描述

概述

本周早些時(shí)候，我收到了自己的 Helium 開發(fā)工具包。該套件包含開始使用 Helium 網(wǎng)絡(luò)所需的一切：一個(gè) LoRaWAN 開發(fā)板和兩個(gè)傳感器護(hù)罩。在較早的項(xiàng)目中，我展示了如何將坐標(biāo)數(shù)據(jù)從 GNSS1A1 GPS 屏蔽發(fā)送到 Cayenne myDevices 儀表板，以構(gòu)建基于 LoRa 的基本資產(chǎn)跟蹤器。雖然 myDevices 平臺(tái)非常適合快速啟動(dòng)簡單的數(shù)據(jù)記錄項(xiàng)目，但您仍受制于 Cayenne 相對有限的分析和導(dǎo)出功能。要執(zhí)行您自己的分析，無論是 Excel 中的簡單盒須圖還是 Tensorflow 中的遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，您唯一的選擇（在 Cayenne 框架內(nèi)）是手動(dòng)導(dǎo)出 CSV 文件，這在某種程度上違背了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。據(jù)我了解，Cayenne 曾經(jīng)為此目的支持 REST API，但出于某種原因（也許它沒有）今年早些時(shí)候停用該平臺(tái)。

幸運(yùn)的是，對于不想在 AWS 或 Azure 上托管一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫來監(jiān)控后院花園中的濕度水平的麻煩和費(fèi)用，原型制作者還有其他（免費(fèi)）選項(xiàng)。在本教程中，我將向您展示如何通過氦網(wǎng)絡(luò)傳輸來自 X-NUCLEO-IKS01A3 防護(hù)罩的環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)，并將其記錄在 Google 表格中以進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)的分析。在高層次上，工作流程如下所示：

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本教程假設(shè)您已經(jīng)有一個(gè) Helium 控制臺(tái)帳戶并且有足夠的覆蓋范圍來可靠地 ping 網(wǎng)絡(luò)。換句話說，將其視為Helium 文檔中快速入門指南的擴(kuò)展。讓我們開始吧。

1.上傳Arduino腳本

X-NUCLEO-IKS01A3 的代碼看起來很像快速入門指南中的啟動(dòng)腳本。您只需要包含各個(gè)傳感器的庫和 CayenneLPP 即可打包緩沖區(qū)。就我而言，我使用的是溫度、壓力和濕度傳感器，但防護(hù)罩也有陀螺儀和加速度計(jì)。這些輸入的用法非常相似 - 看看這個(gè)“Hello World”草圖。代碼的核心是 do_send(osjob_t *j) 函數(shù)：

void do_send(osjob_t *j) {
// Check if there is not a current TX/RX job running
    if (LMIC.opmode & OP_TXRXPEND) {
        Serial.println(F("OP_TXRXPEND, not sending"));
    } else {
        float humidity = 0, temperature = 0;
        HumTemp->GetHumidity(&humidity);
        HumTemp->GetTemperature(&temperature);
        // Read pressure and temperature.
        float pressure = 0;
        PressTemp->GetPressure(&pressure);
        lpp.reset();
        lpp.addTemperature(1, temperature);
        lpp.addBarometricPressure(2, pressure);
        lpp.addRelativeHumidity(3, humidity);
        //LMIC_setTxData2(1, mydata, sizeof(mydata) - 1, 0);
        LMIC_setTxData2(1, lpp.getBuffer(), lpp.getSize(), 0);
        Serial.println(F("Packet queued"));
    }
        // Next TX is scheduled after TX_COMPLETE event.
}

“l(fā)pp”是 CayenneLPP 數(shù)據(jù)包對象，它是一個(gè) LoRaWAN 友好的 Arduino 傳感器數(shù)據(jù)編碼器。它支持多種常見數(shù)據(jù)格式，包括溫度、壓力、濕度、GPS 和加速度計(jì)，以及任意模擬/數(shù)字輸出。如果您有興趣了解更多信息，請查看CayenneLPP 文檔。設(shè)置設(shè)備的完整代碼包含在此Github 存儲(chǔ)庫中。不要忘記在第 19、24 和 29 行包含您自己的 DevEUI、AppEUI 和 AppKey。安裝您的屏蔽并通過 Arduino IDE 上傳腳本，您應(yīng)該會(huì)在“設(shè)備”頁面上看到數(shù)據(jù)包開始傳播氦控制臺(tái)。

2.有效載荷解碼器功能

此時(shí)，傳感器數(shù)據(jù)的有效載荷被編碼為 base64 字符串。如果您要檢查上行鏈路 JSON 文件，您會(huì)看到如下內(nèi)容：

{
    "payload": AWcBAAJzJkMDaG0EAwAA
}

為了將此字符串恢復(fù)為可讀格式，我們的解碼器函數(shù)將首先使用 base64 解碼器來提取各個(gè)字節(jié)（在 Python 中，我們將使用內(nèi)置的 base64.b64decode(payload_string) 之類的東西）。然后，它將根據(jù)用于生成數(shù)據(jù)包的編碼格式將字節(jié)轉(zhuǎn)換回浮點(diǎn)型傳感器讀數(shù)。現(xiàn)在，您可以從頭開始編寫自己的解碼器，但幸運(yùn)的是，CayenneLPP 和 Helium 為我們省去了麻煩。在 Helium 控制臺(tái)中，打開“Functions”選項(xiàng)卡，然后單擊“Create New Function”。給它一個(gè)名字，選擇“解碼器”函數(shù)類型和“CayenneLPP”格式。如果您還沒有為您的設(shè)備分配標(biāo)簽，您必須在“標(biāo)簽”選項(xiàng)卡中快速創(chuàng)建它，并將其分配給您的新功能。滿意后，單擊“保存功能”。

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就是這樣！現(xiàn)在，如果您要檢查 JSON 數(shù)據(jù)包，您現(xiàn)在會(huì)注意到正文中的“已解碼”字段，這將使相關(guān)數(shù)據(jù)的解析更加簡單：

"decoded": {
    "payload": [
    {
        "channel": 1,
        "name": "temperature",
        "type": 103,
        "unit": "celcius",
        "value": 25.6
    },
    {
        "channel": 2,
        "name": "humidity",
        "type": 104,
        "unit": "hPa",
        "value": 979.5
    },
    {
        "channel": 3,
        "name": "humidity",
        "type": 104,
        "unit": "percent",
        "value": 54.5
    }
    ]

所有這些都來自 11 字節(jié)的有效負(fù)載！現(xiàn)在讓我們將這些數(shù)據(jù)包路由到有用的地方。

3. Pipedream 工作流程

Pipedream是一個(gè)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，用于（除其他外）通過自定義配方將事件觸發(fā)器連接到各種操作。圖形界面和基于表達(dá)式的框架使您無需編寫任何代碼即可創(chuàng)建復(fù)雜的“工作流程”。這樣，它類似于 Azure 邏輯應(yīng)用程序。它們內(nèi)置了對數(shù)百個(gè)應(yīng)用程序的支持，例如 Twitter、Spotify 和 Slack，您甚至可以為 SMS 和電子郵件通知設(shè)置機(jī)器人。在這種情況下，我們將利用 Google Sheets API 將新行添加到電子表格中。轉(zhuǎn)到 Pipedream，然后導(dǎo)航到 Workflows 選項(xiàng)卡并創(chuàng)建一個(gè)新的工作流。對于觸發(fā)器，搜索“HTTP / Webhook”為我們的 POST 請求生成一個(gè)端點(diǎn) URL。

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復(fù)制 webhook URL 并返回 Helium 控制臺(tái)。轉(zhuǎn)到集成選項(xiàng)卡并添加自定義 HTTP 集成。將端點(diǎn)粘貼到 Connection Details 下，添加名稱，然后將與您提供給設(shè)備和解碼器功能的標(biāo)簽相同。

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現(xiàn)在，每當(dāng)您的設(shè)備通過 Helium 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送有效負(fù)載時(shí)，它都會(huì)通過 POST 請求將數(shù)據(jù)發(fā)送到我們的 Pipedream webhook。對于接下來的步驟，如果您已經(jīng)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送了一些 JSON 文件，這將很有幫助，以便 Pipedream 了解如何解析它們。要將信息路由到 Google 表格，請返回 Pipedream，單擊觸發(fā)器下方的加號(hào)并搜索“將行添加到表格”。您必須登錄您的 Google 帳戶來驗(yàn)證請求，然后創(chuàng)建一個(gè)空白工作表并復(fù)制您的電子表格 ID，即網(wǎng)址的這一部分：

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將此 ID 與工作表名稱一起粘貼到 Pipedream 操作中的必填字段中，該名稱可能仍為“Sheet1”。最后，您只需準(zhǔn)確定義將發(fā)送到電子表格的信息。出于我的目的，我想記錄解碼后的傳感器值和 UNIX 時(shí)間戳。這有助于已經(jīng)有一些 JSON 文件可以使用，因?yàn)?Pipedream 將使用過去的請求為您提供一些您打算發(fā)送的數(shù)據(jù)的用戶友好預(yù)覽。總而言之，行參數(shù)應(yīng)該看起來像這樣（空白列將在一秒鐘內(nèi)有意義）：

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部署工作流程后，您可以啟用它并等待您的 LoRa 設(shè)備通過 Helium 發(fā)送新的有效負(fù)載，或者為了更快的反饋，使用“發(fā)送測試事件”功能。如果一切順利，您應(yīng)該開始看到新的行正在傳播您的電子表格！

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要將 UNIX 時(shí)間戳轉(zhuǎn)換為更易于解釋的基于 UTC 的日期，請將此 Excel 函數(shù)應(yīng)用于 B 列：

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添加一些精美的圖表或您自己想要的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)并觀察有效負(fù)載的出現(xiàn)。不久之后，您將擁有自己的自定義（最重要的是免費(fèi)）實(shí)時(shí)分析儀表板！

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回顧

總結(jié)一下，讓我們考慮一下我們剛剛完成的工作：

• 我們連接了低功耗環(huán)境傳感器，通過基于 LoRaWAN 的 Helium 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)。
• 為了遠(yuǎn)距離傳輸它們（相對于 WiFi），我們將傳感器有效載荷編碼為數(shù)據(jù)高效的 CayenneLPP 數(shù)據(jù)包，然后使用 Helium 控制臺(tái)中的函數(shù)對其進(jìn)行解碼。
• 使用 Pipedream 工作流，我們通過 webhook 端點(diǎn)路由來自 Helium HTTP 集成的 POST 請求，然后利用 Google Sheets API 自動(dòng)將解碼的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到電子表格，以進(jìn)行特定于應(yīng)用程序的實(shí)時(shí)分析。