通過本文，你將了解如何使用 Conexio Stratus 套件和 Datacake 構(gòu)建低成本（和低代碼）天氣數(shù)據(jù)記錄器

背景

建筑物的溫度讀數(shù)對(duì)于供暖專家、社會(huì)房東甚至房主來說可能是一個(gè)主要問題，以確保房屋內(nèi)的溫度恒定且定期受控。適當(dāng)管理的室內(nèi)氣候可以保證為用戶提供舒適的環(huán)境并有助于節(jié)省能源。

本文將演示如何：

免費(fèi)創(chuàng)建您自己的基于物聯(lián)網(wǎng)的天氣數(shù)據(jù)儀表板。

在 Datacake 上創(chuàng)建您的第一臺(tái)設(shè)備，并通過 MQTT 代理將運(yùn)行 ZephyrRTOS 的 Conexio Stratus 連接到 Datacake 平臺(tái)。

組裝所需的硬件。

使用 Conexio Stratus 設(shè)備從 BME280 傳感器獲取重要的環(huán)境數(shù)據(jù)以及電池電壓、LTE 信號(hào)強(qiáng)度、固件版本和設(shè)備 IMEI 等其他生命體征數(shù)據(jù)，并將其推送到云端。

從世界任何地方可視化和跟蹤您的環(huán)境數(shù)據(jù)。

為什么選擇蜂窩網(wǎng)絡(luò)以及為什么選擇 Conexio Stratus 套件？

Wi-Fi 服務(wù)可能不是最可靠的，在某些地方甚至不是用戶的選擇。例如，如果您想在農(nóng)場(chǎng)中間監(jiān)控和部署一個(gè)傳感器設(shè)備，那里沒有 WiFi，但您有良好的蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋。這就是蜂窩連接派上用場(chǎng)的地方，這也是我決定使用基于蜂窩的 Conexio Stratus 開發(fā)套件的原因。盡管還有許多其他基于蜂窩的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，但以下是 Conexio Stratus 脫穎而出的一些原因。

Conexio Stratus 開發(fā)套件使我們能夠輕松地對(duì) IoT 解決方案進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，因?yàn)樗鼛в?500MB 的預(yù)付費(fèi)數(shù)據(jù)和 10 年的全球蜂窩服務(wù)。不需要合同。

該開發(fā)套件支持 LTE-M 和 NB-IoT 協(xié)議，還集成了 GPS，無需購買和集成外部 GPS 模塊。

它還具有板載環(huán)境傳感器，特別是來自 ST micro 的 Sensirion Sht4x 溫度和濕度傳感器和 LIS2DH 加速度計(jì)。

最后但同樣重要的是，該套件支持能量收集和太陽能電池充電。這是目前在許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中找不到的缺失功能之一。

除了 Stratus 設(shè)備，我還使用了 Stratus 擴(kuò)展板，它支持 Sparkful QWIIC 連接器、用于 Mikroe click 板的 Mikro 總線，以及用于連接外部傳感器和執(zhí)行器的 Grove I2C 連接器。使用此防護(hù)罩，我們連接了 Mikroe 的 BME280 天氣點(diǎn)擊板，用于測(cè)量溫度、濕度和壓力。這主要是為了演示無需焊接即可輕松地將第三方傳感器模塊連接到 Stratus 設(shè)備。

無需外部MCU

與其他需要專用 MCU 來控制 GPS、傳感器等其他外圍設(shè)備的基于蜂窩的 IoT 設(shè)備不同，Conexio Stratus 無需外部 MCU。它簡(jiǎn)單地將主 MCU、單元和 GPS 模塊組合在一個(gè)由 nRF9160 SiP 支持的微型外形中。nRF9160 包含一個(gè)僅用于應(yīng)用的 Arm Cortex-M33 應(yīng)用處理器、一個(gè)完整的 LTE 調(diào)制解調(diào)器、射頻前端 （RFFE） 和一個(gè)電源管理系統(tǒng)，使其成為市場(chǎng)上最緊湊、最完整和最節(jié)能的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)解決方案。此外，無需外部 MCU、蜂窩或 GPS 模塊，降低了設(shè)備集成成本和時(shí)間。

因此，讓我們深入設(shè)置所需的軟件和硬件配置。

組裝硬件以進(jìn)行初始固件測(cè)試

以下是我們使用過的所有硬件：

對(duì)于初始測(cè)試，我們將主 Stratus 開發(fā)板和 Mikroe BME280 天氣點(diǎn)擊板插入 Stratus 防護(hù)板，如下所示。最終部署的完整硬件將在本文后面進(jìn)行組裝和展示。

Datacake 注冊(cè)和設(shè)置

在此處在 Datacake 平臺(tái)上注冊(cè)并創(chuàng)建用戶帳戶。您的前兩個(gè)設(shè)備是免費(fèi)的。

在通過 MQTT 存儲(chǔ)任何測(cè)量讀數(shù)之前，我們需要在 Datacake 平臺(tái)上設(shè)置一個(gè)設(shè)備。注冊(cè)和帳戶激活后，前往 Datacake 工作區(qū)的車隊(duì)視圖。

點(diǎn)擊右上角的添加設(shè)備，彈出如下彈窗。

在STEP 1中，選擇設(shè)備類型為“ API ”，在 Datacake Product 下選擇New Product 。然后在“產(chǎn)品名稱”下為您的設(shè)備分配一個(gè)名稱。在本教程中，我們將產(chǎn)品命名為“ Conexio Stratus ”。

在STEP 2中，您可以添加一個(gè)或多個(gè) API 設(shè)備。接下來，分配設(shè)備名稱并點(diǎn)擊Next 。

最后，在STEP 3中，選擇 Datacake 計(jì)劃。要?jiǎng)?chuàng)建設(shè)備，必須選擇付款計(jì)劃。由于 Datacake 最多允許您免費(fèi)創(chuàng)建兩個(gè)設(shè)備，因此您可以選擇“免費(fèi)”計(jì)劃并單擊“添加 1 個(gè)設(shè)備”。

您的設(shè)備現(xiàn)在已經(jīng)注冊(cè)到 Datacake 平臺(tái)，應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)在“ Fleet ”視圖中的設(shè)備下。單擊您注冊(cè)的設(shè)備，它將帶您進(jìn)入其工作區(qū)。在STEP 2中，您可以添加一個(gè)或多個(gè) API 設(shè)備。接下來，分配設(shè)備名稱并點(diǎn)擊Next 。

添加數(shù)據(jù)庫字段

好的。此時(shí)，我們需要在設(shè)備的數(shù)據(jù)庫中定義字段，這些字段將托管從 Stratus 設(shè)備通過 MQTT 發(fā)送的測(cè)量值。

在 Datacake 中，導(dǎo)航到“配置”選項(xiàng)卡并向下滾動(dòng)到“字段”部分，然后單擊“添加字段”按鈕。

這將打開一個(gè)具有多種數(shù)據(jù)類型的模式。在本文中，我們將添加以“ Float ”類型的溫度開頭的多個(gè)字段。Datacake 會(huì)自動(dòng)填寫“標(biāo)識(shí)符”字段。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱下面的片段。

完成字段詳細(xì)信息后，單擊“添加字段”即可完成此字段。您將在下面看到我們?yōu)榇耸纠龖?yīng)用程序添加的所有不同字段。這些字段包括：

RSRP - LTE 信號(hào)強(qiáng)度值

電池 - 用于記錄連接的鋰聚合物電池的電壓

IMEI - Conexio Stratus 國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼 （IMEI） 號(hào)碼

版本 - 設(shè)備上運(yùn)行的固件版本

溫度 - BME280 傳感器的環(huán)境溫度讀數(shù)

濕度 - BME280 傳感器的相對(duì)濕度讀數(shù)

壓力 - BME280 傳感器的環(huán)境壓力讀數(shù)

添加集成

接下來，在 Fields 部分的正下方，您將找到Integrations部分。要通過 MQTT 從您的設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，必須建立與 Datacake 的連接。單擊配置，將彈出MQTT 集成信息窗口。

Datacake 平臺(tái)提供具有 TLS 加密的 MQTT 代理，它允許訂閱和記錄數(shù)據(jù)。

在該平臺(tái)的幫助下，您可以：

通過 MQTT 將傳入的設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部服務(wù)

通過 MQTT 將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到 Datacake Cloud

為了將測(cè)量記錄到 Datacake Cloud，我們將把數(shù)據(jù)發(fā)布到相應(yīng)的主題結(jié)構(gòu)中，如 MQTT 集成窗口中所示。

注意：復(fù)制上面的代理名稱和我們稍后將在固件配置中使用的主題。

Datacake 的 MQTT 主題前綴遵循以下結(jié)構(gòu)：

dtck-pub/《product_slug》/《device_id》/《field_name》

主題結(jié)構(gòu)中的最后一個(gè)元素是測(cè)量值的字段名稱，它出現(xiàn)在我們之前創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫字段中。該字段（標(biāo)識(shí)符）是我們將發(fā)布來自 Stratus 設(shè)備的不同測(cè)量值的地方。

生成訪問令牌

在 Datacake 平臺(tái)創(chuàng)建和注冊(cè)用戶帳戶時(shí)，會(huì)自動(dòng)生成用戶訪問令牌。此 API 令牌充當(dāng)安全性并允許設(shè)備訪問用戶的帳戶。

注意：我們將需要此令牌來使用 Datacake 平臺(tái)驗(yàn)證我們的 Stratus 設(shè)備。

要查看您的個(gè)人訪問令牌，請(qǐng)單擊“ Edit Profile ”，然后單擊“ API ”。

要查看您的訪問令牌，請(qǐng)單擊“顯示”。現(xiàn)在將這個(gè)訪問令牌復(fù)制到一個(gè)安全的地方，因?yàn)槲覀兩院髸?huì)需要它。

至此，我們已經(jīng)具備了將 Conexio Stratus 設(shè)備中的數(shù)據(jù)連接和發(fā)布到 Datacake 所需的所有詳細(xì)信息。現(xiàn)在讓我們轉(zhuǎn)到設(shè)備固件方面。

MQTT 應(yīng)用程序代碼

我們擴(kuò)展了 nRF Connect SDK 中提供的示例 MQTT 應(yīng)用程序，以便輕松地將 Stratus 套件連接到 MQTT 代理，從 Datacake 平臺(tái)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

擴(kuò)展的示例應(yīng)用程序連接到 Datacake 并將數(shù)據(jù)發(fā)布到配置的發(fā)布主題。在按鈕按下事件時(shí)，應(yīng)用程序?qū)⒃O(shè)備生命值發(fā)布到 Datacake 并定期發(fā)布環(huán)境數(shù)據(jù)，例如溫度和濕度。

完整的應(yīng)用程序可以在本文下方找到。

將 Datacake 憑據(jù)添加到應(yīng)用程序代碼

首先，我們必須將 Datacake 訪問令牌添加到應(yīng)用程序代碼中。您將需要conexio_stratus_firmware/samples/datacake/prj.conf使用您的 Datacake 訪問令牌進(jìn)行編輯。更新以下參數(shù)。

# MQTT application configuration authentication
CONFIG_MQTT_PASS="DATACAKE_ACCESS_TOKEN"
CONFIG_MQTT_USER="DATACAKE_ACCESS_TOKEN"

注意用戶名和密碼是一樣的。

MQTT 代理配置

接下來，我們需要配置 MQTT 代理主機(jī)名和端口。使用以下內(nèi)容更新 Datacake 代理配置：

# MQTT broker configuration
CONFIG_MQTT_BROKER_HOSTNAME="mqtt.datacake.co"
CONFIG_MQTT_BROKER_PORT=8883

我們將使用使用 CA 簽名服務(wù)器證書的端口 8883。

MQTT 發(fā)布/訂閱配置

要將測(cè)量記錄到設(shè)備的特定數(shù)據(jù)庫字段，我們將更新 MQTT 發(fā)布主題，如下所示：

# MQTT topics for recording measurement values
# Change this as per your Datacake MQTT Integration and fields
CONFIG_MQTT_PUB_TOPIC_TEMP="dtck-pub///TEMPERATURE"
CONFIG_MQTT_PUB_TOPIC_HUM="dtck-pub///HUMIDITY"
CONFIG_MQTT_PUB_TOPIC_PRES="dtck-pub///PRESSURE"
CONFIG_MQTT_PUB_TOPIC_VER="dtck-pub///VERSION"
CONFIG_MQTT_PUB_TOPIC_IMEI="dtck-pub///IMEI"
CONFIG_MQTT_PUB_TOPIC_BAT="dtck-pub///BATTERY"
CONFIG_MQTT_PUB_TOPIC_RSRP="dtck-pub///RSRP"
CONFIG_MQTT_PUB_TOPIC_BUTTON="dtck-pub///BUTTON"

# MQTT subscription topics
CONFIG_MQTT_SUB_TOPIC="dtck/conexio-stratus///+"

例如，使用 Product-Slug my-product ， Device-ID 6b98a3bb-9ae1-418f-9375-f23091a849cd和 Field-IdentifierTEMPERATURE將發(fā)布消息到：

dtck-pub/my-product/6b98a3bb-9ae1-418f-9375-f23091a849cd/TEMPERATURE

有效負(fù)載將保存您要記錄到該特定數(shù)據(jù)庫字段中的值。

publish("dtck-pub/my-product/6b98a3bb-9ae1-418f-9375-f23091a849cd/TEMPERATURE", 25.00)

到這一步已經(jīng)設(shè)置好了 MQTT 參數(shù)配置。

對(duì) Stratus 設(shè)備進(jìn)行編程

要編譯應(yīng)用程序，請(qǐng)?jiān)趹?yīng)用程序目錄中打開一個(gè)終端窗口并發(fā)出以下west命令

west build -b conexio_stratus_ns
成功編譯應(yīng)用程序后，連接 Stratus 設(shè)備并將其置于 DFU 模式。

使用 newtmgr 刷寫編譯好的固件：

newtmgr -c serial image upload build/zephyr/app_update.bin
打開串行控制臺(tái)并重置 Stratus 設(shè)備。終端中將顯示以下串行 UART 輸出。如果您是第一次連接 Stratus 設(shè)備，請(qǐng)花幾分鐘時(shí)間注冊(cè)到網(wǎng)絡(luò)并與塔建立 LTE 連接。由于 Stratus 設(shè)備已預(yù)先配置為自動(dòng)連接到 LTE 網(wǎng)絡(luò)，因此無需額外的 SIM 激活。

*** Booting Zephyr OS build v2.6.99-ncs1 ***
mqtt_app: Stratus MQTT Datacake sample started, version: v1.0.0
watchdog: Watchdog timeout installed. Timeout: 60000
watchdog: Watchdog started
watchdog.watchdog_feed_enable: Watchdog feed enabled. Timeout: 30000
mqtt_app: Provisioning certificates
mqtt_app: LTE Link Connecting...
+CEREG: 2,"412D","03382810",7
+CSCON: 1
+CEREG: 5,"412D","03382810",7,,,"11100000","11100000"
%CESQ: 35,1,10,1
mqtt_app: LTE Link Connected!
mqtt_app.modem_rsrp_handler: Incoming RSRP status message, RSRP value is 35
mqtt_app: IPv4 Address found 144.126.245.197
mqtt_app: client_id: 352656103852334
mqtt_app: TLS enabled
env_sensors: Environmental sensors initialized
mqtt_app: MQTT client connected mqtt_app: Subscribing to: dtck/conexio-stratus/4fbfe839-c8aa-4882-a890-02f981753f6d/+ len 59 mqtt_app: SUBACK packet id: 1234
mqtt_app: Publishing: 26.06
mqtt_app: to topic: dtck-pub/conexio-stratus/4fbfe839-c8aa-4882-a890-02f981753f6d/TEMPERATURE len: 73
mqtt_app: Publishing: 23.24
mqtt_app: to topic: dtck-pub/conexio-stratus/4fbfe839-c8aa-4882-a890-02f981753f6d/HUMIDITY len: 70

建立 LTE 連接后，您會(huì)注意到 Stratus 連接到 Datacake MQTT 代理，之后它將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)布到配置的主題。您的 Stratus 設(shè)備現(xiàn)在處于活動(dòng)狀態(tài)并正在與 Datacake 云進(jìn)行通信。

在 Datacake 儀表板上可視化天氣數(shù)據(jù)

固件啟動(dòng)并運(yùn)行后，返回 Datacake 儀表板并將圖形小部件添加到您的工作區(qū)。您現(xiàn)在將看到設(shè)備數(shù)據(jù)流入 Datacake 并填充漂亮的圖表。下面是我們創(chuàng)建的示例儀表板。

您可以從世界任何地方訪問實(shí)時(shí)設(shè)備儀表板和數(shù)據(jù)：https ：//app.datacake.de/pd/f66e9fed-996e-4b84-b44f-e3d4e458cd3e

組裝最終部署就緒的硬件

現(xiàn)在我們已經(jīng)啟動(dòng)并運(yùn)行了初始固件和儀表板，讓我們組裝完整的硬件以進(jìn)行部署。在這里，我們將一個(gè)小型太陽能電池板連接到 Stratus 護(hù)罩，用于為 LiPo 電池充電。通過滑動(dòng) Stratus 主板側(cè)面的開關(guān)打開設(shè)備后，完整的硬件安裝在亞克力外殼內(nèi)，如下所示：

結(jié)論

這篇文章演示了您可以使用 Conexio Stratus 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備創(chuàng)建的眾多應(yīng)用程序之一。現(xiàn)在我們有了像 Datacake 這樣的無代碼或低代碼云平臺(tái)，發(fā)送和可視化 IoT 設(shè)備數(shù)據(jù)變得比以前容易得多。借助預(yù)付的 500MB 蜂窩數(shù)據(jù)，您無需 WiFi、藍(lán)牙甚至 SD 卡即可從世界任何地方跟蹤和記錄您的天氣數(shù)據(jù)。