【AllJoyn专题】基于AllJoyn和Yeelink的传感器数据上传与指令下行的研究

接触高通物联网框架AllJoyn不太久，但确是被深深地吸引了。在我看来，促进我深入学习的原因有三点：一、AllJoyn开源，对开源的软硬件总会有种莫名的喜爱，虽然或许不会都深入下去；二、顺应潮流，物联网虽远未普及，但已是大势所趋，高通公司在领域布局，致力于打造舒适高效的智能家居场景，推出AllJoyn软件框架，适应了发展趋势；三、文档丰富，开源软件的使用，特别是框架，若没有文档相助，相信没有多少开发人员愿意尝试，AllJoyn在这方面做得不错，日后还需做得更好。当然啦，也有些额外原因，包含高通的大力推广，个人对C++的喜爱等等。

近期，依据之前所学，利用AllJoyn和国内受人欢迎的Yeelink物联网平台完毕了一个简单的Web of Things的小系统。我们知道随着因特网的蓬勃发展和物联网在全球的兴起，一个新的执行模式也在悄然诞生，即Web of Things，简称为WoT。它可被理解为是IoT的一部分，集中实现以Web方式来控制和管理物联网中的资源，包含各种网关及网关上的传感器，其主旨是提倡通过REST Web API的形式直接对智能终端与网关上的资源进行开放，用户能够通过訪问互联网的方式来訪问终端的数据资源，这就是典型的互联网模式。而Yeelink平台恰好能提供这种功能需求，所以我选择了它作为应用层；而在网络层能够细分为两种，一种是公网传输，即借助眼下成熟的互联网，二种是局域网传输，AllJoyn与生俱来的局域传输能力就在这里得到了体现；最以下为感知层，即Arduino终端作为网关接各种感知设备。结构示意图如图0所看到的：

眼下系统实现的两大功能例如以下：

1、上传温度传感器採集的温度值至Yeelink平台，在平台上以易读方式显示；

2、通过点击平台上的虚拟开关向感知层的Arduino终端发出命令，控制LED灯的亮灭；

1 工具和开发环境

AllJoyn

关于AllJoyn的介绍，我相信维基百科和官方文档会比我说得具体得多，可參考后文的链接。依照我眼下的理解就是用它能够实现邻近设备间的互联互通，无论是什么设备，仅仅要支持alljoyn，通过wifi、蓝牙都可高速连接，实现信息共享和及时通信。它的优点之中的一个就在于支持多编程语言和多平台，很方便开发人员的使用

Yeelink

Yeelink是一个国内开放的的物联网平台，每一个注冊用户都可免费加入设备及传感器，利用平台提供的Restful接口，实现对各个传感器的代码訪问，从而能够实现传感器数据上传和控制终端等多种功能。有这样一个免费平台，相信对开发人员来说是一大福音！

 

软件环境

我眼下服务端是在windows 7系统下做此实验，如若在linux环境下执行，需改动部分平台相关代码。集成开发环境是Visual Studio 2012，非常强大的IDE，在x86平台下用scons命令生成的samples目录下相同都是VS项目文件。client的实现则是用开源硬件流行的IDE——arduino-1.5.6-r2，它支持arduino due开发板，用它可进行文件的编辑与烧写。

 

硬件环境

除了x86 PC，大点的就仅仅是arduino due开发板了。日前智能硬件的盛行也促进了开源硬件领域的发展，用arduino等相关成熟硬件可高速做系统原型，大量节约成本，在适当情况下是个非常好的技术解决方式。令开发人员欣慰的是，开源硬件社区非常流行，所以有非常好的问题解决资源。

有arduino板，但无传感器可不行。为方便起见，我眼下所展示的就仅仅是温度传感器DS18B20一种。因为详细的传感器数据获取与alljoyn并无关联，所以就以温感为例阐述基于alljoyn的传输数据，其他传感器数据就与之类似了。另外，为了配合控制指令下传，配备了一个发光二极管，当然这是arduino due板上已有的，在13号引脚上。

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友情建议：建议刚開始学习的人学习x86平台下的alljoyn时，先可直接在VS下进行编辑生成，毕竟有比較好的代码提示功能，熟练后再可用notepad等工具。如若刚学就在notepad上写代码，会非常让人无奈，由于一大堆函数和參数你都不知道，不easy发现错误。

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2 结构框架

本系统共同拥有两个Arduino Due开发板作client，因为是瘦client，所以须要标准client提供Daemon才可连接，这一点在官方文档中讲得非常明确，不再赘述；Windows 7 PC端作为服务端，公布服务供瘦client连接，或许有朋友注意到了这与官方样例ledctrl和AJ_LedService不太一样，客户与服务的角色颠倒了，瘦client不再作为服务而是客户了；另外一方面，PC服务端通过互联网与Yeelink平台进行交互，实现数据上传与接收指令，接收到的指令又通过AllJoyn总线控制瘦client，从而实现了Yeelink平台下基于AllJoyn的传输数据与控制功能。其结构框图如图1所看到的：

3 各子系统具体解释

3.1 Yeelink平台

要想利用Yeelink资源，就须在官网注冊一个唯一帐号，在用户中心进行设备和传感器加入。例如以下图所看到的，我加入了arduino设备

接下来在“我的设备”项，加入温度传感器和控制开关，系统会为每个设备生成唯一的URL，通过URL就能够訪问特定传感器了。详细操作文档可參考这里：http://www.yeelink.net/develop/api

3.2 PC服务端

在讲到接下来的服务和客户实现时，我会就核心代码作具体解析，而不会写上完整代码，望读者理解

服务端主流程例如以下图所看到的：

上图是主线程的流程，因为在PC上是多线程执行，所在在监听对象、总线对象上都有额外的线程执行，它们是异步的，也就意味着当事件发生时，能够迅速得到响应，比方当服务端收到温感瘦client传来看温度时，总线对象就调用其方法处理函数向Yeelink平台上传。以下就重点细节来谈谈怎样设计服务端

首先创建总线对象，然后给总线对象加入接口。接口中有一个sendTemp方法，带一个字符串输入參数，有一个ledSwitch信号，带一个uint8_t型參数。最后激活接口和启动总线

接下来创建监听和总线对象，分别给总线注冊监听和总线对象实例，最后总线实例開始连接本地router

在监听类中，我们又一次实现了几个虚函数，包含

bool AcceptSessionJoiner(SessionPortsessionPort, const char* joiner, const SessionOpts& opts)

void SessionJoined(SessionPort sessionPort,SessionId id, const char* joiner)

void NameOwnerChanged(const char* name,const char* previousOwner, const char* newOwner)

前两个是服务端特有的，当有客户接入时，会自己主动被调用；最后一个服务和客户都可调用，当有服务或客户进入或退出时，总线上会发生名称改变，从而它被调用，有时不止一次。这三个虚函数的实现基本是常规写法，就不在此解说了

在总线对象实例的构造中，我是这样做的：

首先给总线加入已经设置的接口，为sendTemp方法加入方法处理函数，同一时候给私有成员ledSwitchMember设置值

在方法处理函数中，获取传过来的温度值，字符串形式，就往yeelink平台上传：

我须要强调的是，在makeString方法中，若要正确拼装成http post请求，有几条属性不能少，于是定义了四个全局数组：

char yeelink_server[] = "api.yeelink.net";

char temp_path[] = "/v1.0/device/9966/sensor/19877/datapoints";

char switch_path[] = "/v1.0/device/9966/sensor/22595/datapoints";

char apikey[] = "d3d565a5923afdd82105e0e5a";

相应着post请求中的下面项：

POST /v1.0/device/9966/sensor/19877/datapoints HTTP/1.1

Host: api.yeelink.net

U-ApiKey: d3d565a5923afdd82105e0e5a

host和path共同组成了传感器的URL，具体说明可參见yeelink文档

至于在初使化windows socket函数中，也需用到yeelink_server，填入相关结构的域，例如以下所看到的：

这部分是与平台相关的，若移植到linux平台，须要改动

在总线对象类中，另一个成员函数emitLedSwitchSignal用于主线程发射信号给led瘦client

将发来的參数封装成message參数，和信号一起发送出去，注意sessionid为ledclientid

我们回到主线程main中，Connect之后就開始公布服务了，三步曲：Request,CreateSession,Advertise

最后进入循环，轮询我在yeelink中加入的控制开关状态：

在这里我採取的是被动轮询开关状态的方式，事实上不是最佳的，最好是开关状态一改变，就像硬件中断似的，立马通知CPU，而在此之前CPU全然能够去做其他事。但这须要yeelink平台的主动发送，貌似不太好办，所以就隔断时间轮询状态了。时间间隔也要选好，大了，LED灯变化有延迟；小了，请求太频繁又被yeelink拒绝。那么怎样轮询呢？事实上与上传温度差点儿相同，还是组装(只是如今是GET请求)、初使化socket，只是在接收中我是这么做的：

相关注意点已在凝视中说明。之所以待状态改变后才发射信号，也是为了性能着想，没有必要在状态未改变时也发射。最后返回的值是一个uint8_t型，取值为0或1，0表示熄灭LED灯，1表示点亮LED灯。仅仅要开关状态改变，就把此信息发送给LED瘦client

3.3 温感瘦client

写client代码之前，首先建立目录，起名需和.ino文件的主名保持一致，这是arduino环境默认的习惯。我将着重讲述温感数据的发送过程，至于获取温度值，读者可參考arduino中文社区的这个帖子：http://www.arduino.cn/thread-1345-1-1.html，同一时候下载四个源文件：

DallasTemperature.cpp,DallasTemperature.h,OneWire.cpp,OneWire.h，这属于获取温度的库，所有和ino文件放在一起

另外创建另外一个cpp文件，为alljoyn相关的核心文件，传输温度值。以下着重讲述这个文件

首先要重视下面几个数据结构的书写：

服务名、路径、port、接口名务必和服务端保持一致，接口中必需要有sendTemp方法，携带一个字符串參数，其他的和Dummy作用一样，作填充；SEND_TEMP表示为AJ_PRX_MESSAGE_ID型

在AJ_Main中，首先做例如以下工作：

成功连上服务后，StartClient才会返回

接下来才是核心动作，获取温度、方法调用、睡眠，再循环：

因为我不关心后面的解消息过程，所以重点就是前几句，方法调用例如以下：

首先marshal方法，然后marshal參数，即温度值，最后deliver。这样，就会导致服务端的方法回调函数被调用

3.4 LED瘦client

这一端与温感有些地方类似，只是文件就仅仅有2个，一个ino，一个以alljoyn为主的cpp

主要改动在于在sampleInterface中，加入ledSwitch信号"!ledSwitch instr>y"，再提前定义#define LED_SWITCH  AJ_PRX_MESSAGE_ID(0, 0, 2)

開始阶段当然就与温感类似了，StartClient成功后，就開始解消息，由于服务端的信号要过来了：

当信号过来后，检验消息ID，发现是LED_SWITCH，就解參数，获取开关状态。假设为1，则点亮LED；为0则熄灭之。另外在这个client就不用睡眠了，由于是被动接收服务端的信号

4 演示验证

待服务、两个client代码实现后，服务端生成exe文件，连接好硬件，client分别烧入两个arduino due开发板。粗略图例如以下图：

那个红色板上面就有DS18B20温度传感器，三个引脚号接入到了当中一个arduino板的引脚上。两个板子都与主机PC通过路由器同处一个局域网内部。还得强调一点，若要使PC服务端能与板子通信，必须启动瘦clientSDK bin下的SampleDaemon.exe程序，由于服务端并没有绑定的Daemon，它就是来提供Daemon给瘦client使用的，其源代码能够\alljoyn-14.02.00-src\alljoyn_core\samples\SampleDaemon找到

以下首先看温度传感器的验证

连接好硬件上电，打开yeelink平台的温度传感器的显示页面，方便随时刷新；点击arduino IDE,按shift+ctrl+M打开串口终端，有例如以下显示：

如若没有SampleDaemon，是不会有最后一句输出的；接下来在命令行运行服务端程序：

正如上图所看到的，服务端一启动，就发现了客户接入，接入成功之后開始会话。因为我的开关初使状态是开着的，程序默觉得关，所以状态改变就发射了一次信号；同一时候收到了温感一端发来的温度值；串口终端的打印也表明传送温度成功，字符'f'的输出是我的输出函数的小问题，暂无论它。几秒钟之后，成了这样：

咦？为什么温度上升了呢？呵呵，那是由于我把手指放在DS18B20上了！它当然温度升高啦。此时我们再来看yeelink上温感的反应：

不负所望，在14年9月13日 12:26:34分显示了最初的温度值26.6，前面的为之前的数据了。这也就实现了在线监控温度的功能了

在另外一client，打开串口窗体：

服务端收到了另外一客户的接入，NameOwnerChanged被调用了好几次，倘若我接下来在用鼠标点击yeelink的控制开关，即下图所看到的：

服务和瘦client的反应是：

由结果可知，我是开了一次开关，又关了一次开关，导致client先后接到1，0，过程中观察LED灯的反应就是一亮一灭，同一时候温度值也可在下图中收到：

上面应该是传输错误才出现了a字符

到此为止，整个预先设想功能基本实现了

5 值得改进

1、能够添入很多其它传感器，从而让功能更加丰富

2、能够让第三个瘦client充当服务，比方用arduino板，移动手机等等，假设处理能力满足条件的话。由于作为多个客户的服务端，数据处理能力应该要强些，假设仅仅是单线程，像arduino板，是否能处理值得验证

3、能够给温度传感器设定阈值，一旦温度超过给定值就採取报警，鸣响蜂鸣器之类的设备

6 參考链接

AllJoyn官方1：https://allseenalliance.org/

AllJoyn官方2：https://www.alljoyn.org/

Yeelink官网：http://www.yeelink.net/

Arduino Due介绍：http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardDue

Arduino 中文社区：http://www.arduino.cn/