fd,TCIFLUSH); /* Update the options and do it NOW */
        if (tcsetattr(fd,TCSANOW,&options) != 0)
        {
            perror("SetupSerial 3");
            return (FALSE);
        }
        return (TRUE);
    }
    /*打开串口*/
    int opendev(char *Dev)
    {
        intfd = open( Dev, O_RDWR );         //| O_NOCTTY | O_NDELAY
        if (-1 == fd)
        { perror("Can't Open Serial Port");
            return -1;
        }
        else
            return fd;
        
    }
    int print(char *buff)
    {
    	int i;
    	for(i=0;i<14;i++)
    	{
    		printf("%x\n",buff[i]);
    	}
    	printf("----------------\n");
    	return 0;
    }
    
    int main()
    {
    	int fd;
    	char buff[255];
    	char order[] = {0x68,0x04,0x00,0x04,0x08};
    	char *name = "/dev/ttyUSB0";//选择串口
    	while(1) 
    	{  
    		fd = opendev(name); //打开USB0端口 
    		if(fd>0) 
    			set_speed(fd,9600); //设置波特率 
    		else 
    		{ 
    			printf("can't open serial port!\n"); 
    			continue; 
    		} 
    		break;
    	}
    	if(set_parity(fd,8,1,'N')==FALSE) 
    	{
    		printf("set parity error\n"); 
    	}
    	while(1) 
    	{ 
    		write(fd,order,5);
    		sleep(1); 
    		read(fd,buff,14);
    		print(buff);
    	}
    }
    

    python:

    import serial
    import time
    seri = serial.Serial("/dev/ttyUSB0",9600)
    if seri.isOpen() == False:
        seri.open()
    try:
        while True:
            seri.write('\x68\x04\x00\x04\x08')
            data = seri.read(14)
            for i in data:
               print('%#x'%ord(i))
            alist = list(data)
            str1=str('%x'%ord(alist[5]))
            str11=str('%x'%ord(alist[6]))
            str2=str('%x'%ord(alist[8]))
            str22=str('%x'%ord(alist[9]))
            print "------------"
            print 'X :',str1,'.',str11
            print 'Y :',str2,'.',str22
            print "------------"
            time.sleep(0.1)
    except KeyboardInterrupt:
        seri.close()
    

    代码中发送的是传感器厂家提供的数据获取指令,直接发送即可接收到传感器回复的数据,博主通过特定的形式打印出来,方便观察结果。
    在这里插入图片描述
    通过旋转传感器,可以在终端看到实时的角度信息,收到的数据中均为16进制数,通过特定的格式提取出来,即成功获取到了倾斜角度。

    总结

    对于树莓派的开发,直接在目标机上写代码既耗费资源,又降低了速度,所以在主机上配置交叉编译环境是非常有必要的,生成可在ARM开发板上运行的程序,这里我通过配置nfs服务器的方式将可执行文件共享给开发板系统上。
    在开发机上配置好nfs服务将/opt/rootfs设置成服务器,接着在目标机上挂载服务器文件夹至/mnt/nfs下就可以实现文件共享了。

    //设置自动设置IP和挂载nfs根目录
    //在开发板的linux系统的/etc/init.d/rcS文件中加入
    Ifconfig eth0 down
    ifconfig eth0 192.168.X.X
    ifconfig eth0 up
    mount –t nfs –o nolock 192.168.X.XXX:/opt/rootfs /mnt/nfs
    

    下图中可以看到2个系统实现了文件共享。
    在这里插入图片描述
    至此本文写完了,有不足的地方欢迎指教。

    展开全文
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  • 获取传感器数据并传入数据库-HTTP/POST/ASP.NET很久前,做过传感器数据采集相关的小项目,需求是通过单片机IO收集传感器数据,然后通过网络模块(GSM/WI-FI)作为客户端,将数据(JSON)通过TCP/IP协议上传至服务器TCP...

    获取传感器数据并传入数据库-HTTP/POST/ASP.NET

    很久前,做过传感器数据采集相关的小项目,需求是通过单片机IO收集传感器数据,然后通过网络模块(GSM/WI-FI)作为客户端,将数据(JSON)通过TCP/IP协议上传至服务器TCP端口。同时,服务器上运行监听程序,解析JSON随后转存到数据库。

    047f753206af09d8ebf9cb42b306e180.png

    这种模式在实际应用中的效果并不理想,当时遇到的问题有:

    Client/Server之间建立连接需要较长时间。 需要维持心跳,如果使用GSM模块会产生较多数据流量。 Server需要监听/解析/转存TCP端口数据的程序,如果数据量较大,稳定性未知。

    最近想到用HTTP POST请求,将传感器获取的数据直接POST到Web服务器后,通过后台服务处理存储到数据库,且现在部分项目获取传感器数据后有通过Web方式展现(数据可视化)的需求,编码简单,逻辑清晰。

    f4583328cebe2667855d081f8ef03dab.png

    建立数据库

    fc2fc02809e28838ee65837de82989aa.png

    Web服务端(ASP. NET)

    建立ASP.NET空网站,目标框架 .NET Framework4.0,添加一个Web服务。

    dbbb324a806c838fc96b3badcd8b75b9.png

    这里的WebService.asmx作为之后的请求接口

    using System;

    using System.Data;

    using System.Configuration;

    using System.Data.SqlClient;

    using System.Collections;

    using System.Collections.Generic;

    using System.Linq;

    using System.Web;

    using System.Web.Services;

    ///

    /// WebService 的摘要说明

    ///

    [WebService(Namespace = "http://tempuri.org/")]

    [WebServiceBinding(ConformsTo = WsiProfiles.BasicProfile1_1)]

    // 若要允许使用 ASP.NET AJAX 从脚本中调用此 Web 服务,请取消注释以下行。

    // [System.Web.Script.Services.ScriptService]

    public class WebService : System.Web.Services.WebService

    {

    SqlConnection con;//创建连接对象

    SqlCommand sc;

    public WebService()

    {

    //如果使用设计的组件,请取消注释以下行

    //InitializeComponent();

    }

    #region 接口测试

    [WebMethod]

    public void test(string data)

    {

    string strsql = ConfigurationManager.ConnectionStrings["sqlserverconfig"].ToString();//读取webconfig数据库连接字符串

    con = new SqlConnection(strsql);

    //添加一条数据记录

    string sql = "insert into SensorData (ID,DeviceID,Data,AddTime) Values (1,1,'" + data + "','" + DateTime.Now.ToString() + "')";

    try

    {

    con.Open();//打开连接对象

    sc = new SqlCommand(sql, con);//执行SQL

    int i= sc.ExecuteNonQuery();//影响的记录条数

    con.Close();//关闭对象

    }

    catch (Exception ex)

    {

    ex.ToString();

    con.Close();

    }

    }

    #endregion

    }

    对Web.config加入跨域请求说明和允许远程调试说明

    此时我们调试WebService.asmx中的test,测试调用。

    5b925db52fd4760ec4979014efffc080.png

    a250cd40246190d5846e94dc939c76f7.png

    此时,对应表中会看到新增加的测试记录,至此Web服务器端已经完毕,接下来将其部署到IIS,并运行WebService.asmx。

    7e310accce07ab7324b843798088a669.png

    Arduino+Wi-Fi(ESP8266)HTTP协议发送POST请求

    硬件准备:

    Arduino UNO ESP 8266 可选的数字传感器(如温湿度、电压电流计) Arduino ESP-8266 3.3V 3.3V GND GND 12 RX 13 TX

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    #include

    SoftwareSerial mySerial(13, 12); // RX, TX

    //--------------参数设置 START-------------

    String Host="192.168.31.32";//域名或IP

    String Port="80";//IIS端口,默认80

    String URL="/DataSender/WebService.asmx/test";//接口地址

    String Data="data=8888";//请求参数,前半部分必须与WebService.asmx中test方法参数名对应(String data)

    String WiFi_SSID="BS-112-Lab";

    String WiFi_PSW="i-am-wifi-psw";

    //--------------参数设置 END---------------

    void setup() {

    Serial.begin(57600);//本地调试串口

    while (!Serial) {//等待连接

    }

    mySerial.begin(57600);//软串口

    initWifi();//初始化Wi-Fi SSID/PSW

    setHttpServer();//设置发送模式

    }

    void loop() {

    if (mySerial.available()) {

    Serial.write(mySerial.read());//数据回显

    }

    if (Serial.available()) {

    mySerial.write(Serial.read());

    }

    postToServer(Data);

    }

    void Response(){//接受服务器的响应并显示在本地串口

    delay(50);

    while (mySerial.available()) {

    Serial.write(mySerial.read());

    }

    Serial.write("\n");

    }

    void initWifi(){

    mySerial.println("AT+RST"); // 重启模块

    delay(1000);

    Response();

    mySerial.println("AT");//测试通信,返回OK

    Response();

    delay(1000);

    mySerial.println("AT+CWMODE=3"); // 设置ESP8266模块处于AP兼Station模式

    Response();

    mySerial.println("AT+CWJAP=\""+WiFi_SSID+"\",\""+WiFi_PSW+"\""); // 连接Wi-Fi

    Response();

    delay(10000);

    }

    void setHttpServer(){

    mySerial.println("AT+CIPMODE=1");

    mySerial.println("AT+CIPSTART=\"TCP\",\""+Host+"\","+Port+""); // 连接服务器的80端口

    delay(1000);

    Response();

    mySerial.println("AT+CIPSEND"); // 进入TCP透传模式,接下来发送的所有消息都会发送给服务器

    }

    void postToServer(String paras){

    //组装HTTP报头

    String httpContent="POST "+URL+" HTTP/1.1\r\nHost: "+Host+"\r\nContent-Type: application/x-www-form-urlencoded\r\nContent-Length:"+paras.length()+"\r\n\r\n"+paras;

    Serial.print("==============\nPost Data: "+paras+"\n");

    mySerial.print(httpContent); //POST

    delay(2000);//POST请求频率,建议2s,小于这个时间建议调高波特率。

    Response();

    }

    烧录代码至Arduino,打开串口监视器即可看到数据发送状态、POST报文和服务器响应。

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    根据AddTime字段的情况来看,POST的频率可以到每秒两条,效果还是非常理想的。

    代码量统计

    Arduino: 70行 WebService.asmx:50行

    不足150行便实现了传感器数据上传到数据库的流程,可见这种方法短小精悍。

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