物联网开发实战：手把手教你开发一款久坐提醒小助手

2022-11-10 15:05:14 浏览数 (1)

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

大家好，我是机灵鹤。

最近研究开发了一个物联网 IoT 小项目——久坐提醒 / 喝水提醒小助手。

1. 项目介绍

本项目实现了一个久坐提醒和喝水提醒的小助手，在检测到连续工作较长时间之后，会打印纸条，提醒我们起身活动一下；在设定的喝水时间到了以后，也会打印纸条，提醒我们去喝水。

废话不多说，先上图。

项目用到的硬件设备有：

  • 树莓派4B（作为网关设备来接入涂鸦 IoT 生态）
  • 咕咕机G2（迷你热敏打印机）
  • 人体红外传感器
  • 无线智能 Zigbee 网关

事情是这样的，过几天就是跟女朋友的恋爱纪念日了，作为一名程序员，送什么礼物才能既有创意又有诚意，既实用又能让女朋友感受到我满满的爱呢？

我突然想到，前段时间女朋友公司年度体检，检查结果出来有好几项飘黄，医生给的建议是，多喝水！多运动！女朋友虽然不是程序员，但也是那种长期坐办公室的工作，有时候忙起来连水都会忘记喝。

于是我想，何不利用我的专业技能，开发一个 ”久坐提醒“ 和 ”喝水提醒“ 小助手送给女朋友呢。

2. 方案设计

为了完成这个项目，我翻箱倒柜找出来几个，若干年前买的压箱底的电子产品。

  • 咕咕机G2：一台迷你的热敏打印机，之前做手帐时候买来打印图案的，后来发现时间长了会褪色，于是就用来打印便条来背单词，后来四六级过了以后，咕咕机就闲置了。
  • 树莓派4B：之前买了用来搭个人网站服务器的，结果发现没有公网 IP ，外网访问贼麻烦，而且有时候家里停电断网什么的，服务器动不动就失联了。后来买了云服务器以后，树莓派就渐渐闲置了。
  • 人体红外传感器：上学时候偷偷放教室门口，检测老师有没有来的，毕业以后不需要跟老师斗智斗勇了，就慢慢闲置了（PS：由于之前那个传感器闲置太久坏了，本项目开发时重新采购的涂鸦智能的传感器）。

我的设想是：

  • 喝水提醒：创建几个喝水闹钟，喝水时间一到，咕咕机便会自动打印便条，提醒女朋友该去喝水了。
  • 久坐提醒：将人体红外传感器放置在桌上正对座椅，当检测到女朋友坐着持续时间超过半小时，便触发久坐提醒，通知咕咕机打印便条，提醒女朋友该起来活动活动了。

硬件都备的差不多了，在开发时我遇到了一个比较棘手的问题，就是咕咕机跟人体传感器它也不是同一家的设备啊！

虽然两家都有各自的控制 APP，但是它们毕竟是两套系统，两个平台，没法儿联动啊！

这时候我发现一个很牛的东西，涂鸦的 Link SDK ，号称 适用于涂鸦现有产品方案外的设备接入 。

按它的说法，所有涂鸦 IoT 生态以外的智能设备，只要是支持二次开发，理论上都可以通过这套 Link SDK 接入到涂鸦的生态中。那这就厉害了！这就意味着，我可以通过 Link SDK 把咕咕机和传感器接入到同一套系统中，实现联动了。

经过一番研究，本项目的方案设计示意图如下：

在树莓派中运行涂鸦的 Link SDK，一方面，树莓派作为一个网关设备接入到涂鸦云中，与涂鸦云中的其他设备进行通信；另一方面，树莓派通过调用咕咕机的 memobird API ，与咕咕机进行通信。

3. 开发流程

开发过程大概分为 4 个阶段：

  1. 创建产品：在涂鸦云平台创建产品，包括配置功能点，开发操作面板，下载 SDK 及获取授权码，在线调试等环节。
  2. 硬件开发：下载 Link SDK，编写代码并运行在树莓派中，将树莓派作为一个 IoT 设备接入到涂鸦云上。
  3. 咕咕机开发：根据咕咕机开发文档，开发并封装好相关接口，在树莓派上可以调用接口实现咕咕机设备绑定和纸条打印等功能。
  4. 智能联动：通过设定智能场景和联动条件，完成咕咕机与人体红外传感器之间的智能联动。

接下来正式进入开发阶段。

3.1 创建产品

3.1.1 注册开发者账号

首先，需要在涂鸦智能平台（https://t.tuya.com/AY1D3R8rbM）注册开发者账号。

注册完成后，进入 IoT 平台主页

3.1.2 创建智能产品

点击 IoT 平台主页的 创建产品 按钮，开始创建我们的智能产品。

第一步，选择我们要创建的产品类型，由于我们要接入的硬件设备是树莓派 咕咕机，不在涂鸦现有产品品类之中，所以点击 找不到品类？ 按钮。

第二步，填写产品信息，根据自己项目的实际情况填写产品信息，填写完成后，点击创建产品。

3.1.3 功能定义

创建好产品之后，我们需要为产品添加 功能定义 。

什么意思呢？说白了就是为云平台和设备之间制定通信协议的，约定好哪条协议对应哪个功能，数据格式如何如何之类的。

标准功能是为了涂鸦生态内的设备开发时提供的快捷模板，我们这里用不到，需要使用自定义功能。

点击新建自定义功能，创建我们的喝水提醒功能。

  • DP_ID 时功能的编号，前 100 的编号被系统保留，我们的可以使用 101 往后的编号。
  • 数据类型有六种，具体的区别参考文档：https://developer.tuya.com/cn/docs/iot/custom-functions?id=K937y38137c64
  • 数据传输类型，上报是指设备向云平台发送消息，下发是指云平台发送指令。

3.1.4 面板开发

设置好功能定义后，进入设备面板界面，开发 APP 交互的面板。

编辑器左侧提供了很多组件，可以通过拖拽的方式来编辑面板布局，并在右侧属性页签中，通过添加交互，来为当前选中的组件添加交互动作。

详细使用方法参考：https://developer.tuya.com/cn/docs/iot/panel?id=K9hzyyk6g4p3m

如图，我们添加一个按钮，在按钮属性中，添加交互，触发 喝水提醒 功能 。这样我们点击按钮时，就会向设备发送一条 喝水提醒 的消息。

编辑好以后，点击右上角 预览 按钮，然后用 涂鸦智能 APP 扫描二维码，可以在手机上实时预览（预览模式下，编辑器中做的修改，手机APP中会同步变化）。

APP 可以在各大应用商店下载到，搜 涂鸦智能 即可。

预览测试没问题的话，可以点击发布。

经过一段时间的打包后，打包成功，我们直接点击 去发布 ，然后选择 发布并应用 即可。

3.1.5 硬件开发

在硬件开发页面，云端接入方式选择 Link SDK，云端接入硬件选择 通用CPU 。

我们将自己的设备接入涂鸦云的话，第一需要 Link SDK ， 第二需要购买 授权码 。

Link SDK 在开发资料中可以下载，授权码需要购买(10元/个)。

不过平台给每个开发者提供了两个调试用的云端授权码，可以免费领取（领取按钮在 立即购买 按钮下方，我因为领取过了所以截图里没有显示）。

领取成功以后，点击 下载授权码清单 按钮即可下载。授权码清单中包含了 uuid 和 key，如下所示：

uuid

key

tuyaf5753924f3d94306

5TbgqpGXzbgrr8Plb8L93rBy38Liu7ok

3.1.6 产品配置

产品配置中，可以为设备添加一些如多语言，消息推送，配网引导的功能，因为本项目中暂时用不到，可以跳过。

3.1.7 设备调试

然后是设备调试，由于我们的树莓派 Link SDK 还没有开发到位，所以先添加一个虚拟调试设备，来进行调试。

手机应用商店里，下载安装 涂鸦智能 APP，然后用 APP 扫描上面的二维码，可以添加一个虚拟设备，用于调试。

添加好虚拟设备后，点击调试按钮，进入调试界面。然后可以使用这里的虚拟设备跟手机 APP 端进行通信。

通过这个，我们可以看到上报数据和下发数据是否正确（主要用来验证 3.1.4 节 开发的面板功能是否正确）。

消息协议调试无误后，开始开发我们的设备

3.2 硬件开发

产品创建成功，且 APP 端调试无误后，我们正式请出我们的主角，树莓派，来进行基于 Link SDK 的硬件开发。

3.2.1 运行环境

树莓派上烧录好 Raspberry Pi OS 系统，并且安装好 Python3.6 环境。

烧录系统的过程略去不讲，大家没有树莓派的话，也可以用自己电脑，或者虚拟机来替代。

3.2.2 安装源码

首先下载 Link SDK ，平台上默认提供的是 c 语言版本。

下载地址：https://github.com/tuya/tuya-iot-link-sdk-embedded-c

我比较常用 Python，所以找的是 Python 版本（支持 Python 3.6 ）。

下载地址：https://github.com/tuya/tuyaos-link-sdk-python

安装方法：

  1. 通过 Pypi 安装
代码语言：javascript复制
python3 -m pip install tuyalinksdk
  1. 通过源码安装
代码语言：javascript复制
git clone https://github.com/tuya/tuyaos-link-sdk-python.git
python3 -m pip install ./tuyaos-link-sdk-python

3.2.3 代码编写

在项目路径中，创建一个 demo.py 脚本，脚本内容如下：

代码语言：javascript复制
#!/usr/bin/env python
import time
from tuyalinksdk.client import TuyaClient
from tuyalinksdk.console_qrcode import qrcode_generate
# 这里更换成自己的ID
PID = "jj9hhmjxsf8u2b94"
UUID = "tuyaf5753924f3d94306"
AUTHKEY = "5TbgqpGXzbgrr8Plb8L93rBy38Liu7ok"
client = TuyaClient(productid = PID, uuid = UUID, authkey = AUTHKEY)
def on_connected():
print('Connected.')
def on_qrcode(url):
qrcode_generate(url)
def on_reset(data):
print('Reset:', data)
def on_dps(dps):
print('DataPoints:', dps)
client.push_dps(dps)
client.on_connected = on_connected
client.on_qrcode = on_qrcode
client.on_reset = on_reset
client.on_dps = on_dps
client.connect()
client.loop_start()
while True:
time.sleep(1)

代码中第 7-9 行的 3 个参数，PID，UUID，AUTHKEY 需要替换成你自己的产品的值。

PID ，即 productid 产品 ID， 可以在 我的产品 列表里查看 产品ID ，如图所示。

UUID 和 AUTHKEY 为设备的授权码，在前面 3.1.5 硬件开发 部分，下载的免费授权码的文件中可以查看，分别对应 UUID 和 KEY 两列。

3.2.4 真机运行

代码写好以后，在树莓派中使用终端，执行 python3 demo.py 命令启动程序。

程序运行后，会弹出一个二维码，用 涂鸦智能 APP 扫码以后，即可添加设备。

在代码中， on_dps 函数负责接收和处理 APP 端下发的指令，我们只需要根据指令的值，触发不同的操作即可。

如，接收到 {"101": "True"} 时，执行 喝水提醒 的行为，示例代码如下：

代码语言：javascript复制
DRINK_DP_ID = "101"
def on_dps(dps):
print('DataPoints:', dps)
client.push_dps(dps)
for key in dps:
if key == DRINK_DP_ID and dps[key] == True:
# TODO: 喝水提醒
pass

3.3 咕咕机接入

咕咕机是一款迷你的热敏打印机，可以方便的打印文字和图片，而且官网的开发者平台上开放了它的 API ，可玩性非常高。

3.3.1 注册开发者账号

首先需要在 Memobird 开放平台注册账号，并申请成为咕咕机开发者。

Memobird 开放平台线上地址：https://open.memobird.cn/

注册好账号，填写好自己的 咕咕号 ，联系方式，用途 等信息之后，提交审核就可以了。

一段时间，审核通过后，会向注册账号的邮箱发送一封邮件，包含申请到的 Access_Key 。

开发文档：https://open.memobird.cn/upload/webapi.pdf

3.3.2 绑定设备

示例代码：

代码语言：javascript复制
import requests
import datetime
# 绑定设备的API
BIND_DEVICE_API = "http://open.memobird.cn/home/setuserbind"
# 开发者 Access_Key
Access_Key = "261ba***************9274a"
# 咕咕机设备编号，双击咕咕机吐出来的设备编号 
MEMOBIRD_ID = "301*********fe69"
# 用户自定义字符串，与咕咕平台进行关联的用户唯一标识符
USER_IDENTIFYING = "smartcrane"
# 获取时间戳
def getTimeStamp():
timestamp = datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
return timestamp
# 绑定设备，获取用户ID
def getUserID():
params = { 

"ak" : Access_Key,
"timestamp" : getTimeStamp(),
"memobirdID" : MEMOBIRD_ID,
"useridentifying" : USER_IDENTIFYING
}
try:
r = requests.get(BIND_DEVICE_API, params=params)
# 返回结果形如：
# {"showapi_res_code":1,"showapi_res_error":"ok","showapi_userid":8}
return r.json()["showapi_userid"]
except Exception as e:
print(e)
return ""
getUserID()

3.3.3 打印文字

示例代码：

代码语言：javascript复制
import requests
import datetime
# 打印纸条的API
PRINT_PAPER_API = "http://open.memobird.cn/home/printpaper"
def printText(text, userId):
# 要打印的内容 T:文字的base64编码(gbk)
printContent = "T:"   base64.b64encode(text.encode("gbk")).decode()
params = { 

"ak" : Access_Key,
"timestamp" : getTimeStamp(),
"memobirdID" : MEMOBIRD_ID,
"printcontent" : printContent,
"userID" : userId,
}
r = requests.post(PRINT_PAPER_API, data=params)
print(r.text)
userId = getUserID()
printText("Hello World", userId)

运行后，咕咕机成功打印。

3.3.4 打印图片

示例代码：

代码语言：javascript复制
import requests
import datetime
# 打印纸条的API
PRINT_PAPER_API = "http://open.memobird.cn/home/printpaper"
# JPG/PNG图片转单色点阵图base64编码的API
BASE64_PIC_API = "http://open.memobird.cn/home/getSignalBase64Pic"
# 获取图片转换后的base64编码
def getPictureBase64(path):
with open(path,"rb") as f:#转为二进制格式
base64_data = base64.b64encode(f.read())#使用base64进行加密
params = { 

"ak" : Access_Key,
"imgBase64String" : base64_data,
}
r = requests.post(BASE64_PIC_API, data=params)
return r.json()["result"]
def printPicture(path, userId):
# 要打印的内容 P:单色点阵图的base64编码
printContent = "P:"   getPictureBase64(path)
params = { 

"ak" : Access_Key,
"timestamp" : getTimeStamp(),
"memobirdID" : MEMOBIRD_ID,
"printcontent" : printContent,
"userID" : userId,
}
r = requests.post(PRINT_PAPER_API, data=params)
print(r.text)
userId = getUserID()
printPicture("drink_0.jpeg", userId)

运行代码以后，咕咕机成功打印出来图片。

更多的功能，如获取打印状态，打印网页，打印HTML等，这里用不到，就不做示例了

大家感兴趣的话，可以去参考官网开发者文档。

3.3.5 咕咕机接入涂鸦云

接下来，我们通过树莓派来操控咕咕机，将咕咕机接入涂鸦生态。

首先我们将代码整理一下，保存为 memobird.py 脚本，如下：

代码语言：javascript复制
import requests
import datetime
import random
import base64
class Memobird:
def __init__(self):
self.BIND_DEVICE_API = "http://open.memobird.cn/home/setuserbind"
self.PRINT_PAPER_API = "http://open.memobird.cn/home/printpaper"
self.AK = "填入你申请的开发者AK"
self.MEMOBIRD_ID = "填入你咕咕机的设备ID"
self.USER_IDENTIFYING = "smartcrane" #随便填一个字符串都可以
self.DRINK_REMINDER_TEXT = [
"机灵鹤，你好n我是“喝水提醒小助手”n希望此时此刻看到消息的你 n快去喝一杯水n成为一个一天八杯水的男人吧！"
]
self.userID = self.getUserID()
def getTimeStamp(self):
timestamp = datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
return timestamp
def getUserID(self):
params = { 

"ak" : self.AK,
"timestamp" : self.getTimeStamp(),
"memobirdID" : self.MEMOBIRD_ID,
"useridentifying" : self.USER_IDENTIFYING
}
try:
r = requests.get(self.BIND_DEVICE_API, params=params)
return r.json()["showapi_userid"]
except Exception as e:
print(e)
return ""
def printText(self, text, userId):
printContent = "T:"   base64.b64encode(text.encode("gbk")).decode()
params = { 

"ak" : self.AK,
"timestamp" : self.getTimeStamp(),
"memobirdID" : self.MEMOBIRD_ID,
"printcontent" : printContent,
"userID" : self.userID,
}
r = requests.post(self.PRINT_PAPER_API, data=params)
print(r.text)
def drink_reminder(self):
printText = self.getTimeStamp()   "n"   random.choice(self.DRINK_REMINDER_TEXT)
self.printText(printText, self.userID)

这里封装了一个 Memobird 类，提供了一个 drink_reminder 函数，用来打印 喝水提醒 的文字。

我们只需要在树莓派中，接收到 APP 下发的 喝水提醒 指令时，调用 drink_reminder 函数即可。

相应的，我们将 demo.py 改造一下：

代码语言：javascript复制
#!/usr/bin/env python
import time
from tuyalinksdk.client import TuyaClient
from tuyalinksdk.console_qrcode import qrcode_generate
from memobird import Memobird
# 这里更换成自己的ID
PID = "jj9hhmjxsf8u2b94"
UUID = "tuyaf5753924f3d94306"
AUTHKEY = "5TbgqpGXzbgrr8Plb8L93rBy38Liu7ok"
DRINK_DP_ID = "101"
memobird = Memobird()
client = TuyaClient(productid = PID, uuid = UUID, authkey = AUTHKEY)
def on_connected():
print('Connected.')
def on_qrcode(url):
qrcode_generate(url)
def on_reset(data):
print('Reset:', data)
def on_dps(dps):
print('DataPoints:', dps)
client.push_dps(dps)
for key in dps:
if key == DRINK_DP_ID and dps[key] == True:
# TODO: 喝水提醒
memobird.drink_reminder()
client.on_connected = on_connected
client.on_qrcode = on_qrcode
client.on_reset = on_reset
client.on_dps = on_dps
client.connect()
client.loop_start()
while True:
time.sleep(1)

重新启动代码，就到了最激动人心的时候了。

点击 喝水提醒 按钮，咕咕机成功打印出了提醒喝水的文字！！！

至此，通过 Tuya 的 Link SDK，我们借助树莓派作为网关，将咕咕机成功接入了涂鸦生态之中。

3.4 智能联动

接下来，我们只需要在涂鸦智能 APP 中创建智能场景，设定执行条件和执行任务，便可以实现简单的自动化，以及设备联动啦。

3.4.1 喝水提醒小助手

根据我们自己的作息时间，我们可以设定定时喝水提醒。

如：每天定时下午 2 点 10 分提醒喝水。

设定好以后，保存并启用，系统将会在每天下午 2 点 10 分打印纸条，提醒我们喝水。

3.4.2 久坐提醒小助手

如果说，喝水提醒小助手，只是相当于设定了一个闹钟，感觉用处没那么明显的话。那么我们接入其他各种传感器设备，进行设备间的联动，可以做的事情就很厉害了。

接下来，我们将与人体传感器联动，在 喝水提醒小助手 的基础上，实现一个 久坐提醒小助手 。

首先我们需要在涂鸦 IoT 平台，继续添加一条自定义功能 久坐提醒 ，如图所示

然后，在 memobird.py 中设定好 久坐提醒 的文案，并提供一个 久坐提醒 的函数接口。

代码语言：javascript复制
self.SEDENTARY_REMINDER_TEXT = [
"机灵鹤，你好n我是“久坐提醒小助手”n检测到您已经连续工作很久了n久坐对身体危害很大n快起来活动一下吧"
]
def sedentary_reminder(self):
printText(self.getTimeStamp()   "n"   random.choice(self.SEDENTARY_REMINDER_TEXT), self.userID)

最后，在 demo.py 中添加一条 久坐提醒 的消息定义，并完善该消息对应的处理函数。

代码语言：javascript复制
DRINK_DP_ID = "101"
SEDENTARY_DP_ID = "102"
def on_dps(dps):
print('DataPoints:', dps)
client.push_dps(dps)
for key in dps:
if key == DRINK_DP_ID and dps[key] == True:
# TODO: 喝水提醒
memobird.drink_reminder()
if key == WELCOME_DP_ID and dps[key] == True:
# TODO: 久坐提醒
memobird.welcome_reminder()

保存代码，重新运行启动程序。

手机 APP 端，连接无线网关及人体传感器。

在传感器页面中，设定智能联动：检测到有人移动，持续 30 分钟时，触发久坐提醒。

然后将传感器固定到桌子旁边，正对座位的位置即可。

在连续坐着工作半个小时后，咕咕机成功打印出久坐提醒的纸条。

最后，只需要将久坐提醒和喝水提醒的文案修改一下，就可以送给女朋友啦！

我想女朋友收到礼物一定会感动哭了吧！

4. 写在后面的话

整个项目从构思到开发完成历时 9 天，期间踩了很多坑，绕了很多弯，不过好在最后成功完成，也收获了很多。同时借着这个机会，也算是入了 物联网/智能家居 的门。

在项目开发初期，我对物联网的这套逻辑其实是比较模糊的，我不清楚文档里每一个步骤的作用，不清楚设备之间通信的原理，我甚至搞不清每一个硬件设备在这套系统里需要扮演的角色。比如我会常常试图将树莓派作为系统的控制核心，用它来监听传感器状态，用它来控制咕咕机，以及用它来处理智能联动的逻辑。然而事实上，树莓派只需要完成一个任务——监听和处理涂鸦 APP 下发的指令就可以了，这也正是涂鸦 Link SDK 的核心能力。其他部分如监听传感器状态，设备间智能联动等等，都可以在 APP 中完成。

在逐步捋清楚整套逻辑之后，开发过程逐渐顺畅。我发现，在解决了设备接入和设备联动问题之后，物联网比拼的其实就是谁脑洞开的更大了，看谁能用一些奇怪的设备组合，通过一些莫名其妙的规则发生联动，最后产生奇妙的效果，给人们的生活带来出乎意料的方便。

本文较为详细的记录了这个项目开发的全过程，既是对我第一次开发物联网项目的全面复盘，也是希望大家在开发物联网入门项目时有所参考。如果有朋友因为本项目而对物联网产生了兴趣，我便更是荣幸之至。

如果文章中有哪里没有讲明白，或者讲解有误的地方，欢迎在评论区批评指正，大家一起学习交流，共同进步。

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