用Z-Blog构建简易NodeMCU环境监测平台

森林生灵 2017/05/27 2107 2
本文最后由 森林生灵 于 2017/06/03 16:14:36 编辑

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        曾用过 Yeelink 做树莓派的环境温度采集监测，唯一不足之处是 Yeelink 平台的用户数据是公开的，缺乏私密性。刚好，最近有一个课程设计的题目也与此有关，于是便想趁此机会做一个和 Yeelink 功能差不多的私有平台。Google 搜索得知 Yeelink 平台使用了 RESTful 架构，简单了解 REST 后，感觉似乎对于一个小型信息监测平台用此有些小题大做了，想起之前学习的 MQTT 协议和开发过的几个Z-BlogPHP 的插件，索性使用了 MQTT + Z-BlogPHP 来做这个平台。

    环境温湿度曲线图

    NodeMCU节点

        数据采集节点使用的是 NodeMCU，在 NodeMCU 上可以像 Arduino 一样操作硬件 IO，用 Node.js 类似语法写网络应用，而且具有GPIO、PWM、I2C、1-Wire、ADC等功能，开发起来比较方便。NodeMCU 节点使用 DHT11 定时读取环境温湿度，并通过 MQTT 将数据发布给订阅端的服务器。

        配置文件：config.lua

    -- config.lua

local module = {}

module.HOST = "127.0.0.1"  -- MQTT Server Host
module.PORT = 1883         -- MQTT Server Port
module.USER = "mosquitto"  -- MQTT User Name
module.PWD = ""            -- MQTT User Password
module.ID = node.chipid()
module.ENDPOINT = "/nodemcu/"
module.DELAY = 600000      -- 10 minutes
module.DHTPIN = 5          -- DHT11 Pin
-- module.PMPIN = 6

return module

        传感器：sensor.lua

    -- sensor.lua

local module = {}

function sensor_data()
    status, temp, humi, temp_dec, humi_dec = dht.read(config.DHTPIN)
    if status == dht.OK then
        --print("DHT Temperature:" .. temp .. "; Humidity:" .. humi)
        pm = 0 -- TODO:
        v = temp + humi + pm
        ok, json = pcall(cjson.encode, {tdata=temp, hdata=humi, pdata=pm, verify=v})
        if ok then
            --print(json)
            return json
        else
            print("JSON Encode Failed")
        end
    elseif status == dht.ERROR_CHECKSUM then
        print("DHT Checksum Error")
    elseif status == dht.ERROR_TIMEOUT then
        print("DHT Read Timeout")
    end

    return 0
end


return module

        Wi-Fi连接：network.lua

    -- network.lua
local module = {}

local function wifi_setup()
    print('Configuring Wifi ...')
    wifi.setmode(wifi.STATIONAP)
    wifi.ap.config({ssid = 'DataEndpoint_' .. config.ID, auth = wifi.OPEN})
    -- print('AP MAC:' .. wifi.ap.getmac())

    enduser_setup.manual(true)
    enduser_setup.start(
        function()
            enduser_setup.stop()
            wifi.setmode(wifi.STATION)
            print('Connected to wifi as:' .. wifi.sta.getip())
            -- print('STA MAC:' .. wifi.sta.getmac())
            mosquitto.start()
        end,
        function(err, str)
            print('Enduser Setup Error #' .. err .. ':' .. str)
        end
    )
end

local function wifi_wait_ip()
    print('Connecting Wifi ...')
    wifi.setmode(wifi.STATION)
    tmr.alarm(6, 8000, tmr.ALARM_SINGLE,
        function()
            if wifi.sta.getip() == nil then
                print('IP unavailable, Waiting for Enduser Mode...')
                wifi_setup()
            else
                print('Connected to wifi as:' .. wifi.sta.getip())
                print('STA MAC:' .. wifi.sta.getmac())
                mosquitto.start()
            end
        end
    )
end

function module.start()
    wifi_wait_ip()
end

return module

        MQTT通信：mosquitto.lua

    -- mosquitto.lua

local module = {}

m = nil

-- TODO:
local function register_device()
    m:subscribe(config.ENDPOINT .. config.ID .. "/control", 1,
        function(client)
            print("Subscribe Success")
        end
    )
end

local function push_data()
    jsondata = sensor_data()
    m:publish(config.ENDPOINT .. config.ID .. "/sensor", jsondata, 1, 0,
        function(client)
            print("Publish Success")
            sensor.DATA = nil
        end
    )
end

local function mqtt_start()
    m = mqtt.Client(config.ID, 120, config.USER, config.PWD)

    -- Registers a callback function for an event
    m:on("connect",
        function(client)
            print("MQTT Connected")
        end
    )

    m:on("message",
        function(client, topic, data)
            if data ~= nil then
                print(topic .. ":" .. data)
                -- TODO:
            end
        end
    )

    -- Connect to broker
    m:connect(config.HOST, config.PORT, 0, 1,
        function(client)
            register_device()
            tmr.stop(5)
            tmr.alarm(5, config.DELAY, tmr.ALARM_AUTO, push_data)
        end,
        function(client, reason)
            print("MQTT Connect Failed:" .. reason)
        end 
    )
end

function module.start()
    mqtt_start()
end

return module

        启动脚本：init.lua

    -- init.lua

config = require('config')
sensor = require('sensor')
network = require('network')
mosquitto = require('mosquitto')

network.start()

    Z-BlogPHP插件

        注册插件

    <?php
    // include.php

    require dirname(__FILE__) . DIRECTORY_SEPARATOR .'function/dbconfig.php';
    RegisterPlugin('ENVChart', 'ActivePlugin_ENVChart');
    
    function ActivePlugin_ENVChart() {
        Add_Filter_Plugin('Filter_Plugin_Zbp_CheckRights', 'ENVChart_CheckRights');
        Add_Filter_Plugin('Filter_Plugin_ViewPost_Template', 'ENVChart_Request');
        Add_Filter_Plugin('Filter_Plugin_Index_Begin', 'ENVChart_Request');
        Add_Filter_Plugin('Filter_Plugin_Admin_TopMenu', 'ENVChart_Admin_TopMenu');
    }

    function ENVChart_DatabaseTable($table, $option) {
        global $zbp;

        if (1 == $option) {
            if (!$zbp->db->ExistTable($zbp->table[$table])) {
                $s = $zbp->db->sql->CreateTable($zbp->table[$table], $zbp->datainfo[$table]);
                $zbp->db->QueryMulit($s);
                return true;
            }
        }
        else if (0 == $option) {
            if ($zbp->db->ExistTable($GLOBALS['table'][$table])) {
                $s = $zbp->db->sql->DelTable($GLOBALS['table'][$table]);
                $zbp->db->QueryMulit($s);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    function ENVChart_CheckRights() {
        global $zbp;
    
        $arr = array(
            array('action' => 'ViewChart', 'level' => 1, 'lang' => '查看图表')
        );
        foreach ($arr as $key => $value) {
            $zbp->actions[$arr[$key]['action']] = $arr[$key]['level'];
            $zbp->lang['actions'][$arr[$key]['action']] = $arr[$key]['lang'];
        }
    }
    
    function ENVChart_Request() {
        global $zbp;
    
        if (isset($_GET['chart'])) {
            chart_page();
            die();
        }
    }
    
    function ENVChart_Admin_TopMenu(&$topmenus) {
        global $zbp;
        $topmenus[] = MakeTopMenu('ViewChart', '查看图表', $zbp->host .'?chart', '', 'topmenu6');
    }
    
    function chart_page() {
        global $zbp;
    
        $article = new Post;
        $article->Title = '环境温湿度曲线图';
        
        $article->IsLock = true;
        $article->Type = ZC_POST_TYPE_PAGE;
    
        $article->Content .= '<style type="text/css">text.highcharts-credits {display: none;}rect.highcharts-background {fill-opacity: 0.9;}</style>';
        if (!$zbp->CheckRights('ViewChart')) {
            $article->Content .= '<div class="textbox_red">没有权限！请 <a href="'. $zbp->host .'?signin">登录</a> 后查看。</div>';
        }
        else {
            if (!$zbp->CheckPlugin('ENVChart')) {$zbp->ShowError(48);die();}
            $article->Content .= '<script src="'. $zbp->host .'zb_users/plugin/ENVChart/code/highstock.js"></script><script src="'. $zbp->host .'zb_users/plugin/ENVChart/code/modules/exporting.js"></script><div id="container" style="height: 400px; min-width: 310px;text-align: center;"></div><script src="'. $zbp->host .'zb_users/plugin/ENVChart/code/script.js"></script>';
        }
    
        $zbp->template->SetTags('title', $article->Title);
        $zbp->template->SetTags('article', $article);
        $zbp->template->SetTemplate($article->Template);
        $zbp->template->SetTags('comments', array());
        $zbp->template->Display();
    }
    
    function InstallPlugin_ENVChart() {
        global $zbp;

        if (ENVChart_DatabaseTable('datachart', 1)) {
            $zbp->SetHint('good', '创建datachart数据表成功！');
        }
        else {
            $zbp->SetHint('bad', '创建datachart数据表失败！可能是数据表已存在。');
        }
    }

    function UninstallPlugin_ENVChart() {}

        数据表结构

    <?php
    // dbconfig.php

    $table['datachart'] = '%pre%datachart';
    $datainfo['datachart'] = array(
        'ID' => array('ID', 'integer', '', 0),
        'Time' => array('Time', 'integer', '', 0),
        'Hdata' => array('Hdata', 'float', '', 0),
        'Tdata' => array('Tdata', 'float', '', 0),
        'Pdata' => array('Pdata', 'float', '', 0)
    );

        订阅 MQTT 主题

        该脚本需要在命令行中执行。phpMQTT 使用的是 https://github.com/bluerhinos/phpMQTT 。Mysqli 使用的是https://git.oschina.net/lanseyujie/codes/1m9oqs4bhwlfka6v7cdiu62 。

    <?php
    if (!isset($_SERVER['SHELL'])) {
        header("HTTP/1.0 404 Not Found");
        die('Please run this script with bash');
    }

    require dirname(__FILE__) . DIRECTORY_SEPARATOR .'function/Mysqli.php';
    require dirname(__FILE__) . DIRECTORY_SEPARATOR .'function/phpMQTT.php';

    $mqtthost = '127.0.0.1';
    $mqttport = 1883;
    $mqttclientid = 'MQTTTEST';
    $mqttusername = '';
    $mqttuserpwd = '';
    $mqttsubtopic = '/nodemcu/10732666/sensor';

    $dbhost = '127.0.0.1';
    $dbport = 3306;
    $dbuser = 'root';
    $dbpwd = '';
    $dbname = '';  // 需要跟 Z-Blog 使用同一数据库
    
    $mqtt = new phpMQTT($mqtthost, $mqttport, $mqttclientid);
    //$mqtt->debug = true;
    if (!$mqtt->connect(true, NULL, $mqttusername, $mqttuserpwd)) {
        exit(1);
    }
    
    $topics[$mqttsubtopic] = array('qos'=>0, 'function'=>'procmsg');
    $mqtt->subscribe($topics, 0);
    while ($mqtt->proc()) {}
    $mqtt->close();

    function procmsg($topic, $msg) {
        echo date('r') ."\n";
        echo 'SubTopic:'. $topic ."\n";
        echo 'MSG:'. $msg ."\n";

        $array = json_decode($msg, true);
        if (!is_null($array) && array_key_exists('verify', $array)) {
            $sum = $array['hdata'] + $array['tdata'] + $array['pdata'];

            if ($sum == $array['verify']) {
                //var_dump($array);
                $db = new Mysqli;
                //$db->debug();
                $db->Connect($dbhost, $dbport, 'utf8', $dbuser, $dbpwd, $dbname);
    
                $time = time();
                $hdata = $array['hdata'];
                $tdata = $array['tdata'];
                $pdata = $array['pdata'];
    
                $db->Insert("INSERT INTO `zbp_datachart` (Time,Hdata,Tdata,Pdata) VALUES ('$time','$hdata','$tdata','$pdata')");
    
                $db->Close();
            }
	    else {
                echo 'Verify Value is '. $array['verify'];
                echo 'But Sum is '. $sum .'!Data Verify Fail';
            }
        }
    }

        JSON 数据输出

    <?php
    // SELECT `Time`,`Hdata` FROM `zbp_datachart` ORDER BY `ID` ASC
    // SELECT `Time`,`Tdata` FROM `zbp_datachart` ORDER BY `ID` ASC
    // SELECT `Time`,`Pdata` FROM `zbp_datachart` ORDER BY `ID` ASC

    header("Access-Control-Allow-Origin: https://www.lanseyujie.com");
    
    require('../../../zb_system/function/c_system_base.php');

    $zbp->Load();
    if (!$zbp->CheckRights('ViewChart')) {
        $zbp->ShowError(6);
        die();
    }
    if (!$zbp->CheckPlugin('ENVChart')) {
        $zbp->ShowError(48);
        die();
    }

    $action = GetVars('name', 'GET');

    if ('humi' == $action || 'temp' == $action || 'pm' == $action) {
        if ('humi' == $action) {
            $column = 'Hdata';
        }
        else if ('temp' == $action) {
            $column = 'Tdata';
        }
        else if ('pm' == $action) {
            $column = 'Pdata';
        }
        $sql = $zbp->db->sql->Select($zbp->table['datachart'], array('Time', $column), null, array('ID' => 'ASC'), null, null);
        $array = $zbp->db->Query($sql);

        //echo $array[0]['Time'];
        //echo $array[1]['Hdata'];
        //echo '<pre>';
        //var_dump($array);

        $array_humi = array();
        foreach ($array as $key => $value) {
            $array_humi[] = array(intval($array[$key]['Time'].'000'), floatval($array[$key][$column]));
        }

        //var_dump($array_humi);
        echo json_encode($array_humi);
    }

    //echo '[[1495043031000,19.3],[1495102348000,20.7],[1495110003000,19.31],[1495115556000,19.32],[1495115842000,15.32],[1495115993000,16.03],[1495116342000,20.32]]';

        HighStock 配置

        HighStock 下载地址：https://www.highcharts.com/products/highstock

    // script.js

Highcharts.setOptions({
	global: {
		useUTC: false
	}
});

var seriesOptions = [],
	seriesCounter = 0,
	names = ['humi', 'temp'];

/**
 * Create the chart when all data is loaded
 * @returns {undefined}
 */

function createChart() {

	Highcharts.stockChart('container', {

		rangeSelector: {
			selected: 4
		},

		yAxis: {
			labels: {
				formatter: function() {
					return (this.value > 0 ? ' + ' : '') + this.value + '%';
				}
			},
			plotLines: [{
				value: 0,
				width: 2,
				color: 'silver'
			}]
		},

		plotOptions: {
			series: {
				compare: 'percent',
				showInNavigator: true
			}
		},

		tooltip: {
			pointFormat: '<span style="color:{series.color}">{series.name}</span>: <b>{point.y}</b> ({point.change}%)<br/>',
			valueDecimals: 2,
			split: true
		},

		series: seriesOptions
	});
}

$.each(names, function(i, name) {

	$.getJSON('https://www.lanseyujie.com/zb_users/plugin/DataChart/json.php?name=' + name.toLowerCase(), function(data) {

		seriesOptions[i] = {
			name: name,
			data: data
		};

		// As we're loading the data asynchronously, we don't know what order it will arrive. So
		// we keep a counter and create the chart when all the data is loaded.
		seriesCounter += 1;

		if (seriesCounter === names.length) {
			createChart();
		}
	});
});

    硬件电路

        原理图

    节点电路原理图

        PCB

    印刷电路板设计图

    印刷电路板实物图

    引脚定义

    1. Serial

    2. FlashMode

    3. Relay

    4. Power

    5. DHT11

    6. WakeUp

    7. Extension

    IoT Z-Blog NodeMCU MQTT
    本文标题：用Z-Blog构建简易NodeMCU环境监测平台
    本文链接：https://www.lanseyujie.com/post/nodemcu-environment-monitoring-platform-with-zblog.html
    作者授权：除特别说明外，本文由 森林生灵 原创编译并授权 蓝色域界 刊载发布。
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