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[M10项目]家庭安全相册（三）-Tinkernode 精华

szjuliet | 版主 | 创造力： | 帖子： | 发消息 | 串个门 | 加好友 | 打招呼
2022-8-15 10:00:04 [显示全部楼层]
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[M10项目] 家庭安全相册（三）-Tinkernode

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本帖最后由 szjuliet 于 2022-9-8 23:04 编辑





家庭安全相册（四）- 手机端（监护人））

开发板简介物联网与NB-IoT简介

物联网（The Internet of things，IoT）顾名思义，就是物与物相连的互联网。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。

窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）是物联网领域一个新兴的技术，主要用于低移动性、小数据量、对时延不敏感的连接服务，其支持低功耗设备在网络中的数据传输，因此也是一种低功耗广域网（Low Power Wide Area Network，LPWAN）通信技术。相对于被逐渐淘汰的2G通信，NB-IoT具有三大优势：

大连接：海量链接的能力，在同一基站的情况下， NB-IoT 可以比现有无线技术提供 50~100 倍的接入数。一个扇区能够支持，10 万个连接，设备成本与功耗有效降低，网络架构得到优化。

广覆盖：在同样的频段下， NB-IoT比现有的网络增益提升了 20 dB，相当于提升了 100 倍的覆盖面积。

低功耗：NB-IoT借助 PSM（Power Saving Mode，节电模式）和 eDRX（Extended Discontinuous Reception，超长非连续接收）可实现更长待机。

特色：TinkerNode NB-IoT物联网开发板具有：NB-IoT全网通、GPS/北斗双星精确定位、全方位电源管理、太阳能供电、WiFi+蓝牙4.0二合一EPS32主控、微型U盘等六大特色功能，全方位覆盖物联网项目中的各类需要。

材料清单：1x ThinkerNode NB-loT 物联网开发版

Tinkernode接口说明

家庭安全相册（三）-Tinkernode图1

Tinkernode在本项目的作用

因为Tinkernode搭载了北斗和GPS模块，同时有具有窄带物联网的功能。因此对于无法携带手机进校园的中小学生来说，可以作为可穿戴设备携带（如腕带），走到哪里，通过卫星实时获得的位置信息就可以随时发送出去。

但是经过我的数次尝试，随Tinkernode购买附送的联通NB IoT卡信号不好，打过客服的电话，了解到在深圳自己常呆的地方信号都不太好，“很少有绿色，基本都是灰色的”。因此无法通过sim卡将信息发送出来。所以只能通过Tinkernode的wifi功能连接手机热点将信息发送。后面可以尝试购买其他网络运营商的NB IoT卡来看看网络效果。

因为正值暑假，手头材料有限，只能裸机展示。

步骤1: 接线

接天线

GSM天线插在板子的NB孔上，GPS/BeiDou陶瓷有源天线连接在开发板背面标有GNSS的u.FL天线连接孔上。这两个孔都非常小，一定要对准才能插的上去。
说明：如果不需要用到NBIoT，可以不用接GSM天线。


接电池

Tinkernode有一个3.7V锂电池接口，可以接上3.7V的锂电池，带电状态下是给锂电池充电，此时板子上的CHG灯亮红色，脱机运行时可由接在电池接口上的锂电池供电。


注意事项：

GPS/BeiDou陶瓷有源天线的陶瓷面应该面向天空，尽可能在室外使用，否则无法获取有效的定位信息。
某天晚上在学校测试，当时在空旷的走廊上都没有任何卫星信号，索性抱着手提电脑到操场上绕了一圈，虽然NBIoT仍然没有信号，但是能看到的卫星一下子多了起来。如下图，能够看到20颗卫星，GPS9颗，北斗11颗，一共19颗卫星被用到。需要提醒的是北京在东8区，Tinkernode返回的时间需要加上8小时，实际时间是21点41分多。


步骤2: 编写程序

使用合适的示例程序

本项目只需要实时的经纬度数据，在Tinkernode示例程序中的GNSS（全球导航卫星系统）中有多个示例程序，我们要弄清楚它们代表的是什么意思。


上图中的GGA、GSA、GSV、RMC、VTG、GLL等是常见的GPS数据协议格式，我们只有理解了这些数据格式，才能对数据进行解析并找到我们需要的数据。
比如GGA返回的数据为：

//$GNGGA,023100.000,2240.63547,N,11403.56956,E,1,22,0.7,230.0,M,0.0,M,,*7D

这些数据代表的含义如下，我们可以根据自己的需要来解析相应字段的数据。

代码：
 
  1. //$GNGGA,023100.000,2240.63547,N,11403.56956,E,1,22,0.7,230.0,M,0.0,M,,*7D

  2. 字段0：$GPGGA，语句ID，表明该语句为Global Positioning System Fix Data（GGA）GPS定位信息

  3. 字段1：UTC 时间，hhmmss.sss，时分秒格式

  4. 字段2：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）

  5. 字段3：纬度N（北纬）或S（南纬）

  6. 字段4：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）

  7. 字段5：经度E（东经）或W（西经）

  8. 字段6：GPS状态，0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，3=无效PPS，6=正在估算

  9. 字段7：正在使用的卫星数量（00 - 12）（前导位数不足则补0）

  10. 字段8：HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9）

  11. 字段9：海拔高度（-9999.9 - 99999.9）

  12. 字段10：M

  13. 字段11：地球椭球面相对大地水准面的高度

  14. 字段12：M

  15. 字段13：差分修正的数据龄期

  16. 字段14：差分参考站的ID

  17. 字段15：CRC

  18. 字段16：回车换行
复制代码

GNSS示例程序

本项目中，我们只需要经纬度信息（及时间信息），几乎所有示例程序我们都可以使用，这里我们使用GNSS示例程序，它返回的有时间信息、位置信息和卫星信息。

代码：
  1. /*!

  2.  * @file getGNSS.ino

  3.  * @brief Print all the GNSS info available in BC20.

  4.  *

  5.  * @copyright   Copyright (c) 2010 DFRobot Co.Ltd (http://www.dfrobot.com)

  6.  * @licence     The MIT License (MIT)

  7.  * @author      Wuxiao

  8.  * @version  V1.0

  9.  * @date  2019-10-29

  10.  * @get from https://www.dfrobot.com

  11.  */

  12. #include "DFRobot_BC20.h"

  13. DFRobot_BC20 myBC20;

  14. 

  15. void Display_Location_Information(){

  16. 

  17.     //UTC time of the anchor point

  18.     Serial.print("Time:\t\t");

  19.     Serial.print(sCLK.Year);

  20.     Serial.print("/");

  21.     Serial.printf("d",sCLK.Month);

  22.     Serial.print("/");

  23.     Serial.printf("d ",sCLK.Day);

  24.     Serial.printf(" d",sCLK.Hour);

  25.     Serial.printf(":d",sCLK.Minute);

  26.     Serial.printf(":d\r\n",sCLK.Second);

  27. 

  28.     Serial.print("Latitude:\t");

  29.     Serial.print(sGGNS.LatitudeVal,6);

  30.     Serial.print(" deg ");

  31.     Serial.println(sRMC.LatitudeDir);

  32.     Serial.print("Longitude:\t");

  33.     Serial.print(sGGNS.LongitudeVal,6);

  34.     Serial.print(" deg ");

  35.     Serial.println(sRMC.LongitudeDir);

  36.     Serial.print("Altitude:\t");

  37.     Serial.print(sGGNS.Altitude,1);

  38.     Serial.println(" m");

  39.     Serial.print("Speed:\t\t");

  40.     Serial.print(sGGNS.Speed);

  41.     Serial.println(" km/h");

  42.     Serial.print("Heading:\t");

  43.     Serial.print(sGGNS.Heading);

  44.     Serial.println(" deg");

  45.     Serial.print("Status:\t\t");

  46.     Serial.println(sGGNS.FixStatus);

  47.     Serial.print("PDOP:\t\t");

  48.     Serial.println(sGGNS.PDOP);

  49.     Serial.print("HDOP:\t\t");

  50.     Serial.println(sGGNS.HDOP);

  51.     Serial.print("VDOP:\t\t");

  52.     Serial.println(sGGNS.VDOP);

  53.     Serial.println();

  54. }

  55. 

  56. void Display_Satellite_Information(){

  57.     Serial.print(sSAT.NUM);

  58.     Serial.println(" in view.");

  59.     Serial.print(sSAT.USE);

  60.     Serial.println(" in used.");

  61.     Serial.print("PRN\t");

  62.     Serial.print("Elev(deg)\t");

  63.     Serial.print("Azim(deg)\t");

  64.     Serial.print("SNR(dBHz)\t");

  65.     Serial.print("SYS\t");

  66.     Serial.println("Used");

  67.     for(uint8_t i = 0; i <sSAT.NUM; i++){

  68.         Serial.print(sSAT.data[i].PRN);

  69.         Serial.print("\t");

  70.         Serial.print(sSAT.data[i].Elev);

  71.         Serial.print("\t\t");

  72.         Serial.print(sSAT.data[i].Azim);

  73.         Serial.print("\t\t");

  74.         Serial.print(sSAT.data[i].SNR);

  75.         Serial.print("\t\t");

  76.         Serial.print(sSAT.data[i].SYS);

  77.         Serial.print("\t");

  78.         Serial.println(sSAT.data[i].Status);

  79.     }

  80. }

  81. 

  82. void setup(){

  83.     Serial.begin(115200);

  84.     Serial.print("Starting the BC20.Please wait. . . ");

  85.     while(!myBC20.powerOn()){

  86.         delay(1000);

  87.         Serial.print(".");

  88.     }

  89.     Serial.println("BC20 started successfully !");

  90.     Serial.println("check OK");

  91.     if(myBC20.getQGNSSC() == OFF){

  92.         Serial.println("open QGNSSC");

  93.         myBC20.setQGNSSC(ON);

  94.     }

  95. }

  96. 

  97. void loop(){

  98.     delay(5000);

  99.     myBC20.getQGNSSRD();

  100.     Display_Location_Information();

  101.     Display_Satellite_Information();

  102. }
复制代码

改写程序

因为我们使用wifi来进行MQTT连接并发布消息，所以需要添加wifi头文件。

虽然使用Tinkernode发送消息没有20个字符的限制（如下图是在EasyIoT上接收到的Tinkernode发送的消息），但是由于我们在行空板已经进行了数据格式的定义，所以在Tinkernode端我们也需要对经纬度进行编码。即经度、纬度加上100再乘以10的6次方，连同家庭成员ID一起发送。


进行编码后再发送的经纬度消息：

使用相同的经纬度数据，家庭成员ID在1~6中随机产生。


头文件

代码：
  1. #include "DFRobot_BC20.h"

  2. #include <WiFi.h>

  3. #include <PubSubClient.h>

  4. #include "DFRobot_Iot.h"

  5. #include <stdio.h>

  6. #include <stdlib.h>

  7. #include <string.h>
复制代码

配置wifi

代码：
  1. /*配置WIFI名和密码*/

  2. const char * WIFI_SSID     = "";        //填入WiFi SSID

  3. const char * WIFI_PASSWORD = "";        //填入WiFi 密码
复制代码

配置MQTT参数

代码：
  1. *配置设备的认证信息*/

  2. String Iot_id = "";                        //填入Iot_id

  3. String Client_ID  = "";                        //任意数值，用于区分不同设备

  4. String Iot_pwd    = "";                    //填入Iot_pwd

  5. 

  6. /*配置IoT云平台的IP地址和端口号*/

  7. String EasyIot_SERVER = "182.254.130.180";

  8. uint16_t PORT = 1883;

  9. 

  10. /*配置要推送（Publish）或订阅（Subscribe）的topic*/

  11. const char * pubTopic = "";                //填入发布消息的Topic
复制代码

定义变量

代码：
  1. /*位置信息变量*/

  2. float Latitude; /* 经度原始值*/

  3. float Longitude; /* 纬度原始值*/

  4. int Latitude_int; /* 经度转换为整数值*/

  5. int Longitude_int; /* 纬度转换为整数值*/

  6. 

  7. int id; /*家庭成员ID号，1:爸爸, 2: 妈妈, 3：爷爷, 4：奶奶, 5: 大宝, 6: 小宝*/

  8. String str; /*存放待发送的MQTT消息：ID号，转换为整数的经纬度值*/

  9. String str1; /*存放转换为字符串的原始的经度*/

  10. String str2; /*存放转换为字符串的原始的纬度*/

  11. String joint; /*用于合并信息发送*/
复制代码

连接wifi

代码：
  1. /*连接WiFi*/

  2. void connectWiFi() {

  3.   WiFi.disconnect();

  4.   delay(100);

  5.   Serial.print("Connecting to ");

  6.   Serial.println(WIFI_SSID);

  7.   WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);

  8.   while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

  9.     delay(500);

  10.     Serial.print(".");

  11.   }

  12.   Serial.println();

  13.   Serial.println("WiFi connected");

  14.   Serial.print("IP Adderss: ");

  15.   Serial.println(WiFi.localIP());

  16. }
复制代码

连接到IoT云服务器

代码：
  1. /*连接到IoT云服务器*/

  2. void ConnectCloud() {

  3.   while (!client.connected()) {

  4.     Serial.print("Attempting MQTT connection...");

  5.     if (client.connect(myEasyIoT._clientId, myEasyIoT._username, myEasyIoT._password)) {

  6.       Serial.println("Connect Server OK");

  7.     } else {

  8.       Serial.print("failed, rc=");

  9.       Serial.print(client.state());

  10.       Serial.println(" Try again in 5 seconds");

  11.       delay(5000);

  12.     }

  13.   }

  14. }
复制代码

对经纬度进行编码

由于需要在空旷的地方才能获得卫星信号并传回经纬度信息，为了方便展示，这里我们使用固定数值来演示。只要程序能够测试通过，等实际使用时效果是完全一样的。

为了能够在20位以内的字符将信息完整的发送出去，我们仍然要对经纬度进行适当的编码。经度、纬度加上100后再乘以10的6次方转换为整数，前面拼接上ID发送到行空板，行空板再进行解码即可获得原始的经纬度数据。

代码：
  1. /*显示位置信息*/

  2. void Display_Location_Information(){

  3. 

  4.     Serial.print("Latitude:\t");

  5.     Serial.print(sGGNS.LatitudeVal,6);

  6.     Serial.print(" deg ");

  7.     Serial.println(sRMC.LatitudeDir);

  8.     //Latitude = sGGNS.LatitudeVal;

  9.     Latitude = 22.70537;

  10.     Serial.print("Longitude:\t");

  11.     Serial.print(sGGNS.LongitudeVal,6);

  12.     Serial.print(" deg ");

  13.     Serial.println(sRMC.LongitudeDir);

  14.     //Longitude = sGGNS.LongitudeVal;

  15.     Longitude = 114.2185209;

  16.     str1 = String(Longitude,6);

  17.     str2 = String(Latitude,6);

  18.     Longitude_int = (Longitude+100) * pow(10,6); /* 将经度编码，加100后转换为整数*/

  19.     Latitude_int = (Latitude+100) * pow(10,6); /* 将纬度编码，加100后转换为整数*/

  20.     str = (String(rand()%6+1)) + String(Longitude_int) + String(Latitude_int); /* 将随机生成的id号和经度纬度拼接*/

  21. }
复制代码

setup函数

代码：
  1. void setup(){

  2.     Serial.begin(115200);

  3. 

  4.     /*连接WIFI*/

  5.     connectWiFi();

  6. 

  7.     /*配置需要连接的IoT云服务器（Easy-IoT）*/

  8.     myEasyIoT.init(EasyIot_SERVER, Iot_id, Client_ID, Iot_pwd);

  9.     client.setServer(myEasyIoT._mqttServer, PORT);

  10. 

  11.     /*连接到Easy-IoT*/

  12.     ConnectCloud();

  13. 

  14.     /*启动BC20*/

  15.     Serial.print("Starting the BC20.Please wait. . . ");

  16.     while(!myBC20.powerOn()){

  17.         delay(1000);

  18.         Serial.print(".");

  19.     }

  20.     Serial.println("BC20 started successfully !");

  21.     Serial.println("check OK");

  22.     if(myBC20.getQGNSSC() == OFF){

  23.         Serial.println("open QGNSSC");

  24.         myBC20.setQGNSSC(ON);

  25.     }

  26. }
复制代码

loop函数

代码：
  1. void loop(){

  2.     delay(5000);

  3.     myBC20.getQGNSSRD();

  4.     Display_Location_Information();

  5.     // Display_Satellite_Information();

  6. 

  7.     /*IoT云服务器断线重连*/

  8.     if (!client.connected()) {

  9.       ConnectCloud();

  10.     }

  11.     client.loop();

  12. 

  13.     /*每隔一段时间向Easy-IoT发送消息*/

  14.     Serial.println("Sending message to cloud...");

  15.     joint = String("Latitude:") + str1 + String("   Longitude:" )+ String(str2);

  16.     Serial.println(joint); //将经度和纬度合并一起打印

  17.     client.publish(pubTopic, str.c_str()); //将字符串str转换为publish支持的格式：const char*

  18.     Serial.println("Message is sent.");

  19.     delay(10000);

  20. }

  21. ArduinoCopy

复制代码

完整的程序：

代码：
  1. #include "DFRobot_BC20.h"

  2. #include <WiFi.h>

  3. #include <PubSubClient.h>

  4. #include "DFRobot_Iot.h"

  5. #include <stdio.h>

  6. #include <stdlib.h>

  7. #include <string.h>

  8. 

  9. /*配置WIFI名和密码*/

  10. const char * WIFI_SSID     = "";        //填入WiFi SSID

  11. const char * WIFI_PASSWORD = "";        //填入WiFi 密码

  12. 

  13. /*配置设备的认证信息*/

  14. String Iot_id = "S1ZmZq37SX";                        //填入Iot_id

  15. String Client_ID  = "12345";                        //任意数值，用于区分不同设备

  16. String Iot_pwd    = "SkGQ-937Hm";                    //填入Iot_pwd

  17. 

  18. /*配置IoT云平台的IP地址和端口号*/

  19. String EasyIot_SERVER = "182.254.130.180";

  20. uint16_t PORT = 1883;

  21. 

  22. /*配置要推送（Publish）或订阅（Subscribe）的topic*/

  23. const char * pubTopic = "";                //填入Topic

  24. 

  25. /*位置信息变量*/

  26. float Latitude; /* 经度原始值*/

  27. float Longitude; /* 纬度原始值*/

  28. int Latitude_int; /* 经度转换为整数值*/

  29. int Longitude_int; /* 纬度转换为整数值*/

  30. int id; /*家庭成员ID号，1:爸爸, 2: 妈妈, 3：爷爷, 4：奶奶, 5: 大宝, 6: 小宝*/

  31. String str; /*存放待发送的MQTT消息：ID号，转换为整数的经纬度值*/

  32. String str1; /*存放转换为字符串的原始的经度*/

  33. String str2; /*存放转换为字符串的原始的纬度*/

  34. String joint; /*用于合并信息发送*/

  35. 

  36. DFRobot_Iot myEasyIoT;

  37. WiFiClient espClient;

  38. PubSubClient client(espClient);

  39. DFRobot_BC20 myBC20;

  40. 

  41. /*连接WiFi*/

  42. void connectWiFi() {

  43.   WiFi.disconnect();

  44.   delay(100);

  45.   Serial.print("Connecting to ");

  46.   Serial.println(WIFI_SSID);

  47.   WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);

  48.   while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

  49.     delay(500);

  50.     Serial.print(".");

  51.   }

  52.   Serial.println();

  53.   Serial.println("WiFi connected");

  54.   Serial.print("IP Adderss: ");

  55.   Serial.println(WiFi.localIP());

  56. }

  57. 

  58. /*连接到IoT云服务器*/

  59. void ConnectCloud() {

  60.   while (!client.connected()) {

  61.     Serial.print("Attempting MQTT connection...");

  62.     if (client.connect(myEasyIoT._clientId, myEasyIoT._username, myEasyIoT._password)) {

  63.       Serial.println("Connect Server OK");

  64.     } else {

  65.       Serial.print("failed, rc=");

  66.       Serial.print(client.state());

  67.       Serial.println(" Try again in 5 seconds");

  68.       delay(5000);

  69.     }

  70.   }

  71. }

  72. 

  73. /*显示位置信息*/

  74. void Display_Location_Information(){

  75. 

  76.     //UTC time of the anchor point

  77. 

  78.     Serial.print("Latitude:\t");

  79.     Serial.print(sGGNS.LatitudeVal,6);

  80.     Serial.print(" deg ");

  81.     Serial.println(sRMC.LatitudeDir);

  82.     //Latitude = sGGNS.LatitudeVal;

  83.     Latitude = 22.70537;

  84.     Serial.print("Longitude:\t");

  85.     Serial.print(sGGNS.LongitudeVal,6);

  86.     Serial.print(" deg ");

  87.     Serial.println(sRMC.LongitudeDir);

  88.     //Longitude = sGGNS.LongitudeVal;

  89.     Longitude = 114.2185209;

  90.     str1 = String(Longitude,6);

  91.     str2 = String(Latitude,6);

  92.     Longitude_int = (Longitude+100) * pow(10,6); /* 将经度加100后转换为整数*/

  93.     Latitude_int = (Latitude+100) * pow(10,6); /* 将纬度加100后转换为整数*/

  94.     str = (String(rand()%6+1)) + String(Longitude_int) + String(Latitude_int); /* 将随机生成的id号和经度纬度拼接*/

  95. }

  96. 

  97. void setup(){

  98.     Serial.begin(115200);

  99. 

  100.     /*连接WIFI*/

  101.     connectWiFi();

  102. 

  103.     /*配置需要连接的IoT云服务器（Easy-IoT）*/

  104.     myEasyIoT.init(EasyIot_SERVER, Iot_id, Client_ID, Iot_pwd);

  105.     client.setServer(myEasyIoT._mqttServer, PORT);

  106. 

  107.     /*连接到Easy-IoT*/

  108.     ConnectCloud();

  109. 

  110.     /*启动BC20*/

  111.     Serial.print("Starting the BC20.Please wait. . . ");

  112.     while(!myBC20.powerOn()){

  113.         delay(1000);

  114.         Serial.print(".");

  115.     }

  116.     Serial.println("BC20 started successfully !");

  117.     Serial.println("check OK");

  118.     if(myBC20.getQGNSSC() == OFF){

  119.         Serial.println("open QGNSSC");

  120.         myBC20.setQGNSSC(ON);

  121.     }

  122. }

  123. 

  124. void loop(){

  125.     delay(5000);

  126.     myBC20.getQGNSSRD();

  127.     Display_Location_Information();

  128.     // Display_Satellite_Information();

  129. 

  130.     /*IoT云服务器断线重连*/

  131.     if (!client.connected()) {

  132.       ConnectCloud();

  133.     }

  134.     client.loop();

  135. 

  136.     /*每隔一段时间向Easy-IoT发送消息*/

  137.     Serial.println("Sending message to cloud...");

  138.     joint = String("Latitude:") + str1 + String("   Longitude:" )+ String(str2);

  139.     Serial.println(joint); //将经度和纬度合并一起打印

  140.     client.publish(pubTopic, str.c_str()); //将字符串str转换为publish支持的格式：const char*

  141.     Serial.println("Message is sent.");

  142.     delay(10000);

  143. }
复制代码

演示视频：

链接：https://www.bilibili.com/video/BV1hd4y1D7fo






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