10 分钟搞定一个物联网智能公厕（Arduino)
概述
由于阿里云悬殊的男女比例，以及厕所占地面积的限制，各位男同胞每天都要在特殊味道的包围下等待有限的坑位。我们在想能不能利用物联网技术做一个低成本的解决方案，让男同胞们不需要亲自去现场的情况下也能得知坑位的空余情况（像停车场一样），基于我们IoT事业部的一站式开发平台——Link Develop，做一个IoT的智能厕所。
技术架构
前期准备
硬件
NodeMCU x9，PIR传感器 x9，1800mAh LiPo电池 x9，防水盒子 x9，usb mini 连接线 x1
软件
Arduino IDE
平台
阿里云账号，Link Develop平台权限开通
具体实施
建立设备模型
设备模型可以理解为一个类，或者一个模板。它规定了某种设备下的共有属性，并且允许你批量实例化设备。
进入Link Develop平台，跟其他云产品一样，需要先完成基本的入驻信息填写。
接下来我们会进入到一个项目空页面，我们需要在页面顶部点击“新建设备模型”。打开设备模型弹窗，输入名称以及定义类别，这里我们选择“自定义类型”即可。然后进入到设备模型的详情页之后，添加标准功能——输入红外——选择红外检测状态。我们就完成了一个可以上报红外检测数据的设备模型了。这个模型已经满足我们的需求。
然后我们需要实例化我们的厕所监控设备，在设备模型详情页里点击“测试设备”tab。然后依次创建9个不同设备名称（deviceName）的测试设备。每个设备建立完成后都有一个ProductKey，DeviceName和DeviceSecret，我们简称为“三元组”，接下来我们还会用到这个。
做完这些步骤之后，设备模型的建立与实例化就OK了。接下来我们进入Arduino代码编写。
硬件开发
PIR只有三个口，分别是VCC，GND和输出口。接线方法如下（NodeMCU的D7相当于arduino里的Pin 13）
然后接上usb线。打开arduino IDE。复制以下代码：
#include
#include
#include
#define SENSOR_PIN 13
/* 连接您的WIFI SSID和密码，这个9个设备可以一致 */
#define WIFI_SSID "yourssid"
#define WIFI_PASSWD "yourwifipassword"
/* 产品的三元组信息，根据9个测试设备的三元组，每个设备都烧录不同的*/
#define PRODUCT_KEY "yourproductKey"
#define DEVICE_NAME "yourdeviceName"
#define DEVICE_SECRET "yourdeviceSecret"
/* LD线上环境域名和端口号，不需要改 */
#define MQTT_SERVER PRODUCT_KEY".iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com"
#define MQTT_PORT 1883
#define MQTT_USRNAME DEVICE_NAME "&" PRODUCT_KEY
// TODO: MQTT连接的签名信息，哈希加密请以"clientIdtestdeviceName"+设备名称+"productKey"+设备模型标识+“timestamp123456789”前往http://tool.oschina.net/encrypt?type=2进行加密
// HMACSHA1_SRC clientIdtestdeviceNamehuman04productKeya1rezUVs103timestamp123456789
#define CLIENT_ID "test|securemode=3,timestamp=123456789,signmethod=hmacsha1|"
#define MQTT_PASSWD "e0748281f8db36e12cac478801318f95ae821ba7"
#define ALINK_BODY_FORMAT "{\"id\":\"123\",\"version\":\"1.0\",\"method\":\"%s\",\"params\":%s}"
#define ALINK_TOPIC_PROP_POST "/sys/" PRODUCT_KEY "/" DEVICE_NAME "/thing/event/property/post"
#define ALINK_TOPIC_PROP_POSTRSP "/sys/" PRODUCT_KEY "/" DEVICE_NAME "/thing/event/property/post_reply"
#define ALINK_TOPIC_PROP_SET "/sys/" PRODUCT_KEY "/" DEVICE_NAME "/thing/service/property/set"
#define ALINK_METHOD_PROP_POST "thing.event.property.post"
unsigned long lastMs = 0;
WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
void callback(char *topic, byte *payload, unsigned int length)
{
Serial.print("Message arrived [");
Serial.print(topic);
Serial.print("] ");
payload[length] = '\0';
Serial.println((char *)payload);
if (strstr(topic, ALINK_TOPIC_PROP_SET))
{
StaticJsonBuffer<100> jsonBuffer;
JsonObject& root = jsonBuffer.parseObject(payload);
if (!root.success())
{
Serial.println("parseObject() failed");
return ;
}
}
}
void wifiInit()
{
WiFi.mode(WIFI_STA);
WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWD);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
{
delay(1000);
Serial.println("WiFi not Connect");
}
Serial.println("Connected to AP");
Serial.println("IP address: ");
Serial.println(WiFi.localIP());
client.setServer(MQTT_SERVER, MQTT_PORT); /* 连接WiFi之后，连接MQTT服务器 */
client.setCallback(callback);
}
void mqttCheckConnect()
{
while (!client.connected())
{
Serial.println("Connecting to MQTT Server ...");
if (client.connect(CLIENT_ID, MQTT_USRNAME, MQTT_PASSWD))
{
Serial.println("MQTT Connected!");
// client.subscribe(ALINK_TOPIC_PROP_POSTRSP);
client.subscribe(ALINK_TOPIC_PROP_SET);
Serial.println("subscribe done");
}
else
{
Serial.print("MQTT Connect err:");
Serial.println(client.state());
delay(5000);
}
}
}
void mqttIntervalPost()
{
char param[32];
char jsonBuf[128];
sprintf(param, "{\"MotionAlarmState\":%d}", digitalRead(13));
sprintf(jsonBuf, ALINK_BODY_FORMAT, ALINK_METHOD_PROP_POST, param);
Serial.println(jsonBuf);
client.publish(ALINK_TOPIC_PROP_POST, jsonBuf);
}
void setup()
{
pinMode(SENSOR_PIN, INPUT);
/* initialize serial for debugging */
Serial.begin(115200);
Serial.println("Demo Start");
wifiInit();
}
// the loop function runs over and over again forever
void loop()
{
if (millis() - lastMs >= 5000)
{
lastMs = millis();
mqttCheckConnect();
/* 上报 */
mqttIntervalPost();
}
client.loop();
if (digitalRead(SENSOR_PIN) == HIGH){
Serial.println("Motion detected!");
delay(2000);
}
else {
Serial.println("Motion absent!");
delay(2000);
}
}
这里有几段代码需要解释一下：
引用库
#include
#include
#include
如果之前没有使用过arduino，这些库不是arduino自带的，需要去import一下。以ArduinoJson为例，具体操作方法见下图：
修改WiFi
#define WIFI_SSID "yourssid"
#define WIFI_PASSWD "yourwifipassword"
这里要输入你家的wifi SSID（即wifi名称）和密码。如下图红框内wifi，SSID即“TOM”（注意大小写），密码是“123456”
修改三元组
/* 产品的三元组信息，根据9个测试设备的三元组，每个设备都烧录不同的*/
#define PRODUCT_KEY "yourproductKey"
#define DEVICE_NAME "yourdeviceName"
#define DEVICE_SECRET "yourdeviceSecret"
这里就是之前说的三元组，把不同设备的对应三元组填入即可。
修改HashMAC密钥
// TODO: MQTT连接的签名信息，哈希加密请以"clientIdtestdeviceName"+设备名称+"productKey"+设备模型标识+“timestamp123456789”前往http://tool.oschina.net/encrypt?type=2进行加密
// HMACSHA1_SRC clientIdtestdeviceNamehuman04productKeya1rezUVs103timestamp123456789
#define CLIENT_ID "test|securemode=3,timestamp=123456789,signmethod=hmacsha1|"
#define MQTT_PASSWD "e0748281f8db36e12cac478801318f95ae821ba7"
Link Develop平台为了保证安全性，设备上传数据的时候需要验证身份。因此需要为每个设备配置不同的Hmac值。方法是先组合一段字段：
“clientIdtestdeviceName”+设备名称+“productKey”+设备模型标识+“timestamp123456789”
例如刚才截图的三元组，字段是
clientIdtestdeviceNamehuman01productKeya1rezUVs103timestamp123456789
写完这个字段之后，前往这里进行加密。选择HmacSHA1方法，以上面的字段为明文，deviceSecret为密钥。见下图：
可以得到如下的密文：
e30657f36e7ded9a2781bba97b0dee79e8fa31b6
然后替换掉MQTT_PASSWD原来的字段即可。
完成代码编译之后，选择好对应的开发板和烧录线即可进行上传。通电之后可以查看串口以及Link Develop上的测试设备列表看看有否成功上线。
应用开发
点击左侧栏的Web应用开发，选择“可视化应用”并输入名称。然后就进入可视化开发Web应用的工作台了。
然后我们需要文字组件用来表示标题等。需要指示灯用来表示当前坑位有没有人的状态。
接下来以坑位1为例举例如何将组件绑定设备。点击右侧面板的“数据”，选择关联设备。这里会显示出所有已经创建的测试设备。选择对应坑位的传感器，之后选择展示的数据（布尔型的红外监测状态）。这样就完成了绑定数据了。
可以通过模拟上线看看是否成功关联。另外有一些个性化的样式也可以自己配置。
接下来就是发挥创造力的时候了。可以上传各种背景图，加各种小样式，做成如图的看板。最后点击右上角预览即可。
这样就完成了一个看板了！不用忍气吞声，直接查看厕所有没有空余坑位！
钉钉推送的教程后续会跟进同步~
部署
这是实体装机的盒子。为了更好的用户体验，我们在盒子上加了一个字条“只检测有人，没有摄像头”，以免用户产生隐私方面的担忧。
部署的时候用了树莓派+显示屏。
造福90%飞天园区一号楼四楼员工的智能厕所解决方案，完成！
欢迎使用Link Develop
Link Develop（物联网开发平台）是阿里云针对物联网领域提供的端到端一站式开发服务平台，可覆盖各个物联网行业应用场景，主要解决物联网开发领域开发链路长、技术栈复杂、协同成本高、方案移植困难的问题，提供了从硬件开发、服务编排、Web应用开发到移动APP开发全链路的开发流程、框架／引擎和调试工具，并可将成熟的开发产出物对接阿里云云市场进行售卖，为开发者实现商业收益。
这篇文章的两个作者，一位是学法律出身的运营同学，一位是学设计出身的UED同学，两位都不是专业的工程师，却能在短短一天之内基于Link Develop完成整个智能厕所的解决方案搭建。相信大家认识到了Link Develop平台的开发能力之后，会有更多更新奇的idea出现，并且借助Link Develop快速实现物联网应用开发！
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