Kućno upozorenje: Arduino + slanje poruka u oblaku na velikom zaslonu: 14 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

U doba mobitela očekivali biste da će ljudi reagirati na vaš poziv 24 sata dnevno.

Ili ne. Kad moja žena dođe kući, telefon ostaje zakopan u torbi ili joj je baterija prazna. Nemamo fiksnu liniju. Pozivanje ili slanje SMS -a radi traženja prijevoza kući sa željezničke stanice u kišnoj noći ili pozivanje s pitanjem jesu li mi ključevi još na stolu doslovno su želja.

Ovaj problem imam dovoljno često da opravdam rješenje. Malo petljanja s Arduinom i Freetronics Dot Matrix zaslonom (DMD) rezultiralo je vrlo dosadnim (za moju suprugu) gadgetom, ali za mene nevjerojatnim komunikacijskim uređajem i informacijskim centrom. Sviđa mi se, i to je samo verzija 1!

Kućno upozorenje sastoji se od ovih dijelova:

• Freetronics Dot Matrix zaslon, niz 16x32 LED dioda. Dolaze u različitim bojama, ali ja koristim crvenu da naglasim da je ovaj gadget za "kritične" obavijesti.
• Arduino Uno s Ethernet štitom.
• Proboj sata u stvarnom vremenu, ovakav ili ovaj.
• Piezo zujalica
• Senzor temperature i vlažnosti DHT22.

Kućnim upozorenjem upravlja se putem web stranice koja se nalazi na Herokuu, hostu aplikacija u oblaku. Web stranica kodirana je u Ruby-u, koristeći okvir web aplikacije Sinatra i spremište ključ / vrijednost Redis.

Pogledajte početnu stranicu (prikaži na prvoj priloženoj slici u ovom koraku), gdje obrazac čeka novu poruku od korisnika.

Prvo polje prihvaća numerički hardverski kod. To je kôd koji vam omogućuje ciljanje na određeni sustav kućnog upozorenja jer svaki može dobiti jedinstveni kôd. Ili možete imati više kućnih upozorenja koja dijele isti kôd, tako da se ista poruka prikazuje na više lokacija.

Poruka koju želite prikazati ide u drugo polje. Svaki tekst koji tamo upišete bit će prikazan u DMD -u.

Ako želite napraviti buku, označite Yes! potvrdni okvir, a zujalica će zasigurno privući pozornost svih u blizini.

U ovom članku pokazat ću vam kako izgraditi vlastiti sustav kućnog upozorenja, i Arduino hardver i softver, kao i mini web aplikaciju Sinatra.

Započnimo!

Korak 1: Hardver

DMD je žarišna točka gadgeta. Mogao sam otići s malim LCD zaslonom, ali glavna ideja ovog projekta bila je proizvesti nešto što se može vidjeti i čuti iz daljine. Za vizualni dio trebalo mi je nešto veliko i svijetlo, a ovaj Freetronics zaslon je upravo ono što mi je trebalo. Svaka ploča sadrži niz 16x32 LED dioda, a nekoliko njih možete spojiti zajedno kako biste stvorili mnogo veće zaslone. Ovo je nešto što bih želio učiniti u bliskoj budućnosti.

DMD dolazi s Arduino bibliotekom jednostavnom za korištenje. komunicira s Arduinom putem brzog SPI-ja. Uspio sam nabaviti biblioteku sa stranice Freetronics Github, zatim pokrenuti demo skicu i pokrenuti je u roku od nekoliko minuta od otvaranja kutije. Bio sam iznenađen kad sam vidio tako svijetao zaslon koji koristi samo napajanje iz Arduina. Ako želite privremeno zaslijepiti gledatelje, na ovaj DMD možete priključiti namjensko napajanje. Ako ovo ne privuče njihovu pažnju, ništa neće!

Fizički, ovaj zaslon ima dimenzije 320 mm (W), 160 mm (H) i 14 mm (D).

Stražnja ploča sadrži konektore za vanjsko napajanje, 5V s kapacitetom od najmanje 4 Ampera, Arduino konektor označen sa HUB1 i konektor za dodatne zaslone s lančanicima koji se nalaze na suprotnoj strani. Prema dokumentaciji, možete lansirati do četiri DMD-a.

DMD kontrolira Arduino Uno. Freetronics nudi vrlo prikladan "DMDCON" konektor koji se jednostavno uskoči na ispravne SPI i podatkovne pinove.

Osim DMD-a, koristio sam Arduino Uno, Ethernet štit, proboj sata u stvarnom vremenu, zujalicu i DHT22. Za sve ove komponente kreirao sam predavanja koja opisuju njihov rad na tečaju Udemy. (Besramna samopromocija: prijavite se na moju listu e-pošte na arduinosbs.com i primite kupon s popustom na svih 55 predavanja).

Sat u stvarnom vremenu, proboj temeljen na DS18072 taktu IC, je I2C uređaj pa je spojen na Uno-ove analogne pinove 1 i 2, koji implementiraju I2C sabirnicu.

Zvučni signal je spojen na digitalni pin 3, odakle upravljam pomoću funkcije tone ().

Senzor DHT22 spojen je na digitalni pin 2. Pazite da spojite 10KΩ pull-up otpornik između 5V voda i podatkovnog voda.

Korak 2: Arduino skica

Skica nije velika u smislu broja redaka, ali gotovo iscrpljuje dostupnu flash memoriju Unoa zahvaljujući svim uključenim knjižnicama. Ima puno prostora za optimizaciju memorije, ali budući da sam u fazi izrade prototipa, to je projekt za još jedan dan. Ovaj je kod dostupan na Githubu.

Ovdje je skica s ugrađenim komentarima (pogledajte privitak u PDF -u).

Glavna odgovornost ove skice je učiniti Arduino potrošačem web usluge. Web usluga je jednostavno web mjesto s dvije krajnje točke, jednoj za pristup ljudskom korisniku putem web preglednika i podnošenju tekstualnog niza koji želi prikazati na DMD-u, a drugom na kojoj će Arduino pristupiti kako bi dohvatite taj tekstualni niz.

Molimo preuzmite i pročitajte priloženu PDF datoteku, ona sadrži ugrađene komentare koji opisuju njezin rad.

Korak 3: Sinatra stupa na scenu

Postoji mnogo načina za stvaranje web stranica i web usluga. Od programskih jezika s knjižnicama koje podržavaju web, do potpuno opremljenih okvira, može biti zbunjujuće i teško odabrati jedan za ovaj posao.

Koristio sam i igrao se s popriličnim brojem tehnologija web aplikacija, i smatram da je Sinatra idealan za izgradnju web usluga i malih web stranica. Konkretno, kada izgradim web uslugu koja podržava Arduino gadget, Sinatra je zaista dobar izbor.

Što je Sinatra i zašto je tako dobar izbor? Drago mi je da ste pitali!

Sinatra je jezik za brzi razvoj web aplikacija. Izgrađen je na vrhu Rubyja, vrlo popularnog i izražajnog skriptnog jezika opće namjene. Možda ćete čuti da se Sinatra naziva “DSL”, jezik specifičan za domenu. Ovdje je domena web. Ključne riječi (riječi) i sintaksa stvorena za Sinatru takve su da ljudima olakšavaju i brzo stvaraju web aplikacije.

U vrijeme u kojem su takozvani „uvjereni“okviri za razvoj web aplikacija poput Ruby on Rails i Django super popularni, Sinatra zahvaća suprotni kraj spektra. Dok Ruby on Rails i Django zahtijevaju od programera da slijedi određenu konvenciju i način rada (što pak podrazumijeva strmu i dugu krivulju učenja), Sinatra ne postavlja takve zahtjeve.

Sinatra je konceptualno mnogo jednostavniji od svjetskih Rails i Djangos. Možete se pokrenuti s web aplikacijom koja može komunicirati s vašim Arduinom u roku od nekoliko minuta.

Pokazat ću primjerom. Evo kako izgleda minimalna web -aplikacija Sinatra (za sada pročitajte sljedeće, nemojte to činiti na svom računalu jer vjerojatno još nemate postavljene preduvjete za to):

U jednoj datoteci, nazovimo je my_app.rb, dodamo ovaj tekst:

zahtijevaju 'sinatra'get'/'do "Hello, world!" end

Na naredbenom retku pokrenite aplikaciju ovako:

rubin my_app.rb

Vaša će se aplikacija pokrenuti, a na konzoli ćete vidjeti ovaj tekst:

peter@ubuntu-dev: ~/arduino/sinatra_demo $ ruby my_app.rbPuma 2.8.1 s pokretanjem …* Min niti: 0, max niti: 16* Okolina: razvoj* Slušanje na tcp-u: // localhost: 4567 == Sinatra/1.4.4 je stupio na pozornicu 4567 za razvoj uz sigurnosnu kopiju iz Pume

Aplikacija je sada spremna za primanje zahtjeva klijenata. Otvorite preglednik, usmjerite ga na https:// localhost: 4567 i to ćete vidjeti (pogledajte priloženi snimak zaslona).

To su četiri jednostavne linije koda u jednoj datoteci. Nasuprot tome, Rails bi trebao više od stotinu datoteka, generiranih jednostavno kako bi zadovoljili zahtjeve okvira. Nemojte me krivo shvatiti, volim Rails, ali stvarno?…

Dakle, Sinatra je jednostavna i brza za pokretanje. Pretpostavit ću da ne znate ništa o Rubyju, Sinatri i implementaciji aplikacija u Cloud, pa ću vas u sljedećem odjeljku odvesti korak po korak od nule do implementacije vaše Arduino web usluge u Cloud.

Korak 4: Postavite svoj razvojni stroj

Sinatra se temelji na programskom jeziku Ruby. Dakle, morate instalirati Ruby prije nego instalirate Sinatru.

Također ćete morati instalirati poslužitelj trgovine ključ-vrijednost pod nazivom Redis. Zamislite Redis kao bazu podataka koja pohranjuje podatke protiv ključa. Za dohvaćanje podataka koristite ključ koji je optimiziran za brzinu, a ne fleksibilnost struktura podataka za koju je namijenjena tradicionalna relacijska baza podataka. Home Alert svoje poruke sprema u Redis.

Korak 5: Ruby na Macu ili Linuxu

Ako koristite Mac ili Linux računalo, preporučujem vam da koristite RVM za instaliranje i upravljanje vašom Ruby instalacijom (RVM: Ruby Version Manager). Upute za instaliranje Ruby -a s RVM -om nalaze se na ovoj stranici ili samo kopirajte i zalijepite ovu naredbu u svoju ljusku:

curl -sSL https://get.rvm.io | bash -s stable --ruby

Sjednite, opustite se i pričekajte da se preuzimanje, kompilacija i instalacija RVM -a i Rubyja dovrše.

Korak 6: Ruby u sustavu Windows

Ako koristite Windows, preporučujem da slijedite ovaj vodič na web mjestu Ruby Installer za Windows i upotrijebite aplikaciju za postavljanje.

Korak 7: Provjerite i postavite svoj Ruby

U vrijeme pisanja ovog članka najnovije stabilno izdanje Ruby je 2.1.1.p76. Verziju koja je instalirana s RVM -om možete provjeriti tako da upišete ovo:

rvm info

Pojavit će se mnogo informacija o RVM -u i Ruby. U mom slučaju, ovo je Ruby odjeljak:

ruby: interpreter: "ruby" verzija: "2.1.1p76" datum: "2014-02-24" platforma: "x86_64-linux" zakrpa: "2014-02-24 revizija 45161" full_version: "ruby 2.1.1p76 (2014 -02-24 revizija 45161) [x86_64-linux]"

Preporučujem da koristite i Ruby 2.1.1, pa ako vidite nešto starije od toga, nadogradite ovako:

rvm instalacija 2.1.1

Ovo će instalirati Ruby 2.1.1. Web mjesto projekta RVM sadrži mnogo informacija o RVM -u i načinu upravljanja vašom Ruby instalacijom.

Korak 8: Instalirajte Sinatru (sve platforme)

U Rubyju se kôd dijeli kao paketi pod nazivom „dragulji“. Kod koji čini Sinatru može se instalirati na vaše računalo kao dragulj poput ovog:

dragulj instalirati sinatru

Ova će linija dohvatiti sav kôd i dokumentaciju i instalirati je na vaše računalo.

Korak 9: Redis na Macu ili Linuxu

Postavljanje Redisa na Mac ili Linux je jednostavno. Postupak je objašnjen na web stranici Redis. Otvorite terminal ljuske i upišite ove naredbe:

$ wget https://download.redis.io/releases/redis-2.8.7.tar…$ tar xzf redis-2.8.7.tar.gz $ cd redis-2.8.7 $ make

Pokrenite Redis upisivanjem:

$ src/redis-poslužitelj

… i gotovi ste!

Korak 10: Redis u sustavu Windows

Redis u sustavu Windows preporučuje se samo za razvoj i morat ćete ga sastaviti pomoću besplatnog razvojnog okruženja Visual Studio Express. Za rad je potrebno malo vremena, ali radi dobro i vrijedno je truda. Slijedite upute na stranici projekta Github. Tamo ćete pronaći i vezu do stranice Visual Studio Express.

11. korak: Izradite aplikaciju web usluge

Izgradimo aplikaciju i pokrenimo je na svom razvojnom stroju. Prilagodit ćemo Arduino skicu za povezivanje s ovom instancom aplikacije dok je testiramo. Nakon što se uvjerimo da sve radi dobro, premjestit ćemo se u oblak i ažurirati skicu za upotrebu instance oblaka.

Ovdje je Ruby kod, sve u jednoj datoteci pod nazivom "web.rb" (ovaj kod je dostupan na Githubu).

Važno: Preuzmite i pročitajte priloženu PDF datoteku, ona sadrži detaljne ugrađene komentare (učinite to prije nego nastavite!).

Sada možete isprobati svoj sustav kućnog upozorenja. U svojoj skici promijenite konstante WEBSITE i WEBPAGE tako da upućuju na vaš razvojni stroj i broj porta za vaš razvojni Sinatra poslužitelj. U mom slučaju, imam razvojni stroj na IP 172.16.115.136, a razvojni poslužitelj Sinatra osluškuje port 5000, pa su moje postavke skice:

#define HW_ID "123" #define WEBSITE “172.16.115.136:5000"#define WEBPAGE“/get_message/“

Ova je IP adresa dostupna samo za uređaje u mojoj kućnoj mreži.

Postavka HW_ID predstavlja "hardverski ID", odnosno ID na koji će se Arduino koji kontrolira DMD identificirati sa aplikacijom Sinatra. To je vrlo osnovna vrsta autentifikacije. Web aplikacija će predati poruku Arduinu tražeći je na temelju navedenog HW_ID. Možete imati više uređaja s istim HW_ID, u tom slučaju će svi uređaji prikazati istu poruku. Ako želite "privatnost", odaberite ID s puno nasumičnih znakova koje drugi ljudi neće moći pogoditi. Također, pazite, komunikacija nije šifrirana.

Sada krenite i pokrenite svoju aplikaciju Sinatra, upišite ovo (pod pretpostavkom da ste u mapi projekta Sinatra):

rubin web.rb

… i vidjet ćete nešto poput ovoga (neki se detalji mogu razlikovati, sve dok se ovo ne ruši, u redu ste):

10:42:18 web.1 | započeo s pid 4911910: 42: 18 web.1 | Puma 2.8.1 počinje… 10: 42: 18 web.1 | * Min niti: 0, maksimalni navoji: 1610: 42: 18 web.1 | * Okoliš: razvoj10: 42: 18 web.1 | * Slušanje na tcp: //0.0.0.0: 5000

Usmjerite svoj web preglednik na mjesto koje poslužitelj sluša i to ćete vidjeti (pogledajte drugi privitak).

Prenesite svoju skicu na Arduino, provjerite je li spojena na vašu lokalnu mrežu. Ako sve bude u redu, Arduino će pregledavati vašu web uslugu jednom svake minute. Dajte poruku za prikaz: U polje HW koda upišite isti ID koji ste postavili za konstantu HW_ID u skici. Upišite bilo što u polje "Vaša poruka" i označite "Buzz?" potvrdni okvir.

Predajte se, pričekajte minutu i pogledajte svoju poruku u DMD -u!

Korak 12: Postavljanje u oblak pomoću Herokua

Sada kada Home Alert radi na razvoju, idemo raditi na Cloudu. Na raspolaganju je bezbroj mogućnosti za implementaciju web aplikacija. Na temelju opsega i složenosti Home Alert -a odlučio sam da postavljanje vlastitog virtualnog privatnog poslužitelja nije vrijedno truda. Umjesto toga, bolje je otići na uslugu poput Herokua, domaćina aplikacije. Za moju ljestvicu, Herokuov besplatni nivo je više nego dovoljan. Čak i za komponentu Redis, mogao sam izabrati besplatan plan od jednog od mnogih pružatelja Redisa koji rade s Herokuom.

Ipak, potrebno je uložiti malo truda koji ima veze s poboljšanjem moje aplikacije kako bi bila u skladu s Heroku -ovim specifikacijama. Pojedinosti su ovdje, ali u osnovi ćete morati dodati ove datoteke u svoj projekt Sinatra (sve datoteke koje slijede mogu se preuzeti s mog Github računa):

* config.ru: Heroku kaže koja datoteka sadrži aplikaciju. Evo sadržaja:

zahtijevaju './web'run Sinatra:: Aplikacija

Prvi redak pokazuje na web.rb, a drugi redak zapravo pokreće vašu aplikaciju.

* Gemfile: sadrži dragulje (pakete rubin koda) koji su potrebni aplikaciji. Heroku će pogledati unutar ove datoteke kako bi shvatio koji drugi kôd treba instalirati kako bi vaša aplikacija radila. Drugi način gledanja na Gemfile je taj da sadrži popis ovisnosti za vaš projekt. Ako neka od ovih ovisnosti nije dostupna, vaša aplikacija neće raditi. Evo što se nalazi u Gemfileu za ovu aplikaciju:

izvor "https://rubygems.org" ruby "2.1.1" dragulj 'sinatra'gem' puma'gem 'redis'

Prvo, postavlja izvorno spremište cijelog Gem koda na rubygems.org. Zatim, za pokretanje aplikacije potrebna je Ruby verzija 2.1.1. Zatim navodi potrebne dragulje: Sinatra, Puma (izvrstan poslužitelj web aplikacija Ruby) i Redis.

* Procfile: Heroku govori kako pokrenuti poslužitelj. Ovdje postoji samo jedan redak:

web: rackup -s puma -p $ PORT

Ova linija kaže da je "web" jedina vrsta potrebne usluge (mogli biste imati i druge, poput "radnika", za pozadinsku obradu), te da za pokretanje usluge Heroku mora koristiti naredbu koja dolazi iza ":".

Možete simulirati što će Heroku učiniti slijedeći ovaj slijed na svom razvojnom stroju (samo upišite test prije strelice; ono što slijedi iza strelice je samo opis naredbe):

$> gem install bundler -> instalira Bundler, koji zna rukovati Gemfileom. $> bundle install -> Bundler obrađuje Gemfile i instalira ovisnosti. $> rackup config.ru -> Rackup je alat koji može obraditi datoteku config.ru. Obično dolazi s kasnijom verzijom Rubyja, ako je ne instalirate ovako: stalak za instaliranje dragulja.

Posljednji korak rezultira pokretanjem vaše aplikacije. Trebali biste vidjeti potpuno isti izlaz kao kad ste ga ranije pokretali s ruby web.rb. Radi se o istoj aplikaciji, samo s tom razlikom što je druga metoda način na koji ju Heroku pokreće.

Skoro smo spremni za postavljanje ove aplikacije na vaš Heroku račun. Ako ga još nemate, izradite ga sada. Zatim slijedite vodič za brzi početak kako biste postavili svoj račun i svoj lokalni razvojni stroj, a posebno Heroku Toolbelt.

Heroku Toolbelt instalira klijenta Heroku naredbenog retka, Git (sustav za upravljanje izvornim kodom otvorenog koda) i Foreman (alat Ruby koji pomaže u upravljanju aplikacijama temeljenim na Procfileu).

Nakon što dovršite instalaciju Heroku Toolbelta slijedeći upute na Heroku web stranici, slijedite ove korake da biste instalirali svoju aplikaciju (sve se upisuje u naredbeni redak, unutar direktorija aplikacije):

$> heroku prijava -> Prijava na Heroku putem naredbenog retka $> git init -> Inicijalizacija Git spremišta za vašu aplikaciju $> git add. -> (primijetite točku!) Dodajte sve datoteke u trenutnom direktoriju u spremište Git $> git commit -m “init” -> Pošaljite ove datoteke u spremište, s novom porukom $> heroku create -> Create a new Heroku će dati vašoj aplikaciji slučajan naziv, nešto poput "blazing-galaxy-997". Zapišite ime i URL kako biste mu kasnije mogli pristupiti putem web preglednika. Ovaj URL izgledat će ovako: "https://blazing-galaxy-997.herokuapp.com/". Također ćete morati kopirati naziv hosta (dio "blazing-galaxy-997.herokuapp.com") vaše nove aplikacije u konstantu WEBSITE vaše Arduino skice. Učinite to sada kako ne biste zaboravili kasnije. $> heroku addons: add rediscloud -> Dodaje besplatni sloj usluge Rediscloud Redis u vašu aplikaciju. Postavke konfiguracije automatski se stvaraju i postaju dostupne vašoj aplikaciji. $> git push heroku master -> Implementirajte svoj kod u Heroku. Ovo će automatski prenijeti kôd, postaviti sve ovisnosti o Herokuu i pokrenuti aplikaciju. Na kraju procesa vidjet ćete nešto poput ovoga: "https://blazing-galaxy-997.herokuapp.com raspoređeno na Heroku", što znači da je vaša aplikacija sada dostupna na javnom oblaku! Čestitamo!

Samo naprijed, zavrtite se!

Korak 13: Sve spojite

Dok je vaša web aplikacija primijenjena, prenesite ažuriranu skicu na Arduino (zapamtite da ste ažurirali konstantu WEBSITE kako bi ukazali na vašu proizvodnu instancu web aplikacije).

Pristupite svojoj aplikaciji na Heroku u svom pregledniku. Baš kao u uvodu, upišite svoj hardverski ID u prvi okvir za tekst, svoju poruku u drugi i potvrdite okvir za aktiviranje zujalice.

Vaša će se poruka pojaviti na DMD -u otprilike minutu kasnije ako sve prođe u redu!

Korak 14: Potencijal

S vašim sustavom Kućno upozorenje možete učiniti još mnogo toga …

Imati Heroku back end znači da možete dodati mnogo logike koja može dodati nevjerojatnu funkcionalnost. Na primjer, aplikaciji možete dodati mogućnost upravljanja ponovljenim obavijestima, potvrdama ili kontroliranja dodatnog hardvera za obavijesti poput stroboskopa itd. Možete ga proširiti na teritorij kućne automatizacije te upravljati svjetlima i vratima. Možete dodati više DMD -ova za prikaz različitih poruka u svakoj ili jednu poruku na kombiniranom većem zaslonu. Samo grebem po površini onoga što je ovdje moguće!

Uživati!