Делаем Smart Point или «Интернет-вещь» своими руками29.05.2014 13:35

В этой статье я опишу концепцию и пример практической реализации компактной платформы для создания решений в области домашней автоматики и Интернета Вещей.image

Заинтересовашихся прошу под кат.

Вместо введенияВ последнее время наблюдается ярко выраженная тенденция роста интереса к такой области информационных технологий, как автоматизация жизнедеятельности. Автоматизация сама по себе явление далеко не новое и уже десятки лет для большинства промышленных производств является не прихотью, а необходимостью, без которой просто немыслимо выживание бизнеса в условиях жёсткой конкуренции. Так почему же только сейчас мы так много слышим про Интернет Вещей (Internet of Things), M2M (Machine-to-machine) коммуникации и прочие «умные» технологии? Возможно, причиной является то, что, как и во многих подобных случаях, была набрана некая «критическая масса» инноваций в купе с доступностью элементной базы для широкой публики. Так же, как когда-то развитие Интернета и доступность интернет-технологий породило целую волну информационных проектов, меняющих мир до сих пор, так и сейчас мы становимся свидетелями того, как из таких «кирпичиков» как программирование, микро-электроника, Интернет создаётся множество интересных бытовых решений. Далеко не все из них «взлетят» и это абсолютно нормально, но многие из них могут быть основой (или вдохновением) для чего-то действительно потрясающего.Лично я этим очень активно интересуюсь уже не первый год, и, возможно, некоторые слышали про открытый проект Умного Дома MajorDoMo, к созданию и работе над которым я имею удовольствие относиться. Но сейчас речь не о нём, а о некотором параллельном проекте, очередном эксперименте, если хотите, который меня увлёк некоторое время назад и результатами которого я делюсь в этой статье.

Имея в «багаже» проект платформы Умного Дома, я задумался о том, что хоть он и является очень гибким в применении, но большое количество возможностей требует соответствующего оборудования, что не всегда удобно и практично. Для каких-то задач «малой» автоматизации можно обойтись и одним микроконтроллером, но здесь уже теряем в гибкости и повышаем требования к квалификации пользователя. Для меня показалось очевидным, что есть необходимость в неком промежуточном варианте — достаточно компактном и энерго-эффективном, но при этом гибком в настройке и использовании. Дадим рабочее название этому варианту «Умная Точка» или SmartPoint. Попутно сформировался целый список пожеланий по возможностям, которые было бы здорово в этом устройстве получить.

Задача Итак, от лирики к практике. Вот основные требования к устройству SmartPoint: Гибкая система правил для реакции на события от сенсоров Веб-интерфейс для «ручного» управления HTTP API для интеграции в более сложный комплекс Работа ONLINE — доступ к веб-интерфейсу устройства через Интернет без статического IP и «проброса» портов на маршрутизаторе Работа OFFLINE — функционирование настроенного устройства не должно зависеть от наличия доступа в Интернет Дополнительные (практические) пожелания для устройства:

Работа по WiFi Наличие встроенных сенсоров и исполнительных модулей (устройство должно иметь практическую пользу сразу «из коробки», а не «в теории») Беспроводной «локальный» интерфейс для взаимодействия с более простыми датчиками/исполнительными модулями Интернет-сервис (личный кабинет) для настройки и мониторинга работы устройства Контроллер, хост, периферия Обдумывая снова и снова концепцию, а так же немалый набор «хотелок» пришёл к выводу, что одним микроконтроллером обойтись не получится. Во-первых, я всё-таки не настолько хорошо умею их программировать, чтобы на низком уровне реализовать всё задуманное, а во-вторых, далеко не всякий контроллер вынесет такой аппетит пожеланий. Было решено пойти по пути наименьшего сопротивления — разделить устройство на две логические части: одна («контроллер») будет на базе микроконтроллера и отвечать за элементарное взаимодействие с «железом», а вторая («хост») на базе встроенного Linux, отвечать за более высокий уровень (интерфейс, система правил, API). В качестве первого блока был выбран (угадайте!) микроконтроллер Arduino, а в качестве второго блока в дело пошёл роутер TP-Link WR703N с прошивкой OpenWRT (заметка: было успешно собрано пара аналогичных устройств на роутере DLink Dir-320). Предвидя праведный гнев, спешу напомнить, что задача у нас в первую очередь проверить на прототипе жизнеспособность концепции, а не спроектировать и собрать коммерческое устройство. Кроме того, использование данных компонентов облегчает повторение устройства — да здравствует open-source! Использование же Arduino позволяет применить опыт подключения бесконечного разнообразия датчиков и исполнительных модулей к нашему устройству.Роутер TP-Link WR703Nimage

Микроконтроллер Arduino Nano: image

В качестве первоначального набора периферии были выбраны следующие элементы:

Набор периферии, как вы понимаете, может быть другим, но в данном примере я взял именно этот исходя из упомянутого выше принципа «практической полезности». Таким образом, устройство у нас сможет реагировать на нажатие кнопки, на движение, на изменение температуры, а так же принимать данные от внешних датчиков (в данном случае использовался описанный ранее на хабре протокол) и управлять силовыми модулями системы Noolite (про модуль управления отдельная история и на фотографии не коммерческий экземпляр модуля, а один из ранних прототипов от производителя, попавший ко мне на испытания).

Объединив наброски по реализации и первоначальные требования, получаем вот такую структурную схему устройства: image

Пояснения к схеме:

Устройство состоит из микроконтроллера, взаимодействующего с проводной/беспроводной периферией, и ядра, отвечающего за логику обработки входящих данных и интерфейсы Имеется API и веб-интерфейс для приёма команд от внешних «терминалов» (компьютеры, телефоны и т.п.) Устройство на связи с внешним сервисом для загрузки правил, отправки уведомлений и приёма команд Подготовка микроконтроллера У микроконтроллера две основные задачи: во-первых, выдавать в консоль события от внешних устройств, и, во-вторых, принимать из консоли команды для передачи на подключенную периферию.Ниже приведён текст скетча с учётом специфики перечисленной выше периферии. В нашем случае кнопка подключена на PIN4, датчик движения на PIN3, датчик температуры на PIN9, радиоприёмник на PIN8 и модуль Noolite на PIN-ы 10, 11.

Скетч для контроллера #include #include #include #include #include //Needed to access the eeprom read write functions #include

#define PIN_LED (13) // INDICATOR #define PIN_PIR (3) // BUTTON #define PIN_BUTTON (4) // BUTTON #define PIN_LED_R (6) // INDICATOR RED #define PIN_LED_G (5) // INDICATOR GREEN #define PIN_LED_B (7) // INDICATOR BLUE #define PIN_RF_RECEIVE (8) // EASYRF RECEIVER #define PIN_TEMP (9) // TEMPERATURE SENSOR #define PIN_NOO_RX (10) // RX PIN (connect to TX on noolite controller) #define PIN_NOO_TX (11) // TX PIN (connect to RX on noolite controller) #define TEMP_ACC (0.3) // temperature accuracy #define PERIOD_READ_TEMP (20) // seconds #define PERIOD_SEND_TEMP (600) // seconds (10 minutes) #define PERIOD_SEND_UPTIME (300) // seconds (5 minutes)

#define NOO_BUF_LEN (12)

unsigned int unique_device_id = 0;

long int uptime = 0; long int old_uptime = 0; float sent_temperature=0; int sent_pir=0; int sent_button=0; int sent_button_longlick=0; long int timeCheckedTemp=0; long int timeSentTemp=0; long int timeSentUptime=0; long int timeButtonPressed=0;

String inData;

//create objects SoftwareSerial mySerial (PIN_NOO_RX, PIN_NOO_TX); // RX, TX OneWire oneWire (PIN_TEMP); DallasTemperature sensors (&oneWire); EasyTransferVirtualWire ET;

unsigned int last_packet_id = 0;

struct SEND_DATA_STRUCTURE{ //put your variable definitions here for the data you want to send //THIS MUST BE EXACTLY THE SAME ON THE OTHER ARDUINO //Struct can’e be bigger then 26 bytes for VirtualWire version unsigned int device_id; unsigned int destination_id; unsigned int packet_id; byte command; int data; };

//give a name to the group of data SEND_DATA_STRUCTURE mydata;

//This function will write a 2 byte integer to the eeprom at the specified address and address + 1 void EEPROMWriteInt (int p_address, unsigned int p_value) { byte lowByte = ((p_value >> 0) & 0xFF); byte highByte = ((p_value >> 8) & 0xFF);

EEPROM.write (p_address, lowByte); EEPROM.write (p_address + 1, highByte); }

//This function will read a 2 byte integer from the eeprom at the specified address and address + 1 unsigned int EEPROMReadInt (int p_address) { byte lowByte = EEPROM.read (p_address); byte highByte = EEPROM.read (p_address + 1);

return ((lowByte << 0) & 0xFF) + ((highByte << 8) & 0xFF00); }

void nooSend (byte channel, byte buf[NOO_BUF_LEN]) { buf[0]=85; buf[1]=B01010000; // buf[4]=0; buf[5]=channel; buf[9]=0; int checkSum; for (byte i=0; i<(NOO_BUF_LEN-2);i++) { checkSum+=buf[i]; } buf[10]=lowByte(checkSum); buf[11]=170; Serial.print("Sending: "); for(byte i=0;i<(NOO_BUF_LEN);i++) { Serial.print(buf[i]); if (i!=(NOO_BUF_LEN-1)) { Serial.print('-'); } } Serial.println(""); for(byte i=0;i<(NOO_BUF_LEN);i++) { mySerial.write(buf[i]); } }

void noolitePair (byte channel) { byte buf[NOO_BUF_LEN]; for (byte i=0; i<(NOO_BUF_LEN);i++) { buf[i]=0; } buf[2]=15; buf[3]=0; nooSend(channel,buf); }

void nooliteUnPair (byte channel) { byte buf[NOO_BUF_LEN]; for (byte i=0; i<(NOO_BUF_LEN);i++) { buf[i]=0; } buf[2]=9; buf[3]=0; nooSend(channel,buf); }

void nooliteTurnOn (byte channel) { byte buf[NOO_BUF_LEN]; for (byte i=0; i<(NOO_BUF_LEN);i++) { buf[i]=0; } buf[2]=2; buf[3]=0; nooSend(channel,buf); }

void nooliteTurnOff (byte channel) { byte buf[NOO_BUF_LEN]; for (byte i=0; i<(NOO_BUF_LEN);i++) { buf[i]=0; } buf[2]=0; buf[3]=0; nooSend(channel,buf); }

void nooliteSwitch (byte channel) { byte buf[NOO_BUF_LEN]; for (byte i=0; i<(NOO_BUF_LEN);i++) { buf[i]=0; } buf[2]=4; buf[3]=0; nooSend(channel,buf); }

void nooliteLevel (byte channel, byte level) { byte buf[NOO_BUF_LEN]; for (byte i=0; i<(NOO_BUF_LEN);i++) { buf[i]=0; } buf[2]=6; buf[3]=1; buf[6]=level; nooSend(channel,buf); }

void blinking (int count) { for (int i=0; i

void setColor (int r, int g, int b) { digitalWrite (PIN_LED_R, r); digitalWrite (PIN_LED_G, g); digitalWrite (PIN_LED_B, b); }

void setup () { randomSeed (analogRead (0)); pinMode (PIN_LED, OUTPUT); pinMode (PIN_LED_R, OUTPUT); pinMode (PIN_LED_G, OUTPUT); pinMode (PIN_LED_B, OUTPUT); pinMode (PIN_PIR, INPUT); pinMode (PIN_BUTTON, INPUT); Serial.begin (9600); // Debugging only

ET.begin (details (mydata)); // Initialise the IO and ISR vw_set_rx_pin (PIN_RF_RECEIVE); vw_setup (2000); // Bits per sec vw_rx_start (); // Start the receiver PLL running // Device ID Serial.print («Getting Device ID…»); unique_device_id=EEPROMReadInt (0); if (unique_device_id<10000 || unique_device_id>60000 || unique_device_id==26807) { Serial.print («N/A, updating…»); unique_device_id=random (10000, 60000); EEPROMWriteInt (0, unique_device_id); } Serial.println (unique_device_id); pinMode (PIN_NOO_RX, INPUT); pinMode (PIN_NOO_TX, OUTPUT); mySerial.begin (9600); }

void loop () { uptime=round (millis ()/1000); if (uptime!=old_uptime) { Serial.print («Up:»); Serial.println (uptime); old_uptime=uptime; if (((uptime-timeSentUptime)>PERIOD_SEND_UPTIME) || (timeSentUptime>uptime)) { timeSentUptime=uptime; Serial.print («P:»); Serial.print (random (65535)); Serial.print (»; F:»); Serial.print (»0»); Serial.print (»; T:0; C:»); Serial.print (»24»); Serial.print (»; D:»); Serial.print (uptime); Serial.println (»;»); } } int current_pir=digitalRead (PIN_PIR); if (current_pir!=sent_pir) { Serial.print (millis ()/1000); Serial.print (» Motion sensor:»); Serial.println (current_pir); Serial.print («P:»); Serial.print (random (65535)); Serial.print (»; F:»); Serial.print (»0»); Serial.print (»; T:0; C:»); Serial.print (»12»); Serial.print (»; D:»); Serial.print (»1»); Serial.println (»;»); sent_pir=(int)current_pir; } int current_button=digitalRead (PIN_BUTTON); if (current_button!=sent_button) { delay (50); int confirm_current_button=digitalRead (PIN_BUTTON); if (confirm_current_button==current_button) {

if (current_button==1) { timeButtonPressed=millis (); sent_button_longlick=0; } if (current_button==0) { if (sent_button_longlick!=1) { Serial.print (millis ()/1000); Serial.print (» Button press:»); Serial.println (current_button); Serial.print («P:»); Serial.print (random (65535)); Serial.print (»; F:»); Serial.print (»0»); Serial.print (»; T:0; C:»); Serial.print (»23»); Serial.print (»; D:»); Serial.print (»3»); Serial.println (»;»); } } sent_button=(int)current_button; } } else { if (current_button==1) { int passed=millis ()-timeButtonPressed; if ((passed>3000) && (sent_button_longlick!=1)) { sent_button_longlick=1; Serial.print (millis ()/1000); Serial.print (» Button long press:»); Serial.println (current_button); Serial.print («P:»); Serial.print (random (65535)); Serial.print (»; F:»); Serial.print (»0»); Serial.print (»; T:0; C:»); Serial.print (»23»); Serial.print (»; D:»); Serial.print (»4»); Serial.println (»;»); } } else { sent_button_longlick=0; } } if (((uptime-timeCheckedTemp)>PERIOD_READ_TEMP) || (timeCheckedTemp>uptime)) { // TEMP SENSOR 1 float current_temp=0; sensors.requestTemperatures (); current_temp=sensors.getTempCByIndex (0); if (current_temp>-100 && current_temp<50) { timeCheckedTemp=uptime; Serial.print("Temp sensor: "); Serial.println(current_temp); float diff=(float)sent_temperature-(float)current_temp; if ((abs(diff)>=TEMP_ACC) || ((uptime-timeSentTemp)>PERIOD_SEND_TEMP)) { // timeSentTemp=uptime; sent_temperature=(float)current_temp; Serial.print («P:»); Serial.print (random (65535)); Serial.print (»; F:»); Serial.print (»0»); Serial.print (»; T:0; C:»); Serial.print (»10»); Serial.print (»; D:»); Serial.print ((int)(current_temp*100)); Serial.println (»;»); } } else { //Serial.print («Incorrect T:»); //Serial.println (current_temp); } } if (Serial.available ()) { char c=Serial.read (); if (c == '\n' || c == ';') { Serial.println (inData); int commandProcessed=0; if (inData.equals («blink»)) { Serial.println («BLINKING!»); blinking (3); commandProcessed=1; } if (inData.startsWith («pair»)) { commandProcessed=1; inData.replace («pair»,»); noolitePair (inData.toInt ()); } if (inData.startsWith («on»)) { commandProcessed=1; inData.replace («on»,»); nooliteTurnOn (inData.toInt ()); } if (inData.startsWith («off»)) { commandProcessed=1; inData.replace («off»,»); nooliteTurnOff (inData.toInt ()); } if (inData.startsWith («switch»)) { commandProcessed=1; inData.replace («switch»,»); nooliteSwitch (inData.toInt ()); } if (inData.startsWith («level»)) { commandProcessed=1; inData.replace («level»,»); int splitPosition; splitPosition=inData.indexOf ('-'); if (splitPosition!= -1) { String paramString=inData.substring (0, splitPosition); int channel=paramString.toInt (); inData=inData.substring (splitPosition+1, inData.length ()); nooliteLevel (channel, inData.toInt ()); } } if (inData.startsWith («unpair»)) { commandProcessed=1; inData.replace («unpair»,»); nooliteUnPair (inData.toInt ()); } if (inData.startsWith («color-»)) { commandProcessed=1; inData.replace («color-»,»); if (inData.equalsIgnoreCase («r»)) { setColor (255,0,0); } if (inData.equalsIgnoreCase («g»)) { setColor (0,255,0); } if (inData.equalsIgnoreCase («b»)) { setColor (0,0,255); } if (inData.equalsIgnoreCase («w»)) { setColor (255,255,255); } if (inData.equalsIgnoreCase («off»)) { setColor (0,0,0); } } if (commandProcessed==0) { Serial.print («Unknown command:»); Serial.println (inData); } inData=»; Serial.flush (); } else { inData += ©; } } if (ET.receiveData ()) { digitalWrite (PIN_LED, HIGH); if (last_packet_id!=(int)mydata.packet_id) { Serial.print («P:»); Serial.print (mydata.packet_id); Serial.print (»; F:»); Serial.print (mydata.device_id); Serial.print (»; T:»); Serial.print (mydata.destination_id); Serial.print (»; C:»); Serial.print (mydata.command); Serial.print (»; D:»); Serial.print (mydata.data); Serial.println (»;»); last_packet_id=(int)mydata.packet_id; } digitalWrite (PIN_LED, LOW); } if (mySerial.available ()) Serial.write (mySerial.read ()); }

Работу контроллера с периферией можно проверить и без подключения его к хост-модулю, а просто после прошивки запустить монитор порта и посмотреть, что выдаётся в консоль. Именно этот поток данных и будет получать хост-модуль, только он ещё сможет на него реагировать в соответствии с установленными правилами.Подготовка хост-модуля (роутера) Очень подробно останавливаться на прошивке роутера системой OpenWRT и последующей настройке в рамках данной статьи я не буду, а лучше дам ссылку на более полную инструкцию. В итоге у нас должен быть роутер в режиме клиента локальной WiFi-сети с выходом в интернет, а так же корректно определяющий подключенный микроконтроллер в качестве COM-порта.Следующий шаг это трансформация нашего роутера в хост-модуль. Я использовал интерпретатор Bash для написания скриптов хост-модуля, т.к. мне показался он достаточно удобным и универсальным, т.е. не привязывающим платформу хост-модуля к какой-то определённой «железной» реализации — вместо роутера с OpenWRT может быть любое устройство со встроенным Linux-ом, лишь бы был Bash и драйверы для подключения микроконтроллера.

Алгоритм работы хост-модуля можно представить следующими пунктами:

Инициализация — загрузка правил работы данного устройства из внешнего веб-сервиса (при его доступности), а так же установка канала связи с микроконтроллером Приём данных от контроллера и обработка их в соответствии с загруженными правилами На уровне исходного кода это выглядит следующим образом:

Файл настроек (/ect/master/settings.sh) MASTER_ID=«AAAA-BBBB-CCCC-DDDD» ARDUINO_PORT=/dev/ttyACM0 ARDUINO_PORT_SPEED=9600 UPDATES_URL=«http://connect.smartliving.ru/rules/» DATA_PATH=»/etc/master/data» WEB_PATH=»/www» ONLINE_CHECK_HOST=»8.8.8.8» LOCAL_BASE_URL=«http://connect.dev» Файл основного скрипта обработки (/etc/master/cycle.sh) #!/bin/bash

# settings . /etc/master/settings.sh

# STEP 0 # wait to be online COUNTER=0 while [ $COUNTER -lt 5 ]; do ping -c 1 $ONLINE_CHECK_HOST if [[ $? = 0 ]]; then echo Network available. break; else echo Network not available. Waiting… sleep 5 fi let COUNTER=COUNTER+1 done

#--------------------------------------------------------------------------- # START

if [ ! -d »$DATA_PATH» ]; then mkdir $DATA_PATH chmod 0666 $DATA_PATH fi

while: do

#--------------------------------------------------------------------------- # Downloading the latest rules from the web echo Getting rules from $UPDATES_URL? id=$MASTER_ID wget -O $DATA_PATH/rules_set.tmp $UPDATES_URL? id=$MASTER_ID if grep -Fq «Rules set» $DATA_PATH/rules_set.tmp then mv $DATA_PATH/rules_set.tmp $DATA_PATH/rules_set.sh else echo Incorrect rules file fi

#---------------------------------------------------------------------------

# Reading all data and sending to the web ALL_DATA_FILE=$DATA_PATH/all_data.txt rm -f $ALL_DATA_FILE echo -n id=$MASTER_ID>>$ALL_DATA_FILE echo -n »&data=»>>$ALL_DATA_FILE FILES=$DATA_PATH/*.dat for f in $FILES do #echo «Processing $f file…» OLD_DATA=`cat $f` fname=${f##*/} PARAM=${fname/.dat/} echo -n »$PARAM|$OLD_DATA;»>>$ALL_DATA_FILE done ALL_DATA=`cat $ALL_DATA_FILE` echo Posting: $UPDATES_URL?$ALL_DATA wget -O $DATA_PATH/data_post.tmp $UPDATES_URL?$ALL_DATA rm -f $DATA_PATH/*.dat #---------------------------------------------------------------------------

# Downloading the latest menu from the web echo Getting menu from $UPDATES_URL/menu2.php? download=1\&id=$MASTER_ID wget -O $DATA_PATH/menu.tmp $UPDATES_URL/menu2.php? download=1\&id=$MASTER_ID if grep -Fq «stylesheet» $DATA_PATH/menu.tmp then mv $DATA_PATH/menu.tmp $WEB_PATH/menu.html else echo Incorrect menu file fi #---------------------------------------------------------------------------

START_TIME=»$(date +%s)» # main cycle stty -F $ARDUINO_PORT ispeed $ARDUINO_PORT_SPEED ospeed $ARDUINO_PORT_SPEED cs8 ignbrk -brkint -imaxbel -opost -onlcr -isig -icanon -iexten -echo -echoe -echok -echoctl -echoke noflsh -ixon -crtscts

#--------------------------------------------------------------------------- while read LINE; do

echo $LINE

PASSED_TIME=»$(($(date +%s)-START_TIME))»

# Processing incoming URLs from controller REGEX='^GET (.+)$' if [[ $LINE =~ $REGEX ]] then URL=$LOCAL_BASE_URL${BASH_REMATCH[1]} #-URL=$LOCAL_BASE_URL wget -O $DATA_PATH/http.tmp $URL echo Getting URL echo $URL fi

PACKET_ID=» DATA_FROM=» DATA_TO=» DATA_COMMAND=» DATA_VALUE=»

REGEX='^P:([0–9]+); F:([0–9]+); T:([0–9]+); C:([0–9]+); D:([0–9]+);$'

if [[ $LINE =~ $REGEX ]] then PACKET_ID=${BASH_REMATCH[1]} DATA_FROM=${BASH_REMATCH[2]} DATA_TO=${BASH_REMATCH[3]} DATA_COMMAND=${BASH_REMATCH[4]} DATA_VALUE=${BASH_REMATCH[5]} DATA_FILE=$DATA_PATH/$DATA_FROM-$DATA_COMMAND.dat echo -n $DATA_VALUE>$DATA_FILE fi

if [ -f $DATA_PATH/incoming_data.txt ]; then echo «New incoming data:»; echo `cat $DATA_PATH/incoming_data.txt` cat $DATA_PATH/incoming_data.txt>$ARDUINO_PORT rm -f $DATA_PATH/incoming_data.txt fi

ACTION_RECEIVED=» if [ -f $DATA_PATH/incoming_action.txt ]; then ACTION_RECEIVED=`cat $DATA_PATH/incoming_action.txt` echo «New incoming action: $ACTION_RECEIVED» rm -f $DATA_PATH/incoming_action.txt fi

. $DATA_PATH/rules_set.sh

if [ -f $DATA_PATH/reboot ]; then echo «REBOOT FLAG» rm -f $DATA_PATH/reboot break; fi done < $ARDUINO_PORT done #--------------------------------------------------------------------------- echo Cycle stopped. В настройках можно видеть, что у устройства есть уникальный идентификатор (MASTER_ID), который используется для взаимодействия с веб-сервисом (напомню, что наличие постоянного соединения с ним не обязательно).В ходе работы основного скрипта используется каталог /etc/master/data/ для хранения загруженного кода правил, значений последних показаний датчиков, а так же для работы некоторых конструкций системы правил (например, таймеров).

Полный набор файлов можно загрузить по данной ссылке.

Система правил О системе правил было в общих чертах сказано выше, так что здесь остановлюсь на ней немного подробнее. Фактически, каждое правило представляет собой набор bash-инструкций. Первая часть этого набора, назовём её Активатор, проверяет входящие данные на предмет соответствия данному правилу, а вторая часть (Исполнитель) непосредственно исполняет какие-то действия.Возможные условия активации правила:

Получение строки определённого формата от микроконтроллера Получение команды определённого формата от внутреннего (кнопка, движение, температура) либо внешнего (беспроводного) датчика «Ручная» активации через API или другое правило (запуск сценария) Возможные действия:

Установка значения переменной Отправка строки/команды в контроллер датчиков (для внутренней обработки либо для внешнего устройства) HTTP-запрос на внешнюю веб-систему Запуск shell-комадны (Linux) Запуск сценария Отложенные действия по таймеру Пример исходного кода правила # RULE 2 Forwarder RCSwitch (regex) MATCHED_RULE2='0' REGEX='^RCSwitch:(.+)$' if [[ $LINE =~ $REGEX ]] then MATCHED_RULE2=»1» fi

# RULE 2 ACTIONS if [[ »$MATCHED_RULE2» == »1» ]] then

#Action 2.1 (http) echo «HTTP request: http://192.168.0.17/objects/? script=RCSwitch&rcswitch=${BASH_REMATCH[1]}» wget -O $DATA_PATH/http.tmp http://192.168.0.17/objects/? script=RCSwitch\&rcswitch=${BASH_REMATCH[1]} fi Настройка правил производится через личный кабинет пользователя после регистрации устройства в веб-системе (сейчас вся серверная составляющая реализована как часть проекта connect.smartliving.ru). Программировать при этом не нужно, веб-система сама преобразует заданные пользователем правила в bash-команды. Со стороны пользователя интерфейс настройки выглядит примерно так: imageБолее подробно об использовании системы правил можно почитать на одной из страниц документации проекта.

Интерфейс и API В принципе, вышеперечисленного вполне достаточно для создания автономного модуля, однако, список пожеланий был длинным, как и путь к реализации. Следующим шагом стало создание веб-интерфейса и API. Шаг этот достаточно не сложный, по сравнению с предыдущими, и реализован он был по схожему принципу. На хост-устройстве уже имеется веб-сервер, так что для реализации API был создан ещё один bash-скрипт и размещён в /www/cgi-bin/masterИсходный код скрипта /www/cgi-bin/master #!/bin/bash

DATA_PATH=»/etc/master/data»

echo «Content-type: text/plain» echo »

# Save the old internal field separator. OIFS=»$IFS»

# Set the field separator to & and parse the QUERY_STRING at the ampersand. IFS=»${IFS}&» set $QUERY_STRING Args=»$*» IFS=»$OIFS»

# Next parse the individual «name=value» tokens.

ARG_VALUE=» ARG_VAR=» ARG_OP=» ARG_LINE=»

for i in $Args; do

# Set the field separator to = IFS=»${OIFS}=» set $i IFS=»${OIFS}»

case $1 in # Don’t allow »/» changed to » ». Prevent hacker problems. var) ARG_VAR=»`echo -n $2 | sed 's|[\]||g' | sed 's|%20| |g'`» ;; # value) ARG_VALUE=$2 ;; line) ARG_LINE=$2 ;; op) ARG_OP=$2 ;; *) echo »

Warning:»\ »
Unrecognized variable \'$1\' passed.
» ;;

esac done

# Set value #ARG_OP=«set»

#echo $ARG_OP

if [[ »$ARG_OP» == «set» ]] then # echo «Set operation
» echo -n »$ARG_VALUE»>$DATA_PATH/$ARG_VAR.dat echo «OK» fi

if [[ »$ARG_OP» == «get» ]] then # echo «Get operation
» cat $DATA_PATH/$ARG_VAR.dat fi

if [[ »$ARG_OP» == «send» ]] then # echo «Send
» echo -n $ARG_LINE>>$DATA_PATH/incoming_data.txt echo «OK» fi

if [[ »$ARG_OP» == «action» ]] then # echo «Action
» echo -n $ARG_LINE>>$DATA_PATH/incoming_action.txt echo «OK» fi

if [[ »$ARG_OP» == «refresh» ]] then # echo «Send
» echo «Web»>$DATA_PATH/reboot echo «OK» fi

if [[ »$ARG_OP» == «run» ]] then # echo «Run
» echo `$ARG_LINE` fi Этот скрипт обеспечивает следующие команды API:

Установка значения переменнойhttp://адрес_устройства/cgi-bin/master? op=set&var=Variable1&value=Value1Устанавливает значение переменной Variable1 в Value1

Получение значения переменнойhttp://адрес_устройства/cgi-bin/master? op=get&var=Variable1Возвращает значение переменной Variable1

Отправка данных в контроллерhttp://адрес_устройства/cgi-bin/master? op=send&line=SomeDataОтправляет строчку SomeData в подключенный контроллер

Активация действияhttp://адрес_устройства/cgi-bin/master? op=action&line=SomeActionИнициализирует действие SomeAction, описанное в правилах (тип «Активные действия»)

Принудительно обновление правилhttp://адрес_устройства/cgi-bin/master? op=refreshИнициализирует принудительное обновление (скачивание) правил и веб-интерфейса без перезагрузки устройства

Системная командаhttp://адрес_устройства/cgi-bin/master? op=run&line=SomeCommandИнициализирует выполнение SomeCommand в оболочке системы (например, использование «reboot» перезапустит устройство)

После API был веб-интерфейс. С ним обошлись так же, как и с правилами — настраиваем его на веб-сервисе и обновляем на устройстве на том же этапе инициализации. Вот как выглядит интерфейс создания меню управления для устройства: image

Чтобы не изобретать колесо, был взят легковесный frontend-фрэймворк Kraken и закинут в папку /www/kraken-master. После инициализации в папке /www/ появляется файл menu.html и соответственно обращаться к нашему настроенному веб-интерфейсу можно по адресу http://адрес_устройства/menu.html. Такой вид адреса выбран не случайно, а для совместимости с приложением MajorDroid — мелкая деталь, но я за универсальность и совместимость всего и вся, так что, почему бы и нет.

Работа в режиме Online «Ух, ну и системка получается и это ещё не всё?» — спросите вы. Ну почти, осталась самая малость. Точнее «малость» для пользователя, но большой этап для разработчика (так часто бывает). А именно — работа с устройством через Интернет. Казалось бы, имеется веб-интерфейс, пробрасывай порты на роутере и пользуйся на здоровье. Но это не наши методы, наши методы в упрощении жизни окружающим (и усложнении себе). Предположим худшее — нет возможности изменить настройки роутера и сделать форвард портов. Или же предполагается использование множества подобных устройств в одной сети и к каждой (гипотетически) хочется иметь возможность обращаться извне. Решение было таковым — устройство само должно инициировать и поддерживать канал с внешним сервером для обмена данными и командами, внешний же сервер дублировал у себя заданный для конкретного устройства веб-интерфейс и организовывал передачу команд от пользователя по этому каналу. Канал представляет собой socket-соединение, которое с одной стороны (на устройстве) создаёт отдельный bash-скрипт и с другой стороны (на сервере) socket-сервер.На устройстве скрипт находится в /etc/master/socket_client

Исходный код скрипта /etc/master/socket_client #!/bin/bash

# settings . /etc/master/settings.sh

# STEP 0 # wait to be online COUNTER=0 while [ $COUNTER -lt 5 ]; do ping -c 1 $ONLINE_CHECK_HOST if [[ $? = 0 ]]; then echo Network available. break; else echo Network not available. Waiting… sleep 5 fi let COUNTER=COUNTER+1 done

#--------------------------------------------------------------------------- # START

if [ ! -d »$DATA_PATH» ]; then mkdir $DATA_PATH chmod 0666 $DATA_PATH fi

while: do

TEST_FILE=$DATA_PATH/data_sent.txt touch $TEST_FILE

SOCKET_HOST=connect.smartliving.ru SOCKET_PORT=11444

exec 3<>/dev/tcp/$SOCKET_HOST/$SOCKET_PORT

NOW=$(date +»%H:%M:%S») echo -n $NOW echo » Sending: Hello!» echo «Hello!»>&3 read -t 60 ok <&3 NOW=$(date +"%H:%M:%S") echo -n $NOW echo -n " Received: " echo "$ok";

REGEX='^Please' if [[ ! $ok =~ $REGEX ]] then NOW=$(date +»%H:%M:%S») echo -n $NOW echo » Connection failed!» continue fi

NOW=$(date +»%H:%M:%S») echo -n $NOW echo » Sending: auth:$MASTER_ID» echo «auth:$MASTER_ID»>&3 read -t 60 ok <&3 NOW=$(date +"%H:%M:%S") echo -n $NOW echo -n " Received: " echo "$ok";

REGEX='^Authorized' if [[ ! $ok =~ $REGEX ]] then NOW=$(date +»%H:%M:%S») echo -n $NOW echo » Authorization failed!» exit 0 fi

NOW=$(date +»%H:%M:%S») echo -n $NOW echo » Sending: Hello again!» echo «Hello again!»>&3 read -t 60 ok <&3 NOW=$(date +"%H:%M:%S") echo -n $NOW echo -n " Received: " echo "$ok";

while read -t 120 LINE; do

NOW=$(date +»%H:%M:%S») echo -n $NOW echo -n » Got line:» echo $LINE

# Ping reply REGEX='^PING' if [[ $LINE =~ $REGEX ]] then echo -n $NOW echo » Sending: PONG!» echo PONG!>&3 fi

# Run action REGEX='^ACTION:(.+)$' if [[ $LINE =~ $REGEX ]] then DATA_RECEIVED=${BASH_REMATCH[1]} NOW=$(date +»%H:%M:%S») echo -n $NOW echo -n » Action received:» echo $DATA_RECEIVED echo -n $DATA_RECEIVED>>$DATA_PATH/incoming_action.txt fi

# Pass data REGEX='^DATA:(.+)$' if [[ $LINE =~ $REGEX ]] then DATA_RECEIVED=${BASH_REMATCH[1]} echo -n $NOW echo -n » Data received:» echo $DATA_RECEIVED echo -n $DATA_RECEIVED>>$DATA_PATH/incoming_data.txt fi

# Pass data REGEX='^URL:(.+)$' if [[ $LINE =~ $REGEX ]] then DATA_RECEIVED=${BASH_REMATCH[1]} echo -n $NOW echo -n » URL received:» echo wget -O $DATA_PATH/data_post.tmp http://localhost$DATA_RECEIVED fi

# Check files modified FILES=$DATA_PATH/*.dat for f in $FILES do if [ $f -nt $TEST_FILE ]; then echo «Processing $f …» FNAME=${f##*/} PARAM=${FNAME/.dat/} CONTENT=`cat $f` echo -n $NOW echo » Sending: DATA:$PARAM|$CONTENT;» echo «data:$PARAM|$CONTENT;»>&3 fi done touch $TEST_FILE

done <&3

done #---------------------------------------------------------------------------

echo Cycle stopped. Пользователю из его кабинета доступна ссылка и QR-код для работы с устройством. Один из тестовых примеров ниже: image

Задачи на будущее Вся описанная конструкция работает достаточно стабильно — с момента запуска и того времени, как я решил написать статью, прошло уже, пожалуй, пара месяцев, а устройство исправно выполняет заложенные в него функции. Однако, всё реализовано, что называется, без излишеств. Для проверки концепции этого достаточно, но для массового внедрения устройств на данной (или подобной ей) платформе я бы поработал по следующим направлениям: Безопасность (шифрование, пароли доступа к интерфейсам и т.п.) Производительность на стороне сервера (хоть пока проблем не было, но самодельный socket-сервер это далеко не лучший вариант реализации) UI/UX (как для устройства, так и для личного кабинета) Железо («Ардуино? Роутер?! Я вас умоляю…») Заключение В статье описаны не все детали настройки и некоторые вещи типа настроек автозапуска скриптов я намеренно опустил, пытаясь донести основные возможности и суть концепции. Недостающие детали можно узнать на страницах документации.Конкретно это устройство и весь процесс его создания был экспериментом для проверки работы отдельных компонентов и технологий. В процессе возникали и воплощались идеи в других устройствах и системах, а кое-что перекочевало из-вне в этот проект, так что в целом время было потрачено далеко не зря. Буду рад, если мой опыт реализации окажется полезен.Если развивать тему коммерческого применения концепции, то можно говорить о менее универсальных, но, скорее, прикладных реализациях. Например:

Домашний сторож — сообщает владельцу о том, что кто-то пришёл домой и температуру в помещении Контроллер освещения — управление светом по расписанию/событию Климат-контроль — получение информации от внешних датчиков температуры/влажности и управление исполнительными механизмами Контроль самочувствия — отправление уведомления при нажатии на «тревожную» кнопку либо при отсутствии движения длительное время Таким образом, имея одну и ту же базу можно создать множество прикладных «коробочных» решений, интегрируя подобные «Интернет-вещи» с информационными системами на более высоком уровне.

P.S. Долго думал выкладывать ли «живую» фотографию получившегося устройства, но про экспериментальный характер всей затеи я уже предупредил, так что картонный корпус (или его макет, если хотите) вполне соответствует: image

P.P. S. Чуть не забыл, стоимость данного устройства со всеми перечисленными компонентами выходит около $60, потраченное время бесценно.

© Habrahabr.ru