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[K10教程] 【行空板K10入门教程】第05课：K10物联网系统-智能温室

本帖最后由 zoey不种土豆于 2024-12-13 09:43 编辑

Hi，欢迎各位来到行空板K10的第五课！物联网技术在不断发展，在现代农业中，也逐步出现了智能温室，人们不用在农场里，就能对农场进行远程的控制。今天，我们将探索利用行空板K10打造一个智能温室系统，实现用 SIoT 平台存储、查看数据，并能远程控制温室，让我们一起进入今天的智能温室课堂吧！

任务目标
1、智能终端采集数据，并传输到 SIoT 平台
2、使用多种移动设备进行数据远程查看与控制

知识目标
1、学习搭建物联网系统
2、设计系统的互动反馈功能
3、掌握物联网远程控制的实现
4、了解物联网数据可视化平台

材料清单
硬件清单：

软件使用：
Mind+编程软件
1.软件压缩包下载：
  * 网页下载：https://download3.dfrobot.com.cn ... 0_test_20241012.zip
  * 百度网盘下载：https://pan.baidu.com 提取码: 17d6
  * 夸克网盘下载
2.将压缩包解压，注意解压过程中关闭杀毒软件，解压后文件夹路径不含中文，解压后文件夹路径不宜过长
3.打开解压后的文件夹，找到 Mind+.exe，双击打开
4.若编译任何代码都报错，建议在解压时将所有后台的杀毒软件退出，将解压出的文件夹放到 C 盘根目录，文件夹的名字改为"win-ia32-unpacked20241012"。文件夹中的 exe 文件，不可直接拖到桌面，要右键-发送到桌面快捷方式。

软件基础使用
1、打开 Mind+，切换到上传模式

2、加载行空板K10
基于前面的操作，只需要点击“扩展库”，找到“官方库”下的“行空板”模块点击完成添加，点击返回后，就可以在“指令区”找到行空板K10，完成行空板K10加载。

3、连接行空板K10
首先，你需要通过 USB 连接线将行空板 K10 连接到计算机

然后，点击连接设备后，点击 COM7-UNIHIKER K10 进行连接。

注：不同行空板 K10 的设备名称可能不同，但都是以 K10 结尾。

动手实践
接下来一起动手完成今天的课程任务吧。我们将从行空板 K10 温湿度的读取开始，逐步学习如何在行空板 K10 上设计一个智能温室系统。
任务一：数据采集传输
这一部分我们要能够利用行空板 K10 采取温湿度数据，土壤湿度、环境光强度，并将数据传输到 SIoT平台上。
任务二：远程查看与控制
这一部分我们实现能够用多种移动设备，作为移动终端，远程查看数据，并对智能终端的遮阳棚开关进行远程控制。
任务三：物联网数据可视化大屏设计
这一部分我们主要实现能够设计数据可视化大屏，将 SIoT 平台的数据实时更新在可视化大屏上，并对界面进行合理的美化设计。

任务一：数据采集传输
这一部分，我们需要用一块行空板 K10 作为温室的智能终端，进行对温室相关数据的采集，包括温度、湿度、光线强度、土壤湿度，其中，前三个参数在我们的行空板 K10 内置了相关的传感器，我们不需要外接传感器，而土壤湿度需要我们外接土壤湿度传感器读取相应的数值。
1、硬件搭建
确认使用USB连接线将行空板K10连接到计算机。
2、软件准备
确认已打开Mind+，在Python图形化模式下出现预设代码，成功加载行空板。接下来就可以编写项目程序了。

3、编写程序
STEP1：读取温室数据
在行空板 K10 中，内置了温湿度传感器、环境光传感器，因此，要读取温室的温度、湿度、光线强度，我们不需要外接其他的传感器，只需要使用板载传感器下的读取温度（摄氏度℃）、读取湿度（%RH）和读取环境光强度指令，就可以读取相对应的数据，如下图所示。

要读取土壤湿度，需要在引脚 P1 外接土壤湿度传感器，连接如下图。

接着，我们需要读取土壤湿度的数值，土壤湿度传感器是模拟信号，直接读取的数值是一个在 0 至4095 的值，而在日常中，湿度通常是用百分比的形式呈现，因此，我们需要使用映射对这个数值进行处理，让土壤湿度的值显示在 0-100 之间。
我们需要使用映射（）从[0，4095]到[0，10000] 指令，再将映射结果四舍五入后再除 100，就可
以得到[0,100]的值，相关程序指令如下。

注：在读取完数据之后，我们创建相对应的变量，将数据存储到变量中，相关程序如下所示。

最后，我们将温室的数据显示在我们的智能终端上，我们先加载背景图片，然后将对应的变量数据呈现出来，具体操作指令如下图所示。

STEP2：网络连接
为了能够进行数据的传输，我们需要先进行网络连接，应用我们的电脑当服务器搭建物联网，需要确保所以设备都连接在同一个网络中，这样，我们才可以使用 MQTT 协议进行消息的订阅与发送。

注：关于 MQTT 通信协议、物联网组成的更多知识，详见知识园地。
先在扩展库中添加网络服务的 MQTT 通讯与 Wi-Fi 模块，如下图所示：

我们先对行空板 K10 智能终端的 WIFI 进行设置，我们使用 Wi-Fi 连接到热点（）密码（）指令，连接 WIFI，要注意，行空板连接的 WIFI 要与我们的电脑 WIFI 保持一致。相关的连接指令如下

在我们的电脑，我们需要先下载 win 版本的 SIoT_V2 解压，双击 start SloT.bat 即可启动 SIoT，启动之后会弹出小黑窗启动服务器。

注：关于 SIoT_V2 的下载与安装，详见 https://mindplus.dfrobot.com.cn/dashboard
将电脑的 SIoT.bat 启动之后，对我们的 MQTT 进行初始化参数设置，IP 地址为我们本地电脑的 IP 地址，账号为 SIoT，密码为 dfrobot，当连接成功时，清除行空板 K10 屏幕上的内容。我们将进行 WIFI 连接和 MQTT 初始化的指令添加一个函数“网络连接”来完成。详细操作如下图所示。

MQTT 连接成功后，我们在电脑浏览器访问 192.168.9.216:8080 网址，在打开的网页中，账号输入 SIoT，密码输入 dfrobot，即可进入 SIoT 物联网平台。

STEP3：创建主题并传输数据
进入 SIoT 平台后，我们点击新建主题，新建“温度”、“湿度”、“环境光强度”、“土壤湿度”四个主题，操作如下图所示。

接着，我们使用 MQTT 发送消息（）至（topic/a）并存数据库（SIoT V2）指令，将我们的温室数据传输到对应的主题当中，要注意，在填主题的时候，直接在浏览器主题的地方双击复制，这样可以避免因为输入发生的错误。

数据采集传输的模块完整代码如下图：

4、程序执行
STEP1：检查并保证行空板K10已连接Mind+，即在“菜单栏”部分显示IP；

STEP2：点击界面右上方的上传到设备按钮;

STEP3：运行程序之后，在行空板 K10 可以看到相关参数显示在屏幕上，同时，在 SIoT 平台上，可以看到数据在不断的传输。

任务二：远程查看与控制
1、添加遮阳棚
在温室中，一般都会有遮阳棚，对植物进行保护。因此，我们添加一个舵机，模拟温室的遮阳棚。在P0 引脚处，外接舵机，如下图所示。

舵机的转动角度为 0-180°，当遮阳棚状态为打开的时候，舵机的转动角度为 90°，当遮阳棚状态为关闭的时候，舵机的转动角度为 0°。
2、编写程序
STEP1：添加接收指令
我们需要先在 SIoT 平台添加遮阳棚开关遮阳棚角度的主题，接着在移动终端，发送特定消息，智能终端如果订阅了这个主题，就能够收到消息，并做出相对应的动作。

我们需要先使用订阅 topic/a 指令，在 topic 中复制粘贴对应的主题，订阅两个主题，具体操作如下

接着使用当接收到 topic_0 的 MQTT 消息指令，让智能终端接受来自 SIoT 平台对应主题的消息内容，并让舵机根据消息内容设定对应的反馈动作。相关操作如下：

注：MQTT 消息后面的判定条件，要加英文双引号，引起文字。同时，MQTT 消息是字符串类型的数据，而舵机指令只能接收整数型指令，因此我们需要将 MQTT 消息转换成整数类型。
这样，我们就实现了接受指令的编写，温室智能终端完整的程序指令如下图所示：

STEP2：用移动设备远程查看和控制
我们可以使用到我们的电脑或者手机等移动设备，对温室的数据及逆行查看和控制。需要先确保所有设备连接在同一个网络下。
接着，我们要访问开 SIoT 服务的电脑的 8080 端口，以我为例，我是用 IP 为 192.168.31.147 的电脑运行的 SIoT 服务，因此，我要在移动设备浏览器中输入 192.168.31.147:8080 网址进行访问，账号为 SIoT，密码为 dfrobot。

进入页面之后，就可以点击详情，查看相对应传感器的数据，或者是发送指令，对终端进行控制，演示如下。

这样，我们就实现了用电脑远程查看数据和控制智能终端，手机、平板等其他移动设备也是同样的操作。
STEP3：用另一块行空板 K10 作为移动终端
除了可以用手机、电脑等移动设备远程查看和控制之外，我们也可以使用另一块行空板 K10 作为移动终端，进行远程查看和控制。
第一步我们先进行网路的连接，WIFI 跟 MQTT 的连接配置跟前面智能终端演示的操作一样，要注意IP 地址也是填开 SIoT 服务的电脑的 IP 地址，连接完成之后，我们需要订阅“温度”、“湿度”、“环境光强度”、“遮阳棚开关”、“土壤湿度”主题，相关程序指令如下所示。

第二步，我们需要接收不同主题的消息，并将消息赋值给对应的变量，相关程序如下。

第三步，将温室的相关数据进行实时显示，并对遮阳棚不同的状态，显示不同的图片，相关程序设置如下。

最后一步，设置控制条件。我们用行空板 K10 上的按键 A，来控制遮阳棚的开关，当按下按钮 A 时，遮阳棚如果关闭，就切换为打开状态，角度为 30°；如果打开，则切换为关闭状态，角度为 0°，相关程序指令如下图所示：

移动终端的完整代码如下图所示。

3、程序运行
STEP1：连接行空板 K10
STEP2：点击界面右上方的“上传到设备”按钮
STEP3：在移动端行空板 K10 界面，可以看到温室数据的显示，同时，按下按键 A 键，遮阳棚状态会发生改变，智能终端的遮阳棚会做出相对应的动作反馈。

任务三：物联网数据可视化大屏设计
Mind+从 1.8.0 版本开始增加数据可视化面板，可以直观的呈现物联网数据(当前仅支持 SIoT V2)。Mind+的数据可视化面板基础教程可参考网址 https://mindplus.dfrobot.com.cn/dashboard 进行查看。

1、完成连接
STEP1：打开可视化面板
单击 Mind+左上方的“打开可视化面板”按钮，打开可视化面板，如下图所示。

SETP2：新建项目
打开可视化面板之后，我们可以单击“新建项目”，输入名称，创建可视化面板项目。

SETP3：连接网络
完成新建项目后，我们依次进行数据源设置、填写服务器地址，这样就可以完成我们的连接任务了。

可以看到可视化面板的界面由多个区域组成，如下图所示。

2、界面设计
一个较为完善的物联网数据可视化大屏通常有标题文字、数据显示组件、图表、开关等多个组件共同构成，如下图所示，是这次温室的物联网数据可视化大屏图片。

接下来，我们将对每一个组件的使用方法进行讲解。
SETP1：标题文字
在装饰组件中，找到文字组件，新增，在右边的属性栏中，改变相关属性，美化标题。

STEP2：数据显示
在显示组件中，找到图片文字，用于显示传感器当前数据，需要关联 SIoT 主题，同时，可以设置标题、组件描述、组件图片等，如下图所示。

STEP3：图表
添加“图表组件’，用于显示传感器历史数据，分析数据之间的规律，需要关联 SIoT 主题，如下图所示。

STEP4：开关
添加“开关”和“自定义开关”组件，这两种开关可以接收、发送主题消息。
在可视化面板中，我们给遮阳棚设置了两种开关组件：自定义开关组件和开关组件。
自定义开关组件可以关联 topic，同时设置图片，当点击图片的时候，会切换图片状态，同时发送对应的消息。开关组件也可以关联 topic，按下开关的时候，样式发生改变，发送消息到关联的 topic 中。

下面以自定义开关组件为例，演示自定义开关组件的使用方法：

开关组件的设置可以参考自定义开关组件的设置。
STEP5：滑动条
在基础组件中，找到滑动条，可以设置相应的标题、最小值、最大值和步长，同时关联相关的 topic，这样就能将数据消息传送对应的 topic，智能终端收到消息，就能做出动作反馈了。

接下来就请大家，利用学习到的组件，设计一个自己的温室智能大屏吧！

知识园地
1、物联网组成
物联网，就是万物互联。通过信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网组成的关系可看下图。

智能终端
在物联网系统中，用于外接传感器或执行器的智能设备称为智能终端，如行空板，Arduino 等通过智能终端进行传感器感知或执行器反馈。在我们这一课的学习当中，我们使用了一块行空板 K10 作为温室的智能终端。

服务器
服务器是提供计算服务、管理计算资源的的计算机，包括硬件和软件两个部分，一般来说服务器都具备承担响应服务请求、承担服务、保障服务的能力。在我们这一节课中，我们使用本地电脑的 SIoT 平台，作为我们的服务器端。

物联网平台
在物联网系统中，物联网平台是用于接收数据和控制设备的平台。在我们这节课的案例中，我们就使用了 SIoT 物联网平台进行数据的接收和发送。

移动终端
在物联网系统中，用于远程访问物联网平台的移动设备，称为移动终端。通过移动终端查看物联网数据或发送控制指令。
在我们这一节课中，我们除了可以使用行空板 K10 作为移动终端，还可以使用手机、电脑等移动设备
作为移动终端。

2、MQTT 通信协议
目前应用最为广泛的是 MQTT 协议。MQTT 是一个基于客户端——服务器的消息发布/订阅传输协协议。
服务器通常被称为“代理（Broker）”，客户端可以是信息发布者（Publish）或订阅者（Subscribe）。控制端（信息发布者）和被控制端（信息订阅者）彼此之间并没有建立直接的联系，而是通过服务器进行中转沟通。只要他们发送和订阅的是同一个主题（TopicID），即可相互沟通。