“小鱼小鱼“IoT微型鱼缸

"小鱼小鱼"IoT微型鱼缸

基于行空板多节点SIoT内网搭建&花生壳内网穿透

【背景引入】

SIoT简介：

1. 什么是IoT?

Internet of Things，缩写IoT（物联网），它是互联网的一条延伸，互联网的终端是计算机（PC、服务器），而物联网的终端是硬件设备，无论是家电、工业设备、汽车、监测仪器，所有这些终端都可以互联，可以总结为万物互联。

2. 什么是SIoT?

SIoT是专为中小学STEAM教育定制的跨平台的开源MQTT服务器程序，S指科学（Science）、简单（Simple）的意思。SIoT重点关注物联网数据的收集和导出，是采集科学数据的最好选择之一。（MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。）

SIoT为“虚谷物联”项目的核心软件，可一键创建本地物联网服务器，摆脱联网困扰。是为了帮助中小学生理解物联网原理，与Mind+结合可以让小学生到高中生都可以轻松上手，能够基于物联网技术开发各种创意应用。

那么，我们可以在本地访问SIoT内网，也可以随时随地远程访问到我们的SIoT，怎么办呢？这就是本文主旨。

【学习目标】

1、SIoT多节点的内网搭建方法

2、花生壳内网穿透的设置方法

3、各种传感器、执行器的使用方法

4、各节点独自功能分配（程序分工）、相互通讯调试

【重点难点】

重点：

1、SIoT多节点的内网搭建方法

2、花生壳内网穿透的设置方法

难点：

1、各节点之间相互协调通讯的代码调试

【教学准备】

资料：

DF创客社区

软件：

Mind+、花生壳客户端

硬件：

智能手机、PC机、行空板+micro:bit/掌控板IO扩展板、掌控板+micro:bit/掌控板IO扩展板、micro:bit+micro:IoT、DFRduino+双电机IO扩展板、语音识别和语音合成模块、BME280、CCS811、MLX90614、TDS、OBLOQ、继电器*3、RGB-16LED、简易加湿器、微型鱼缸套件等。

【方案介绍】

花生壳简介：

1. 什么是内网穿透?

内网，就是在公司或者家庭内部，建立的局域网络或者是办公网络，可以实现多台电脑之间的资源共享，包括设备、资料、数据等。而外网则是通过一个网关与其它的网络系统连接，相对于内网而言，这种网络系统称之为外部网络，常见的就是我们日常使用的互联网。

一般而言，在没有固定公网IP的情况下，外网设备无法直接访问内网设备。而内网穿透技术，顾名思义就是能让外网的设备找到处于内网的设备，从而实现数据通信。

2. 如何实现内网穿透？

我们可以安装花生壳内网穿透软件，在软件上添加映射时，配置被访问内网设备的相关信息 ，以及选择用作外网访问该映射的域名。当映射诊断信息提示连接成功时，即可实现内网穿透。利用花生壳的内网穿透技术，外网的设备通过访问固定域名，连接花生壳服务器所搭建的通道，顺畅地与内网设备进行数据通信。

搭建SIoT内网及花生壳内网穿透框架：

1、内网搭建方案一：

如上图所示棕黄色，Arduino+OBLOQ、micro:bit+micro:IoT、掌控板、行空板等四个节点连接家庭里无线WIFI，组成家庭局域网。其中行空板已安装SIoT，所以作为SIoT服务器。（本文采用本方案）

2、内网搭建方案二：

如上图所示绿色，Arduino+OBLOQ、micro:bit+micro:IoT、掌控板、等三个节点连接行空板发出的热点，也可组成家庭局域网。同上，其中行空板已安装SIoT，所以作为SIoT服务器。

【方案实现】

一、物联网内外网搭建

内网搭建方案一实现：

（1）行空板节点作为SIoT服务器：

行空板先连接家庭路由器，方法之一如下：

按下图顺序观察到IP，说明已连接我家WIFI,则可开启SIoT。

联上路由器的行空板就可以不必用USB线连PC机。如下测试SIoT服务器运行：

行空板上的程序SIoT的MQTT设置如下：

除了你和我的IP地址不一样，其他相同。至此，行空板SIoT服务器节点搭建完成。行空板可发布光强、声强；订阅有大灯、水泵、喷雾器的开关指令等。

（2）micro:bit+micro:IoT 客户端节点配置：

最上面是我家庭WIFI,最下面是SIoT服务器（行空板）的IP。中间的自定义是发布空气中二氧化碳浓度，空气清洁度；订阅RGB_16LED灯指令。其他的你我都一样。

micro:bit，micro:IoT 小可爱，集成物联网和显示屏等功能。

（3）Arduino+OBLOQ客户端节点配置：

中间自定义仅仅发布鱼缸水温、水质TDS。

（4）掌控板客户端节点配置：

中间自定义是发布BME280的气温、气压、湿度、海拔等环境参数。还发布各种各样的指令（如：控制节点行空板的大灯开关、喷雾、水泵；控制节点Micro:bit+Micro:IoT的RGB16LED彩虹灯等）

3、内网穿透连接外网搭建方案一：

如上图所示，连接了家庭WIFI的PC机上安装花生壳软件，在软件上添加行空板SIoT服务器的映射，配置被访问内网设备行空板的相关信息 ，以及选择用作外网访问该映射的域名。以后，只要在有网络的地方，比如手机浏览器访问这个专用域名，就可以实现远程登录访问控制家庭的SIoT。手机安装花生壳软件，也可以随时随地开关访问域名。（本文采用本方案）

4、内网穿透连接外网搭建方案二：

如上图所示，连接了家庭WIFI的SIoT服务器行空板上安装花生壳软件，配置同PC机，同上。

内网穿透连接外网搭建方案一实现：

PC、手机下载安装花生壳软件，注册、设置及访问如下：

手机花生壳APP映射：

二、物联网鱼缸具体实现

1、节点行空板服务器实现

器材：

改造喷雾器（加湿器）

这个5V加湿器通电后，采用点触开关：点一下直线喷雾不间断，再点一下则间断喷雾，最后点一下则停止喷雾。因此，可以利用程序控制继电器代替轻触开关。

把轻触开关接触点找准，分别焊接引线。

把2条引线分别插入继电器的COM，NO。5V通电，再用跳线短接(轻触)COM-NO,观察是否正常工作。

5V增氧机和5V大灯处理一样。如：把大灯的2条电源线中一条切断，两个断头分别插入继电器的COM、NO，压紧即可。

连线：

程序：

主要功能：

1、接收掌控板语音识别的指令，来控制大灯开关、增氧机开关、喷雾模式及开关。

2、发布环境光强ambient、声强值sound；

3、屏幕显示环境光强、声强；灯、增氧机、喷雾状态。

当然，由于内网已穿透，使用手机发布指令以远程控制家庭里的IoT鱼缸。

（可惜撤掉了微波运动传感器捕捉小鱼的运动次数！主要是因为隔水检测小鱼要调高灵敏度，这样家庭里的人员移动会干扰检测小鱼的游动次数）

2、节点micro:bit+micro:IoT实现

器材：

连线：

打掉RGB16LED中间板，只留环形板，固定在鱼缸上大灯上。

程序：

主要功能：

1、发布空气中二氧化碳浓度CO2，空气清洁度TVOC，同时micro:IoT扩展板0号、1号LED蓝光快闪提示；

2、订阅RGB_16LED灯指令。如：接收到 rb 则16LED滚动彩虹（rainbow）色效果；接收到 r 则纯红色；接收到 b 则纯蓝色；接收到 c 则关灯，同时micro:IoT扩展板2号LED绿光快闪提示。函数LED( )即为专门处理RGB-16LED。

3、LED屏刷新显示CO2值、TVOC值、16LED彩灯的状态（rb,r,b,c）

3、节点Arduino+OBLOQ的实现

器材：

连线：

扩展板叠在DFRduino上方。专用线只需认准正负极位置就不会插错。

程序：（Mind+）

主要功能：

OBLOQ联入SIoT网，发布鱼缸水温waterC，水质waterTDS。

函数是用于发布数据的外显提示-LED_P13的闪烁。因物联网速限制，发布数据间隔时间最好不少于2秒。

4、节点掌控板实现

器材：

连线：

程序：

节点作用类似“小度”、“天猫精灵”等。

主要功能：

1、发布BME280传感器所测环境气温tempC、湿度rh、气压Pa、海拔ASL

2、语音识别+语音合成播报“环境状态”

3、语音识别+语音合成发布给行空板节点的控制信息：开关大灯L1 L0、开关增氧机M1 M0、直线喷雾S1、间隔喷雾S2、停止喷雾S0等

4、语音识别+语音合成发布给micro:bit+micro:IoT节点的控制信息：启动彩虹灯rb、点亮红灯r、点亮蓝灯b、关闭彩灯c

5、掌控板LED屏刷新显示环境气温tempC、湿度rh、气压Pa、海拔ASL

【网页操作展示】

外网域名访问家庭内网SIoT：

前面SIoT内网中用语音识别和语音合成发布指令，这里参看在Web网页页面操作查看、发送指令与接收各传感器数据。

家庭里注册的花生壳软件保持在线，花生壳软件为您生成的域名，大概形如 https://XXXXXXX.zicp.fun/html/ ，在PC机或手机浏览器上登录，即可远程访问与控制。

大家懂的，免费的哈。

【视频展示】

【参考1】https://mc.dfrobot.com.cn/thread-309112-1-1.html

【参考2】https://hsk.oray.com/

【参考n】......

棒棒棒                        

俺是胡胡 发表于 2022-8-13 08:56
棒棒棒

元旦快乐，趣玩去玩

厉害厉害

赞！   

有创意！

三春牛-创客 发表于 2023-1-8 08:46
有创意！

三剑客好玩不错

很厉害的想法，做的很好

有用

根据我的经验，鱼一般是热死的