描述

當前，COVID-19 大流行要求我們采取行動和日常護理來保護自己，從而實現健康的生活。在一些國家，已經看到混合工作計劃重返辦公室。

DMHC HOST Probe 是使用 AWS IoT Edukit 及其一些稱為單元的傳感器創建的設備。它允許我們在定義的時間間隔內遠程檢查我們的心率、氧飽和度和溫度。

它會向我們的手機發送 SMS 警報，或者如果我們將 Slack 會話連接到特定頻道，它會記住我們何時必須驗證我們的 HOST 值。

例如，可以在辦公室使用，讓每個工人都有一個探針，我們可以集中驗證每個工人的數據。

或者在與他的醫生有聯系的特定患者中驗證這些值的進展，從而立即采取糾正措施。

為此，使用了 Amazon Web Services 云，設備在其中發送這些數據，以使用 Amazon QuickSight 進行處理、存儲和咨詢，Amazon QuickSight 是在 Amazon Honeycode 和 Grafana 中開發的移動應用程序。

以下部分描述了硬件、基礎結構、使用的不同 AWS 云服務以及用于查詢已發送數據的選項。

AWS IoT EduKit 硬件端口

• A口：I2C接口
• B口：ADC、DAC接口
• C口：UART接口
• 外部端口：I2C接口

這些圖像顯示了擴展端口 Ext（引腳 22 SCL 和引腳 21 SDA）。它是使用 Proto-13.2 模塊白色連接器和塑料盒創建的。白色焊接連接器是端口，并具有以下連接：

• 引腳 1 - GND（藍線）
• 引腳 2 - 5v（紅線）
• 引腳 3 - G21 SDA（洋紅色白色）
• 引腳 4 - G22 SCL（綠線）

這些圖像顯示了端口位置，包括塑料盒內的 Ext 端口，并使用擴展連接器連接到 AWS IoT Edukit。

傳感器和模塊（M5Stack 單元）及其連接圖

• A端口：Heart Unit是H傳感器（心率傳感器）
• 分機端口：迷你集線器
• Mini Hub端口 1：ENV。III 單元（壓力、濕度和溫度傳感器）
• Mini Hub端口 2：NCIR 單元是 T 傳感器（溫度傳感器）
• Mini Hub端口 3：RFID 單元

此圖顯示了所有使用單元的連接圖，包括一個 proto-13.2 板。

基地建設

連接所有單元和擴展模塊后，需要建立一個底座來固定每個單元和 AWS IoT Edukit。

按照自定義零件和外殼部分中的說明使用樂高 EV3 零件。pdf 文件逐步顯示，而在 pdr 文件中使用 Ldraw 程序可以遵循 3D 設計。

DMHC 主機探針軟件

固件安裝

使用的固件是 UIFlow Core2 v1.8.4 來加載它，將 AWS IoT Edukit 連接到計算機的 USB 端口之一，確保根據平臺安裝了USB 驅動程序。

下載程序以更新固件，M5Burner并根據平臺進行安裝。

執行 M5Burner 時，我們必須選擇我們的設備連接到的 COM 端口。

使用登錄選項中的帳戶創建訪問權限，輸入后按Bind With Account按鈕以將設備與 UIFlow 云鏈接。

如果我們選擇您的電子郵件，它將顯示Device Management打開瀏覽器的菜單選項，并向我們顯示我們可以用來驗證設備是否正確鏈接的信息。

現在我們選擇選項 UIFLOW (CORE2) 正確的版本 v1.8.4-core2 并按Download。

按下Configuration按鈕，在 UIFlow Config 屏幕中，輸入您的 Wi-Fi 網絡 SSID 和密碼的數據，然后按下按鈕Save以連接設備以更新固件。

按下Burn 按鈕并檢查將要連接設備的網絡的 SSID 和密碼數據是否正確，然后按下 按鈕Start。

此過程完成后，設備將重新啟動并顯示屏幕，指示它已連接到網絡和 UIFlow 云以及我們的 API 密鑰。

在 AWS IoT Core 服務中創建事物

AWS IoT Core 允許將 IoT 設備連接到 AWS 云，而無需預置或管理服務器。

在 AWS 控制臺中，轉到 AWS IoT Core 并在菜單選項中Manage創建一個事物。Things

• 按下Create Things按鈕
• 選擇Create single thing
• 對于事物名稱：DMHC_HOST_Probe
• 對于設備證書：自動生成新證書
• 策略：創建一個新策略AllowAllAccess并復制并粘貼此代碼

{
        "Version": "2012-10-17",
        "Statement": [
        {
            "Effect": "Allow",
            "Action": "iot:*",
            "Resource": "*"
        }
    ]
}

• 按下Create Thing按鈕

彈出窗口顯示所有要下載的證書和密鑰。

下載設備證書xxxx.pem.crt和兩個額外的公鑰xxxx-pubilc.pem.key和私鑰很重要xxxx-private.pem.key，因為這將是我們唯一能做的，如果它們丟失了，你必須創建一個新的東西。

需要設備證書和私鑰才能建立設備與 AWS IoT Core 服務的通信。

除了證書和兩個密鑰之外，設備還需要端點，即每個事物都有一個可用的 REST API 的 url，以便可以訪問 MQTT 客戶端和 AWS IoT 設備 SDK。

在菜單選項設置中，您可以查看并復制此地址以在我們將構建的軟件中使用它。

總之，我們有一個事情：

• 名稱：DMHC_HOST_Probe
• AWS IoT 端點：a2i2bsijbyml6j-ats.iot.us-west-2.amazonaws.com
• MQTT 端口：8883
• 保持活力：60
• 設備證書：xxxx.pem.crt 重命名為 certificate.pem
• 私鑰文件：xxxx-private.pem.key 重命名為 private.pem

要使用的主題

• dmhc/host_data→ 發布
• dmhc/reset← 訂閱

將所有資源和軟件上傳到 AWS IoT Edukit

現在在瀏覽器中轉到flow.m5stack.com ，取消初始彈出屏幕并轉到account icon，在彈出登錄時添加您之前創建的電子郵件和密碼以恢復在固件更新的先前步驟中鏈接的所有設備信息。

插入 USB 端口 AWS IoT Edukit，啟動它并等待它顯示 Api Key 屏幕。按reconnect iconDisconnected word 右側的 reconnect device 并更新 ApiKey 和 Version，確認版本至少為v1.8.4.

現在是時候將所有png圖像、所有wav聲音文件certificate和private密鑰上傳到 AWS IoT Edukit 設備了。這些文件可以從代碼部分下載。

屬于 de mesh 的每個設備都必須是保存在 EEProm key 中的唯一 ID device_id。

從代碼部分打開setDeviceId.m5f，調整其值并運行程序（單擊箭頭圖標），您必須在屏幕上看到該值Saved ID: xxxxx

在 AWS 配置了所有必需的資源后，我們上傳啟動 HOST Probe 的程序。我們打開dmhcV2.m5f位于代碼部分的文件并將其上傳到設備。

該程序是使用 UIFlow 在線編輯器創建的，可以以 Blockly 或 Python 格式查看。

使用的算法如下：

/*
The current time is read.
All images are loaded.
The user interface is painted.
Read ambient temperature, humidity and pressure.
Activate Time to check your health event
    Play wav file
    Activate vibration
    RGB LEDs blink between red and green color.
Activate Heart rate and spo2 review Event
    Play wav file (H sensor)
    RGB Leds blink between red and black
    Starts to read ten values ??from heart rate and spo2 sensor
    Updates status bar and progress bar
    Saves the values ??in two lists, one for each concept.
Activate Temperature review event
    Play wav (T Sensor)
    RGB Leds blink between green and black
    Starts reading ten values ??from temperature sensor
    Updates status bar and progress bar
    Saves values ??in a list.
Activate Test completed event
    Play wav
Connect to AWS cloud using MQTT protocol.
Read values ??of three lists created, prepares a Json and publishes it in 
topic dmhc/host_data.
*/

這是一個發送到主題的 Json 示例數據dmhc/host_data

{
    “device_id” : “JCruz”,
    "heartrate" : 120,
    "spo2" : 97,
    "temperature" : 45
}

它訂閱了該主題dmhc/reset，因此當它從 AWS 云接收到需要激活讀取的信息時，它會重置系統以開始新的周期檢查。

此處列出了所有幫助功能的列表：

# Paint user interface, get time and environment data
def DMHC_Init():

# Get time from device, format it and show at user interface
def Get_Time():

# Read from Env III unit temperature, pressure and humidity, 
# format values and show at user interface
def Read_ENV3():

# Begin check process activate vibration, play
# wav, RGB leds blink between red and green
def TimeToCheck():

# Read data from heart and temperature unit sensor 
# and put them at three value lists
def Read_Data():

# Read heart rate and spo2 from Heart Unit, put
# values in two lists and show at user interface
def Read_HeartRate_SpO2():

# Indicate that test was completed
def Test_Completed():

# Read temperature value from NCIR Unit, 
# put it in a list and show at user interface
def Read_Temperature():

# Wait from AWS Cloud that call dmhc/reset
# topic to reset device and begin new process
def fun_dmhc_reset_(topic_data):

主要程序模塊：

# DMHC HOST Probe program v2
# 
DMHC_Init()
TimeToCheck()
Read_Data()
Test_Completed()
lb_status.set_text('Connecting to AWS ...')
_thread.stack_size(0)

# Connect to thing endpoint at AWS IoT Core using MQTT protocol
aws = AWS(things_name='DMHC_HOST_Probe', host='a2i2bsijbyml6j-ats.iot.us-west-2.amazonaws.com', port=8883, keepalive=60, cert_file_path="/flash/res/certificate.pem", private_key_path="/flash/res/private.pem")

aws.subscribe(str('dmhc/reset'), fun_dmhc_reset_)
aws.start()
lb_status.set_text('AWS Connected')
_thread.stack_size(0)


# Create a Json with all list data read from sensors and send to AWS cloud
DataJson = {}
while not not len(temp_list):
    DataJson['device_id'] = device_id
    DataJson['heartrate'] = heart_list.pop(0)
    DataJson['spo2'] = spo2_list.pop(0)
    DataJson['temperature'] = temp_list.pop(0)

# Publish to topic dmhc/host_data
aws.publish(str('dmhc/host_data'),str((json.dumps(DataJson))))
lb_status.set_text('Sending data to AWS ...')
_thread.stack_size(0)
lb_status.set_text('Waiting for a new request')

詳細完整的代碼可以在代碼部分下載，文件dmhcV2.py 是完整的MIcroPython代碼。

設備（事物）用戶界面

附加步驟

要創建 wav 格式的聲音文件，AWS Polly可以使用該服務，該服務允許將文本轉換為語音。

您需要創建一個 AWS S3 存儲桶dmhc-bucket和一個wav/文件夾來存儲 AWS Polly 以 mp3 格式生成的文件。最后，下載生成的 mp3 文件并使用online-converter.com服務將它們從 mp3 轉換為 wav。

AWS Polly Text-to-Speach 使用的選項是：

• 語言：美國英語
• 配音：喬安娜，女
• 神經

?

后端軟件（AWS 云架構）

AWS IoT 核心服務

從架構圖中可以看出，后端的主要服務是AWS IoT Core.

如 在 AWS IoT Core 服務中創建事物一章中所述，它注冊每個設備（事物）以使用 MQTT 協議與云進行通信。

為此，dmhc/host_data使用了主題，它允許以 json 格式發布每個探測器生成的數據。

要處理主題接收到的消息并將它們發送到其他服務，必須定義規則，在我們的例子中，我們將在AWS IoT Core.

dmhc_rule_iot_analitycs ：將接收到的消息發送到AWS IoT Analitycs service

• 在 AWS IoT Core 菜單Act 中選擇選項Rules
• 創建規則名稱：dmhc_rule_iot_analytics
• 查詢語句：select * from 'dmhc/host_data'
• 按Add action，選擇Send a message to IoT Analytics
• 按configure action
• 選擇Quick create IoT Analytics resources命名dmhc_host
• 按quick create
• 創建一個新角色：dmhc_host_role

這時候所有AWS IoT Analytics的資源都創建好了：

• dmhc_host_channel
• dmhc_host_pipeline
• dmhc_host_datastore
• dmhc_host_dataset

dmhc_rule_timestream ：將接收到的消息發送到AWS TimeStream

• 在 AWS IoT Core 菜單Act 中選擇選項Rules
• 創建規則名稱：dmhc_rule_timestream
• 查詢語句：SELECT device_id, heartrate, spo2, temperature FROM 'dmhc/host_data'
• 按Add action，選擇Write a message into a Timestream table
• 按Configure action
• 創建一個新的數據庫：dmhc_timestreamdb，標準
• 創建一個新表：dmhc_timestreamtable在數據庫中dmhc_timestreamdb
• 維度：維度名稱“ DeviceID”，值${device_id}
• 時間戳：值 ${timestamp()}，單位 MILLISECONDS
• 選擇角色dmhc_host_role

AWS 物聯網分析服務

AWS IoT Analytics 自動執行分析來自 IoT 設備的數據所需的每個困難步驟。AWS IoT Analytics 在將 IoT 數據存儲在時間序列數據存儲中進行分析之前對其進行過濾、轉換和豐富。

• dmhc_host_channel接收所有消息并將它們發送到
• dmhc_host_pipeline誰驗證和轉換并將它們發送到
• dmhc_host_datastore誰存儲數據并可用于
• dmhc_host_dataset與其他服務共享。

我們需要為每條傳入的消息在一個新的 json 字段中存儲時間戳server_time，并且只允許 spo2<>0 和 temperature<200 的消息，以避免傳感器錯誤讀取提供的錯誤數據。使用 lambda 函數和管道活動我們可以做到。

拉姆達函數：dmhc_TimeStamp

• 語言：Node.js 14.x
• 部分代碼處的源代碼
• 設置角色和權限

// Handler called by IoT Analytics - pipeline dmhc_host_pipeline
exports.handler = function handler(event, context, callback) {
    //Add timestamp to incoming data and name it "server_time"
    event[0].server_time = Date.now();
    // Return the data
    callback(null, event);
};

添加到管道dmhc_host_pipeline兩個活動：

• 使用 Lambda 函數轉換消息
  調用 lambda 函數dmhc_TimeStamp
• 有條件地過濾消息
  設置 spo2 不為 0 且溫度小于 200 條件

數據集dmhc_host_dataset 需要將所有數據保存到dmhc_host_data_iotanalytics.csv文件并將其存儲在存儲桶dmhc-bucket文件夾files/中，以便與創建的 AWS Honeycode 應用程序共享。

我們可以用交付規則創建一個新的數據集Deliver result to S3

ChangeSQL 查詢到：

select heartrate, spo2, temperature, server_time , __dt as day 
from dmhc_host_datastore

亞馬遜 AppFlow 和亞馬遜 Honeycode

Amazon AppFlow 是一項完全托管的集成服務，使您能夠在 Amazon S3 等 AWS 服務之間安全地傳輸數據并將其發送到 Amazon Honeycode。

亞馬遜蜜碼

• 首先創建一個應用程序Amazon Honeycode，
• 創建賬號，登錄
• 使用數據表創建工作簿DMHC Host Probe Datadmhc_data_table
• 重命名表格字段heartrate, spo2, temperature, date,server_time
• 并且可以在向導的幫助下創建表格的詳細表格。

詳細表格可以為每個字段激活一些警報條件，例如當 SpO2 小于 93 或心率>140 時顯示紅色背景值。

表為空，需要 Amazon AppFlow 的幫助以插入從由 AWS IoT Analytics 處理的 DMHC HOST Probe 接收的所有數據并存儲在 AWS S3 Bucket Servicedmhc-bucket中，文件files/dmhc_host_data_iotanalytics.csv

亞馬遜應用流

將成為 S3 和 Honeycode App 之間的橋梁，使用：

• 一個流程dmhc_flow
• 通過 Connection將dmhc-bucket文件夾files與 Amazon Honeycode 連接dmhc_conn
• Honeycode 工作簿DMHC Host Probe Data
• 桌子dmhc_data_table
• 每 5 分鐘增量傳輸一次流觸發
• 并映射csv文件中的所有字段dmhc_data_table
• 應用一些需要的數據截斷

如果選擇新流程dmhc_flow并按下Run flow按鈕，所有數據將插入 Honeycode 應用程序dmhc_data_table，每 5 分鐘更新一次。

在手機的 Honeycode 應用程序中打開應用程序 DMHC 數據表，將看到紅色背景中的所有數據和一些警報。

亞馬遜 QuickSight

借助 Amazon QuickSight，我們可以分析和創建連接到 AWS IoT Analytics 數據集的數據儀表板。

我們可以從大量數據源、數據庫和 AWS 服務中創建數據集。

• 選擇datasets, New dataset,
• 搜索AWS IoT Analytics，
• 選擇dmhc_host_dataset，創建源，它會顯示一個 Spice 數據集。

打開它，可以看到所有的香料信息，并可以刷新或安排自動刷新率。

創建數據集后，我們需要創建一個分析來處理香料中的所有數據。

• 創建分析dmhc_host_analyses
• S選擇香料dmhc_host_dataset
• 添加兩種視覺類型line chart
• 添加 和 的字段X axis，Values請參見下圖。
• 選擇Share 并Publish Dashboard創建儀表板DMHC HOST Probe。

如果選擇創建的儀表板，您可以在瀏覽器中看到它

在手機中打開 QuickSight 應用程序，將看到創建的儀表板。

亞馬遜時間流和 Grafana

Grafana 是另一種用于創建圖形和儀表板的工具，并且有一個用于 Amazon Timestream 的插件。您可以連接到數據庫和表并分析數據時間序列，

我們需要用戶憑證訪問密鑰 ID 和秘密訪問密鑰，以便 Grafana 訪問數據庫和表。

AWS IAM

• 選擇Users,Add user
• 用戶名：dmhc_timestreamuser
• 選擇 AWS 憑證類型：Access key - Programmatic access
• 添加策略：AmazonTimestreamFullAccess
• 保存Access Key ID并Secret access key

在https://grafana.com/創建您的帳戶

• 登錄到您的工作區
• 選擇Configuration并Plugins 添加Amazon Timestream plugin
• 選擇Configuration，Datasources點擊亞馬遜時間流
• 更新Access Key ID并Secret Access Key從dmhc_timestreamuser創建
• 默認區域：us-west-2
• If憑據沒問題，您可以選擇數據庫dmhc_timestreamdb和表dmhc_timestreamtable
• 按保存并測試

• 選擇 + 創建，儀表板
• 添加空面板，將其重命名為 DHMC HOST
• 設置數據源 Amazon Timestream
• 為每個值添加三個查詢

SELECT CREATE_TIME_SERIES(time,measure_value::bigint) as temperature FROM $__database.$__table where $__timeFilter and measure_name = 'temperature'

SELECT CREATE_TIME_SERIES(time,measure_value::bigint) as spo2 FROM $__database.$__table where $__timeFilter and measure_name = 'spo2'

SELECT CREATE_TIME_SERIES(time,measure_value::bigint) as heartrate FROM $__database.$__table where $__timeFilter and measure_name = 'heartrate'

按保存并應用，您現在可以在儀表板中看到所有數據值。

?

Amazon EventBridge、Amazon SNS、AWS Chatbot 和 Amazon Pinpoint

為了控制 DMHC HOST Probe 請求運行狀況檢查的頻率，我們將使用Amazon EventBridge將調用 Lambda 函數的服務，dmhc_ResetDevice以便它使用AWS IoT Core主題向設備發送通知 MQTT，該主題dmhc/reset將告訴您重新啟動并繼續捕獲新數據。

• 拉姆達函數：dmhc_ResetDevice
• 語言：Node.js 14.x
• 部分代碼處的源代碼
• 設置角色和權限：AWSIoTFullAccess和AmazonSNSFullAccess
Change
• 更改 lambda 函數PhoneNume 中的 SMS 參數：xxxxxxxx您的注冊電話號碼，請參閱 AWS PinPoint 部分。

var AWS = require('aws-sdk');

// Define object AWS IoT Core with endpoint
var iotdata = new AWS.IotData({endpoint: 'a2i2bsijbyml6j-ats.iot.us-west-2.amazonaws.com' });
// Define object AWS SNS for SMS and Slack notifications
var sns = new AWS.SNS();

//Call by AWS EventBridge
exports.handler = async(event, context) => {
    //Prepare json data to send notification msg to Slack
    console.log("Send msg to Slack with topic dmhc_sns_topic...");
    var params = {
        Message:  '{ \
                     "version": "0",\
                     "id":"'.concat(context.awsRequestId).concat('",').concat(' \
                     "detail-type":"Is time to check your health! Please go to DMHC Host Probe.", \
                     "source":"aws.events", \
                     "account": "537233203723", \
                     "time":"'.concat(new Date().toISOString()).concat('",').concat(' \
                     "region": "us-west-2" \
                  }')), 
        Subject: "DMHC HOST Probe",
        TopicArn: "arn:aws:sns:us-west-2:537233203723:dmhc_sns_topic"
    };
    // Publish to SNS dmhc_sns_topic
    sns.publish(params, context.done);
    

    // Create publish parameters for SMS Number
    console.log("Send msg to SMS topic...");
    var params = {
      Message: 'Is time to check your health! Please go to DMHC Host Probe.', 
      //Set here your mobile phone number
      PhoneNumber: 'YOUR PHONE NUMBER'
    };
    // Publish to SNS SMS number attach
    sns.publish(params, context.done);

    // Publish to IoT Core topic dmhc/reset
    console.log("Publish in topic dmhc/reset...");
    var params = {
        topic: "dmhc/reset", //send any msg to this topic to reset edukit
        payload: JSON.stringify(event),           
        qos: 0
    };

    //Send reset request to DMHC HOST Probe topic dmhc/reset
    const request = iotdata.publish(params);
    request
        .on('success', () => console.log("Success"))
        .on('error', () => console.log("Error"))
    return new Promise(() => request.send());
};

亞馬遜事件橋

• 創建規則：dmhc_trigger_reset
• 定義模式：固定速率每 30 分鐘
• 目標：Lambda 函數
• 功能：dmhc_ResetDevice

在此之前，Lambda 函數向Amazon SNS服務 topic發送兩條消息dmhc_sns_topic。

亞馬遜社交網絡

創建主題：d??mhc_sns_topic

類型標準

一個由訂閱者處理的正確 json 格式，AWS Chatbot訂閱者將向注冊的 Slack 頻道發送通知dmhc-events。

AWS 聊天機器人

• 配置新客戶端
• 選擇 Slack，配置
• 登錄您的工作區
• 允許 AWS Chatbot 請求訪問您的 Slack 工作區的權限
• 選擇 slack 頻道以發布通知（dmhc-events在您的 slack 工作區中創建）
• 配置新頻道：dmhc_chatbot_slack
• 在 us-west-2 中訂閱 SNS 主題dmhc_sns_topic

另一種是json格式，適合注冊電話號碼類型的用戶向手機發送短信通知。

亞馬遜 PinPoint

我們需要先注冊一個號碼，然后再向其發送 SMS 并使用 Amazon Pinpoint 預置一個免費電話號碼。

當該號碼已注冊并具有原始號碼時，在沙盒環境中只有少量測試和 1 美元的金額，要增加此金額需要創建支持案例和升級到生產的請求。

• 創建一個項目：dmhc_pinpoint_project
• 設置 SMS 和 VoiceSetup SMS 設置
• 驗證沙箱中接收短信的目標號碼（您的電話號碼將 被 lambda 函數使用dmhc_ResetDevice）
• 請求發起免費電話號碼

亞馬遜社交網絡

必須為 SNS 主題創建一個訂閱 SMS 號碼dmhc_sns_topic并在 json 消息中設置subscription filter policy是否存在屬性PhoneNumber，因為 slack 和 SMS 消息發送到同一個主題，并且此策略避免您收到兩條 SMS 消息。

此電話號碼已在 AWS PinPoint中注冊，并將由 lambda 函數使用dmhc_ResetDevice。

概括

此項目中使用的 Amazon Web Services (Oregon us-west-2)

• 物聯網核心
• 物聯網分析
• 拉姆達
• S3
• 應用流
• 秘密經理
• 時間流
• 我是
• 波莉
• SDK
• 事件橋
• 社交網絡
• 聊天機器人
• 查明

前端選項

• 亞馬遜 QuickSight
• 使用 Amazon Honeycode 開發應用程序
• Grafana 儀表板
• 松弛
• 手機短信

硬件物聯網事物

DMHC HOST Probe = AWS IoT Edukit + Heart 單元 + NCIR 單元 + ENVIII 單元