Domače opozorilo: Arduino + sporočila v oblaku na velikem zaslonu: 14 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

V dobi mobilnih telefonov bi pričakovali, da se bodo ljudje odzvali na vaš klic 24 ur na dan.

Ali… ne. Ko žena pride domov, telefon ostane zakopan v torbici ali pa je baterija prazna. Nimamo fiksne linije. Klicanje ali pošiljanje SMS -a z zahtevo, da v deževni noči zahtevate prevoz z železniške postaje, ali klicanje, če so moji ključi še na mizi, je dobesedno zaželeno.

Ta problem imam dovolj pogosto, da upravičim rešitev. Nekoliko petljanja z Arduinom in Freetronics Dot Matrix Display (DMD) je povzročilo zelo moteč (za mojo ženo) pripomoček, a zame neverjetno komunikacijsko napravo in informacijski center. Všeč mi je in to je samo različica 1!

Opozorilo za dom je sestavljeno iz teh delov:

• Matrični zaslon Freetronics Dot Matrix, ki je niz LED 16x32. Prihajajo v različnih barvah, vendar z rdečo poudarjam, da je ta pripomoček namenjen »kritičnim« obvestilom.
• Arduino Uno z Ethernet ščitom.
• Prelom ure v realnem času, takšen ali drugačen.
• Piezo zvonec
• Senzor temperature in vlažnosti DHT22.

Opozorilo za dom nadzira spletna stran, ki gostuje na Heroku, gostitelju aplikacij v oblaku. Spletna stran je kodirana v Rubyju z uporabo okvirja spletne aplikacije Sinatra in shrambe ključev in vrednosti Redis.

Oglejte si domačo stran (pokaži na prvi priloženi sliki v tem koraku), kjer obrazec čaka na novo sporočilo uporabnika.

Prvo polje sprejema numerično kodo strojne opreme. To je koda, ki vam omogoča ciljanje na določen sistem Home Alert, saj lahko vsak dobi edinstveno kodo. Lahko pa imate več domačih opozoril, ki si delijo isto kodo, tako da se isto sporočilo prikaže na več lokacijah.

Sporočilo, ki ga želite prikazati, se premakne v drugo polje. Vsako besedilo, ki ga vnesete, bo prikazano v DMD.

Če želite narediti nekaj hrupa, preverite Da! potrditveno polje in brenčalec bo zagotovo pritegnil pozornost vseh v bližini.

V tem članku vam bom pokazal, kako zgraditi lasten sistem Home Alert, tako strojno in programsko opremo Arduino, kot tudi spletno aplikacijo Sinatra mini.

Začnimo!

1. korak: Strojna oprema

DMD je osrednja točka pripomočka. Lahko bi šel z majhnim LCD zaslonom, vendar je bila glavna ideja tega projekta ustvariti nekaj, kar je mogoče videti in slišati od daleč. Za vizualni del sem potreboval nekaj velikega in svetlega in ravno ta zaslon Freetronics sem potreboval. Vsaka plošča vsebuje niz LED -diod 16x32, več teh pa lahko zlepite skupaj, da ustvarite veliko večje zaslone. To je nekaj, kar bi rad naredil v bližnji prihodnosti.

DMD ima knjižnico Arduino, ki je enostavna za uporabo. komunicira z Arduinom prek hitrega SPI. Knjižnico sem lahko dobil s strani Freetronics Github, nato sprožil demo skico in jo začel delovati v nekaj minutah po odprtju škatle. Bil sem presenečen, ko sem videl tako svetel zaslon, ki uporablja samo moč iz Arduina. Če želite začasno slepiti svoje gledalce, lahko na ta DMD priključite namensko napajanje. Če to ne pritegne njihove pozornosti, ne bo nič!

Fizično ta zaslon meri 320 mm (W), 160 mm (V) in 14 mm (D).

Zadnja plošča vsebuje priključke za zunanje napajanje, 5V z zmogljivostjo najmanj 4Amps, konektor Arduino z oznako HUB1 in priključek za dodatne prikaze na drugi strani na drugi strani. V skladu z dokumentacijo lahko z marjeticami povežete do štiri DMD.

DMD nadzira Arduino Uno. Freetronics ponuja zelo priročen priključek "DMDCON", ki se zaskoči neposredno na pravilne SPI in podatkovne nožice.

Razen DMD-ja sem uporabil Arduino Uno, Ethernet ščit, odklop ure v realnem času, zvočni signal in DHT22. Za vse te komponente sem na svojem tečaju Udemy ustvaril predavanja, ki opisujejo njihovo delovanje. (Brezsramna samopromocija: prijavite se na moj e-poštni seznam na arduinosbs.com in prejmite kupon, ki vam omogoča dostop do vseh 55 predavanj s popustom).

Ura v realnem času, prelomnica, ki temelji na taktni enoti DS18072, je naprava I2C, zato je povezana z analognimi zatiči 1 in 2 Uno, ki izvajata vodilo I2C.

Zvočni signal je povezan z digitalnim zatičem 3, od koder ga upravljam s funkcijo tone ().

Tipalo DHT22 je priključeno na digitalni zatič 2. Previdno priključite 10KΩ vlečni upor med 5V linijo in podatkovno linijo.

2. korak: Skica Arduino

Skica ni velika glede na število vrstic, vendar skoraj izčrpa razpoložljiv bliskovni pomnilnik Uno zaradi vseh vključenih knjižnic. Prostora za optimizacijo pomnilnika je veliko, a ker sem v fazi izdelave prototipov, je to projekt za drug dan. Ta koda je na voljo na Githubu.

Tu je skica z vgrajenimi komentarji (glej prilogo PDF).

Glavna odgovornost te skice je, da Arduino postane potrošnik spletne storitve. Spletna storitev je preprosto spletno mesto z dvema končnima točkama, eno za dostop človeškega uporabnika prek spletnega brskalnika in predložitev besedilnega niza, ki ga želi prikazati v DMD, drugo pa za dostop do Arduina, da bi pridobite ta besedilni niz.

Prenesite in preberite priloženo datoteko PDF, ki vsebuje vdelane komentarje, ki opisujejo njeno delovanje.

3. korak: Sinatra nastopi na odru

Obstaja veliko načinov za ustvarjanje spletnih mest in spletnih storitev. Od programskih jezikov s knjižnicami, ki podpirajo splet, do celovitih okvirov je lahko zmedeno in težko izbrati enega za to nalogo.

Uporabil sem in igral z dobrim številom tehnologij spletnih aplikacij in ugotovil, da je Sinatra idealen za gradnjo spletnih storitev in majhnih spletnih mest. Zlasti pri izdelavi spletne storitve za podporo pripomočka Arduino je Sinatra res dobra izbira.

Kaj je Sinatra in zakaj je tako dobra izbira? Vesel sem, da ste vprašali!

Sinatra je jezik za hiter razvoj spletnih aplikacij. Zgrajen je na osnovi Rubyja, zelo priljubljenega in izraznega skriptnega jezika za splošne namene. Morda boste slišali, da se Sinatra imenuje »DSL«, jezik, specifičen za domeno. Domena tukaj je splet. Ključne besede (besede) in skladnja, ustvarjena za Sinatro, so takšne, da ljudem olajšajo in hitro ustvarijo spletne aplikacije.

V času, ko so tako imenovani "prepričljivi" okviri za razvoj spletnih aplikacij, kot sta Ruby on Rails in Django, zelo priljubljeni, Sinatra zajame nasprotni konec spektra. Medtem ko Ruby on Rails in Django od programerja zahtevata, da sledi določeni konvenciji in načinu dela (kar posledično pomeni strmo in dolgo učno krivuljo), Sinatra teh zahtev ne postavlja.

Sinatra je konceptualno veliko enostavnejša od Rails in Djangos sveta. Lahko zaženete spletno aplikacijo, ki lahko v nekaj minutah vzpostavi interakcijo z vašim Arduinom.

Pokazal bom s primerom. Tako izgleda minimalna spletna aplikacija Sinatra (zaenkrat preberite naslednje, v resnici tega ne delajte v računalniku, ker za to verjetno še nimate nastavljenih pogojev):

V eni datoteki jo poimenujmo my_app.rb in dodamo to besedilo:

zahtevati 'sinatra'get'/'do "Pozdravljeni, svet!" konec

V ukazni vrstici zaženite aplikacijo tako:

ruby my_app.rb

Vaša aplikacija se bo zagnala in v konzoli boste videli to besedilo:

peter@ubuntu-dev: ~/arduino/sinatra_demo $ ruby my_app.rbPuma 2.8.1 začenši…* Najmanjše niti: 0, največ niti: 16* Okolje: razvoj* Poslušanje na tcp: // localhost: 4567 == Sinatra/1.4.4 je stopil na oder 4567 za razvoj z varnostno kopijo iz Pume

Aplikacija je zdaj pripravljena sprejemati zahteve strank. Odprite brskalnik, ga pokažite na https:// localhost: 4567 in to boste videli (glejte priloženi posnetek zaslona).

To so štiri preproste vrstice kode v eni datoteki. Nasprotno pa bi Rails potreboval več kot sto datotek, ustvarjenih preprosto zato, da bi zadostile zahtevam okvira. Ne razumite me narobe, obožujem Rails, ampak res?…

Torej, Sinatra je preprosta in hitra. Predvidevam, da ne veste nič o Rubyju, Sinatri in uvajanju aplikacij v oblak, zato vas bom v naslednjem razdelku po korakih popeljal od nič do uvajanja vaše spletne storitve Arduino v oblak.

4. korak: Namestite svoj razvojni stroj

Sinatra temelji na programskem jeziku Ruby. Torej, preden namestite Sinatro, morate namestiti Ruby.

Prav tako boste morali namestiti strežnik shrambe ključ-vrednost, imenovan Redis. Redis si predstavljajte kot zbirko podatkov, ki shranjuje podatke proti ključu. Za pridobivanje podatkov uporabite ključ, ki je optimiziran za hitrost in ne prilagodljivost podatkovnih struktur, za katere je zasnovana tradicionalna relacijska baza podatkov. Home Alert shranjuje svoja sporočila v Redis.

5. korak: Ruby v sistemu Mac ali Linux

Če uporabljate računalnik Mac ali Linux, vam priporočam, da za namestitev in upravljanje namestitve Ruby uporabite RVM (RVM: Ruby Version Manager). Navodila za namestitev Ruby z RVM so na tej strani ali pa samo ukopirajte in prilepite ta ukaz v svojo lupino:

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

Sedite, se naslonite, sprostite in počakajte, da se prenos, kompilacija in namestitev RVM in Ruby končajo.

6. korak: Ruby v sistemu Windows

Če uporabljate Windows, priporočam, da sledite tem navodilom na spletnem mestu Ruby Installer for Windows in uporabite namestitveno aplikacijo.

7. korak: Preverite in nastavite svoj Ruby

V času pisanja je bila najnovejša stabilna izdaja Ruby 2.1.1.p76. Različico, ki je bila nameščena z RVM, lahko preverite tako:

rvm info

Prikazalo se bo veliko informacij o RVM in Ruby. V mojem primeru je to rubrični rubrika:

ruby: interpreter: "ruby" različica: "2.1.1p76" date: "2014-02-24" platform: "x86_64-linux" patchlevel: "2014-02-24 revizija 45161" full_version: "ruby 2.1.1p76 (2014 -02-24 revizija 45161) [x86_64-linux]"

Priporočam, da uporabite tudi Ruby 2.1.1, zato, če vidite kaj starejšega od tega, nadgradite tako:

namestitev rvm 2.1.1

S tem boste namestili Ruby 2.1.1. Spletno mesto projekta RVM vsebuje veliko informacij o RVM in kako upravljati namestitev Ruby.

8. korak: Namestite Sinatro (vse platforme)

V Rubyju se koda deli kot paketi, imenovani »dragulji«. Kodo, ki sestavlja Sinatro, lahko namestite v računalnik kot dragulj, kot je ta:

dragulj namestite sinatro

Ta vrstica bo prenesla vso kodo in dokumentacijo ter jo namestila v računalnik.

9. korak: Redis v sistemu Mac ali Linux

Nastavitev Redisa v sistemu Mac ali Linux je enostavna. Postopek je razložen na spletnem mestu Redis. Odprite terminal lupine in vnesite te ukaze:

$ 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

Zaženite Redis tako, da vnesete:

$ src/redis-server

… in končali ste!

10. korak: Redis v sistemu Windows

Redis v sistemu Windows je priporočljiv samo za razvoj, zato ga boste morali sestaviti z brezplačnim razvojnim okoljem Visual Studio Express. Za zagon potrebuje nekaj časa, vendar deluje dobro in je vredno truda. Sledite navodilom na strani projekta Github. Tam boste našli tudi povezavo do strani Visual Studio Express.

11. korak: Ustvarite aplikacijo spletne storitve

Ustvarimo aplikacijo in jo zaženimo na svojem razvojnem stroju. Skico Arduino bomo prilagodili, da se poveže s tem primerkom aplikacije, medtem ko jo preizkusimo. Ko se prepričamo, da vse dobro deluje, bomo razmestili v oblak in posodobili skico za uporabo primerka v oblaku.

Tu je koda Ruby, vse v eni datoteki z imenom "web.rb" (ta koda je na voljo na Githubu).

Pomembno: Prenesite in preberite priloženo datoteko PDF, ki vsebuje podrobne vdelane komentarje (to storite, preden nadaljujete!).

Zdaj lahko preizkusite svoj sistem domačega opozarjanja. V skici spremenite konstanti WEBSITE in WEBPAGE tako, da kažeta na vaš razvojni stroj in številko vrat za vaš razvojni strežnik Sinatra. V mojem primeru imam razvojni stroj na IP 172.16.115.136 in razvojni strežnik Sinatra posluša vrata 5000, zato so moje skice nastavitve:

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

Ta naslov IP je dostopen samo za naprave v mojem domačem omrežju.

Nastavitev HW_ID predstavlja "ID strojne opreme", to je ID, na katerega se bo Arduino, ki nadzoruje DMD, identificiral z aplikacijo Sinatra. To je zelo osnovna vrsta preverjanja pristnosti. Spletna aplikacija bo Arduinu predala sporočilo, ki ga bo zahtevalo na podlagi podanega HW_ID. Lahko imate več naprav z istim HW_ID, v tem primeru bodo vse naprave prikazale isto sporočilo. Če želite »zasebnost«, izberite ID z veliko naključnimi znaki, ki jih drugi ljudje ne bodo mogli uganiti. Pazite tudi, nobena komunikacija ni šifrirana.

Zdaj pa zaženite aplikacijo Sinatra, vnesite to (ob predpostavki, da ste v mapi projekta Sinatra):

rubin web.rb

… in videli boste nekaj takega (nekatere podrobnosti se lahko razlikujejo, če se to ne zruši, ste v redu):

10:42:18 splet.1 | se je začelo s pid 4911910: 42: 18 web.1 | Puma 2.8.1 začenja… 10: 42: 18 web.1 | * Najmanjši navoji: 0, največji navoji: 1610: 42: 18 web.1 | * Okolje: razvoj10: 42: 18 splet.1 | * Poslušanje na tcp: //0.0.0.0: 5000

Spletni brskalnik usmerite na mesto, ki ga strežnik posluša, in to boste videli (glejte drugo prilogo).

Naložite skico v Arduino in se prepričajte, da je povezana z vašim lokalnim omrežjem. Če bo vse v redu, bo Arduino enkrat na minuto anketiral vašo spletno storitev. Pošljite sporočilo za prikaz: V polje kode HW vnesite isti ID, ki ste ga nastavili za konstanto HW_ID v skici. V polje »Vaše sporočilo« vnesite kar koli in preverite polje »Buzz?« potrditveno polje.

Pošljite, počakajte minuto in si oglejte svoje sporočilo v DMD!

12. korak: Razmestitev v oblak z uporabo Heroku

Zdaj, ko Home Alert deluje v razvoju, naj dela v oblaku. Za uvajanje spletnih aplikacij je na voljo nešteto možnosti. Na podlagi obsega in kompleksnosti programa Home Alert sem se odločil, da postavitev lastnega navideznega zasebnega strežnika ni vredna truda. Namesto tega je bolje, da se obrnete na storitev, kot je Heroku, gostitelja aplikacij. Za mojo lestvico je Herokujev brezplačni nivo več kot dovolj. Tudi za komponento Redis sem lahko izbral brezplačen načrt pri enem od številnih ponudnikov Redisa, ki sodelujejo s Heroku.

Kljub temu je treba vložiti nekaj truda, ki je povezan z rahlo spremembo moje aplikacije, da bo v skladu s Herokujevimi specifikacijami. Podrobnosti so tukaj, v bistvu pa boste morali te datoteke dodati v svoj projekt Sinatra (vse naslednje datoteke lahko prenesete iz mojega računa Github):

* config.ru: Heroku pove, katera datoteka vsebuje aplikacijo. Tukaj je vsebina:

require './web'run Sinatra:: Aplikacija

Prva vrstica kaže na web.rb, druga vrstica pa dejansko vodi vašo aplikacijo.

* Gemfile: vsebuje dragulje (pakete kode rubin), ki jih zahteva aplikacija. Heroku bo v tej datoteki pogledal, katero drugo kodo mora namestiti, da bo vaša aplikacija delovala. Gemfile lahko pogledate tudi tako, da vsebuje seznam odvisnosti vašega projekta. Če katera od teh odvisnosti ni na voljo, vaša aplikacija ne bo delovala. Kaj je v aplikaciji Gemfile za to aplikacijo:

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

Najprej nastavi izvorno skladišče vse kode Gem na rubygems.org. Nato je za zagon aplikacije potrebna različica Ruby 2.1.1. Nato navede potrebne dragulje: Sinatra, Puma (odličen strežnik spletnih aplikacij Ruby) in Redis.

* Procfile: Heroku pove, kako zagnati strežnik. Tu je samo ena vrstica:

splet: rackup -s puma -p $ PORT

Ta vrstica pravi, da je "splet" edina potrebna storitev (za obdelavo v ozadju lahko uporabite druge, na primer "delavec") in da mora Heroku za zagon storitve uporabiti ukaz, ki sledi za ":".

Lahko simulirate, kaj bo Heroku storil, tako, da sledite tem zaporedju na svojem razvojnem stroju (vnesite samo test pred puščico; tisto, kar sledi puščici, je le opis ukaza):

$> gem install bundler -> namesti Bundler, ki ve, kako ravnati z datoteko Gemfile. $> bundle install -> Bundler obdela Gemfile in namesti odvisnosti. $> rackup config.ru -> Rackup je orodje, ki lahko obdela datoteko config.ru. Običajno prihaja s poznejšo različico Rubyja, če je ne namestite tako: stojalo za namestitev draguljev.

Zadnji korak je dejanski zagon vaše aplikacije. Videti bi morali popolnoma enake rezultate, kot ste jih začeli z ruby web.rb prej. Ista aplikacija se izvaja, le s to razliko, da je druga metoda, kako Heroku zažene.

Skoraj smo pripravljeni uvesti to aplikacijo v vaš račun Heroku. Če ga še nimate, ga ustvarite zdaj. Nato sledite priročniku za hiter začetek, da nastavite svoj račun in svoj lokalni razvojni stroj, še posebej Heroku Toolbelt.

Heroku Toolbelt namesti odjemalca ukazne vrstice Heroku, Git (odprtokodni sistem za upravljanje izvorne kode) in Foreman (orodje Ruby, ki pomaga upravljati aplikacije, ki temeljijo na Procfileu).

Ko dokončate namestitev orodnega pasu Heroku po navodilih na spletnem mestu Heroku, sledite tem korakom, da razmestite aplikacijo (vse je vneseno v ukazno vrstico v imeniku aplikacije):

$> heroku prijava -> Prijava v Heroku prek ukazne vrstice $> git init -> Inicializirajte skladišče Git za svojo aplikacijo $> git add. -> (opazite piko!) Dodajte vse datoteke v trenutnem imeniku v skladišče Git $> git commit -m “init” -> Te datoteke predložite v skladišče z novim sporočilom $> heroku create -> Ustvari novo Heroku bo dal vaši aplikaciji naključno ime, na primer »blazing-galaxy-997«. Zapišite si ime in URL, da do njega pozneje dostopate prek spletnega brskalnika. Ta URL bo videti tako: »https://blazing-galaxy-997.herokuapp.com/«. Prav tako boste morali kopirati ime gostitelja (del »blazing-galaxy-997.herokuapp.com«) vaše nove aplikacije v konstanto spletnega mesta vaše skice Arduino. Naredite to zdaj, da pozneje ne pozabite. $> heroku addons: add rediscloud -> V vašo aplikacijo doda brezplačno raven storitve Rediscloud Redis. Konfiguracijske nastavitve se samodejno ustvarijo in so na voljo vaši aplikaciji. $> git push heroku master -> Umestite svojo kodo v Heroku. To bo samodejno preneslo kodo, nastavilo vse odvisnosti od Herokuja in zagnalo aplikacijo. Na koncu postopka boste videli nekaj takega: "https://blazing-galaxy-997.herokuapp.com razporejeno v Heroku", kar pomeni, da je vaša aplikacija zdaj v živo v javnem oblaku! Čestitamo!

Kar tako naprej, zavrtite!

Korak: Združite vse skupaj

Ko je vaša spletna aplikacija razmeščena, naložite posodobljeno skico v Arduino (ne pozabite, da ste posodobili konstanto WEBSITE, da kaže na vaš produkcijski primerek spletne aplikacije).

Za dostop do aplikacije na Heroku uporabite brskalnik. Tako kot v uvodu vnesite ID strojne opreme v prvo besedilno polje, sporočilo v drugo in potrdite polje, da aktivirate zvočni signal.

Če bo vse v redu, se bo vaše sporočilo prikazalo na DMD približno minuto kasneje!

14. korak: Potencial

S sistemom Home Alert lahko storite še veliko več …

Če imate Herokujev zadnji del, lahko dodate veliko logike, ki lahko doda neverjetno funkcionalnost. Na primer, aplikaciji lahko dodate možnost upravljanja večkratnih obvestil, potrditev ali nadzora dodatne strojne opreme za obveščanje, kot so strobofoni itd. Lahko bi jo razširili na ozemlje avtomatizacije doma in krmilili luči in vrata. Dodate lahko več DMD -jev, da se v vsakem prikažejo različna sporočila ali eno sporočilo na kombiniranem večjem zaslonu. Samo praskam površino, kar je tukaj mogoče!

Uživajte!