[嵌入式]5.13 综合案例2.0-火焰检测系统

简介

火力发电系统会持续对炉膛中煤的燃烧情况进行监控，防止出现煤熄灭的情况，本案例针对火力发电中防止煤熄灭的场景进行实时监控，如果煤熄灭就报警。
当然也可以反向操作，作为对失火场景的监控。

火焰传感器

1、原理
火焰传感器通过检测火焰中产生的红外线来监测是否着火。远红外火焰传感器能够探测到波长在700纳米～1000纳米范围内的红外光，探测角度为60，其中红外光波长在880纳米附近时，其灵敏度达到最大。远红外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器后可以监测。
2、器件说明
市面上买到的有3根引脚的也有4根引脚的。案例适用4个引脚的。以下有几点需要说明：

• 电源指示LED–显示是否通电
• 模拟信号输出–输出模拟电压值
• 红外线越强模拟信号输出越小，反之越大。
• 灵敏度调节电位器–用来调节判断阈值。
  当模拟信号输出大于该阈值（红外线弱，没火），开关信号输出为1（高电平），开关指示LED灯灭；
  当模拟信号输出小于该阈值（红外线强，着火），开关信号输出为0（低电平），开关指示LED灯亮。

准备

本案例需要的硬件

硬件连接图

代码流程

1、连接阿里云平台。
2、重复读取火焰传感器电压，将数据上传阿里云。
3、使用Web应用功能，显示设备位置、火焰传感器电压变化、设备报警。
4、将报警信号发送至开发板，控制报警开关。

功能实现

1、物联网平台开发

第一次使用物联网平台的读者，需要开通实例后使用物联网平台功能。也可以使用免费的公共实例进行开发，在阿里云物联网平台中，左上角选择‘华东2-上海’，点击‘公共实例’，即可开通。

1、平台产品创建可参考haas506 2.0开发教程-aliyunIoT
2、创建产品属性（添加物模型）

• 选择产品功能定义–编辑草稿
  
• 添加自定义功能
• 添加标识符与数据类型（标识符要与代码一致）
• 点击发布上线
  
• 点击确定
  

2、设备端开发

• 第一次使用开发板的读者可以按照haas5062.0开发教程-导学篇搭建开发环境。
• 搭建完后复制以下代码到Visual Studio Code，复制产品证书到代码相应位置。
  
• main.py

# coding=utf-8
from driver import ADC
from driver import GPIO
import network
import ujson
import utime as time
import modem
from  aliyunIoT import Device
import kv

 
#当iot设备连接到物联网平台的时候触发'connect' 事件
def on_connect(data):
    global module_name,default_ver,productKey,deviceName,deviceSecret,on_trigger,on_download,on_verify,on_upgrade
    print('***** connect lp succeed****')
    data_handle = {}
    data_handle['device_handle'] = device.getDeviceHandle()


#当连接断开时，触发'disconnect'事件
def on_disconnect():
    print('linkkit is disconnected')

#当iot云端下发属性设置时，触发'props'事件
def on_props(request):
    params=request['params']
    params=eval(params)
    warn = params["warning"]
    onoff_data["warning"]= warn
    onoff_data_str=ujson.dumps(onoff_data)
    data1={
        'params':onoff_data_str
        }      
    device.postProps(data1)



#当iot云端调用设备service时，触发'service'事件
def on_service(id,request):
    print('clound req id  is {} , req is {}'.format(id,request))
#当设备跟iot平台通信过程中遇到错误时，触发'error'事件
def on_error(err):
    print('err msg is {} '.format(err))

#网络连接的回调函数
def on_4g_cb(args):
     global g_connect_status
     pdp = args[0]
     netwk_sta = args[1]
     if netwk_sta == 1:
         g_connect_status = True
     else:
         g_connect_status = False

#网络连接
def connect_network():
     global net,on_4g_cb,g_connect_status
     #NetWorkClient该类是一个单例类，实现网络管理相关的功能，包括初始化，联网，状态信息等.
     net = network.NetWorkClient()
     g_register_network = False
     if net._stagecode is not None and net._stagecode == 3 and net._subcode == 1:
         g_register_network = True
     else:
         g_register_network = False
     if g_register_network:
    #注册网络连接的回调函数on(self,id,func);  1代表连接，func 回调函数  ；return 0 成功
         net.on(1,on_4g_cb)    
         net.connect(None)
     else:
         print('网络注册失败')
     while True:
         if g_connect_status:
             print('网络连接成功')
             break
         time.sleep_ms(20)

#动态注册回调函数
def on_dynreg_cb(data):
     global deviceSecret,device_dyn_resigter_succed
     deviceSecret = data
     device_dyn_resigter_succed = True


 # 连接物联网平台
def dyn_register_device(productKey,productSecret,deviceName):
    global on_dynreg_cb,device,deviceSecret,device_dyn_resigter_succed
    key = '_amp_customer_devicesecret'
    deviceSecretdict = kv.get(key)
    print("deviceSecretdict:",deviceSecretdict)
    if isinstance(deviceSecretdict,str):    
        deviceSecret = deviceSecretdict 

    if deviceSecretdict is None or deviceSecret is None:
        key_info = {
            'productKey': productKey  ,
            'productSecret': productSecret ,
            'deviceName': deviceName
            }
        # 动态注册一个设备，获取设备的deviceSecret
        #下面的if防止多次注册，当前若是注册过一次了，重启设备再次注册就会卡住，
        if not device_dyn_resigter_succed:
            device.register(key_info,on_dynreg_cb)   



def upload_value(n):
    global value_data
    value_data["flame"]= n
    value_data_str=ujson.dumps(value_data)
    data={
        'params':value_data_str
        }      
    device.postProps(data)





if __name__ == '__main__':
    ICCID=None
    g_connect_status = False
    net = None
    device = None
    deviceSecret = None
    deviceName = None
    productKey = "a1JuD7ay6Pj"
    productSecret = "yV68ScGy5DgEczVx"
    device_dyn_resigter_succed = False

    # 连接网络
    connect_network()
     # 获取设备的IMEI 作为deviceName 进行动态注册
    deviceName = modem.getDevImei()
    #获取设备的ICCID
    ICCID=modem.sim.getIccid()
    #初始化物联网平台Device类，获取device实例
    device = Device()
    if deviceName is not None and len(deviceName) > 0 :
     #动态注册一个设备
        dyn_register_device(productKey,productSecret,deviceName)
    else:
        print("获取设备IMEI失败，无法进行动态注册")
    while deviceSecret is None:
        time.sleep(0.2)
    print('动态注册成功:' + deviceSecret)

    key_info = {
        'region' : 'cn-shanghai' ,
        'productKey': productKey ,
        'deviceName': deviceName ,
        'deviceSecret': deviceSecret ,
        'keepaliveSec': 60,
        }
    #打印设备信息
    print(key_info)

    #device.ON_CONNECT 是事件，on_connect是事件处理函数/回调函数
    device.on(device.ON_CONNECT,on_connect)
    device.on(device.ON_DISCONNECT,on_disconnect)
    device.on(device.ON_PROPS,on_props)
    device.on(device.ON_SERVICE,on_service)
    device.on(device.ON_ERROR,on_error)
    device.connect(key_info)

    #主程序，
    onoff_data = {}
    onoff_data["warning"]= 0
    onoff_data_str=ujson.dumps(onoff_data)
    data1={
        'params':onoff_data_str
        }      
    device.postProps(data1)

    #火焰传感器
    adc=ADC()
    adc.open("ADC1")
    value_data = {}
    while True:
        value=adc.readVoltage()
        print('v:',value,)
        print('--------------------------------------------')
        upload_value(value)
        time.sleep(1)

    adc.close()

• 使用485串口读取log，配置 “replPort”: 2，串口TTL读取改为0 。
• board.json

{
    "version": "2.0.0",
    "io": {
        "ADC0": {
                "type": "ADC",
                "port": 0,
                "sampling": 12000000
            },
        "ADC1": {
                  "type": "ADC",
                  "port": 1,
                  "sampling": 12000000
            },
        "serial1":{
                "type":"UART",
                "port":0,
                "dataWidth":8,
                "baudRate":115200,
                "stopBits":1,
                "flowControl":"disable",
                "parity":"none"
            },
        "serial2":{
                "type":"UART",
                "port":1,
                "dataWidth":8,
                "baudRate":115200,
                "stopBits":1,
                "flowControl":"disable",
                "parity":"none"
            },
        "serial3":{
                "type":"UART",
                "port":2,
                "dataWidth":8,
                "baudRate":115200,
                "stopBits":1,
                "flowControl":"disable",
                "parity":"none"
            }
        },
    "debugLevel": "ERROR",
    "repl": "enable",
    "replPort": 2
    }
    

调试

• 调试串口使用485端口，打开设备管理器可以查看调试端口号。
  
• 串口调试工具使用putty
  

调试结果

1、串口调试工具log，网络连接成功–动态注册成功–每秒打印火焰传感器电压

2、云端有数据传入，打开实时刷新，显示数据会自动更新。

3、物联网应用开发

以下是物联网应用开发流程，接下来按以下流程介绍Web端应用的开发。

4.1新建‘普通项目’

• 使用阿里云IoTStudio创建项目。
• 在项目管理新建空白项目
  

4.2创建‘Web应用’

• 在新项目的首页新建一个Web应用
  
• Web应用创建成功后自动跳转到应用界面设计页面。点击左侧栏‘组件’按钮图标，就可以看到可用的组件列表。各组件的说明请参考IoT Studio组件说明
  

4.3页面设计

添加三个组件：

实时曲线 显示火焰传感器电压数据变化
指示灯 提示报警状态
设备地图 显示设备位置

• 可以搜索组件，然后拖到画布区
  

4.4关联产品

• 在项目控制台，点击左侧‘产品’点击‘关联物联网平台产品’。并勾选‘关联产品同时关联其下所有设备’，以便该项目可以访问到所有设备的定位信息。
  
  

4.5关联数据源

关联数据源3个步骤：

关联产品
关联设备
关联属性

• 接下来对每个组件进行设置
  1、‘指示灯’，点击配置数据源。
  
  
  
  

• 修改‘指示灯’展示样式，‘报警’/‘停止报警’用不同图片显示。(发电系统正常工作着火，熄火报警用灰色图标显示）
  

• 火焰图片如下：

2、同样方法设置‘实时曲线’显示当前的火焰传感器电压。

3、‘设备地图’设置属性

给设备进行点位

保存设备的位置信息，查看每个位置的设备信息。

配置设备显示信息，再保存一次

4.6业务逻辑开发

业务逻辑的主要目的是让用户设定物联网设备端的行为逻辑，常规的物联网系统都是在设备端固化行为逻辑，出厂后修改设备行为需要OTA升级，需要与开发者沟通。云端的业务逻辑用户可以自行更改。

• 新建一条业务逻辑
  
• 创建完成后，系统会自动进入到业务逻辑界面。点击节点开始逻辑设计。
  

逻辑需求，对上报的火焰传感器电压进行判断，高于设定数值报警，否则关闭报警。
需要设定一下四个节点：

	设备触发节点
	条件判断节点
	开启报警节点
	关闭报警节点

①从左侧拖出相应节点

②建立节点间的关联关系，拖动鼠标将节点连接

③业务逻辑编辑

设备触发设置

条件判断设置
	用户可以在这个位置设定判断阈值

设备行为设定

• 依次点击保存与部署
  

4.7预览与发布上线

• 返回到火焰监控报警界面，点击保存，点击预览后可以看到界面效果。
  
• 可以看到设备位置，当前传感器状态，报警状态，传感器电压的变化曲线信息
  

4.8在线调试

通过阿里云平台在线调试也可以远程控制报警开关。

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