身邊朋友在裝修新房，順便來吐槽甲醛檢測麻煩，比如 有檢測無監(jiān)測（一次性），比如測試復雜（現(xiàn)場+人工）等等。剛好做為云產(chǎn)品經(jīng)理，經(jīng)常想的就是如何了解和驗證多云產(chǎn)品組合方案的可用性問題，索性結(jié)合一下，直接把這個需求上云，然后就有了這套系統(tǒng)。老規(guī)矩，先上結(jié)論。

系統(tǒng)概要

產(chǎn)品設(shè)計特性

• 原型驗證：驗證產(chǎn)品聯(lián)動效果與開發(fā)成本。
• 軟硬結(jié)合：擴展云端能力至線下物理環(huán)境。
• 能力擴展：serverless分離云端與終端，獨立擴展云監(jiān)控、消息隊列等其它產(chǎn)品。
• 通用架構(gòu)：云端使用通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及接口，免開發(fā)即對接各種監(jiān)測數(shù)據(jù)上報。
• 弱環(huán)境要求：可PoE供電，5V/0.5A低功耗可長期運行。

系統(tǒng)組成

終端：終端組件

• RaspberryPi 3B+（raspbian-stretch-lite/GPIO接口/python2.7)
• UART-CH2O傳感器（UART接口）
• 128X32 OLED屏 SSD1306芯片（I2C接口）

注：RaspberryPi后續(xù)簡寫為Rpi

云端：騰訊云產(chǎn)品

• API網(wǎng)關(guān)
• 無服務(wù)器云函數(shù)
• 云數(shù)據(jù)庫 Mysql
• 騰訊云圖

效果展示

騰訊云圖

本案例展示效果

終端組件

本案例終端示例

當前版本中，Rpi 使用wifi 連接互聯(lián)網(wǎng)（也可使用有線網(wǎng)），故此處上云有網(wǎng)絡(luò)依賴。

傳感器原理與功能定位

UART-CH2O傳感器

• 原理：電化學傳感器。通過與被測氣體發(fā)生反應(yīng)，并產(chǎn)生電信號來工作。
• 優(yōu)點：簡單易操作。
• 缺點：非定量分析法，受溫濕度、其它氣體干擾準確度，且需要較準。
• 結(jié)論：以長期使用后的房間環(huán)境做為基準，進行0基準點參考。用于溫濕度差異不大的環(huán)境下，提供實時監(jiān)測（相對值），并附加長期趨勢分析。

設(shè)計與實現(xiàn)

產(chǎn)品設(shè)計與技術(shù)策略

設(shè)計過程中，也進行了產(chǎn)品生命周期的思考，嘗試進行了產(chǎn)品長短期設(shè)計的分析與定義（暫不展開，后續(xù)有時間寫一下）。

確認了形態(tài)目標后，遵循下面幾個基本原則，進行具體技術(shù)設(shè)計：

• 分級可用：避免單環(huán)故障，系統(tǒng)全面崩潰
• 讀寫分離：便于后續(xù)調(diào)試、優(yōu)化、更新版本
• 遠程維護：避免出現(xiàn)場處理異常

概要架構(gòu)圖

架構(gòu)圖

從架構(gòu)看來

• 云端部分：由于云產(chǎn)品的能力提供了各種便利，學習和搭建成本很低。
• 終端部分：需要多考慮免維護與自動恢復，各項工作內(nèi)容稍多一些。

硬件接線與打開系統(tǒng)接口

Rpi GPIO

GPIO

(General-purpose input/output)即通用IO接口，是一種常見的端口擴展器，樹莓派使用的是40針的GPIO接口。

RPI GPIO圖示

GPIO示意圖

UART-CH2O

接線方式(UART協(xié)議)

注：本次使用傳感器，硬件接口是1.25mm端子，Rpi是2.5mm端子，使用了 7P1.25轉(zhuǎn)2.5杜邦線，進行連接

硬件參數(shù)

本次使用的傳感器是UART協(xié)議，從國外的DART傳感器到國內(nèi)產(chǎn)品，均支持此協(xié)議。

由于后續(xù)代碼與接口有關(guān)，此處列一下我使用的傳感器的數(shù)據(jù)格式.默認每秒主動上報。

OLED

接線方式(I2C協(xié)議)

打開I2C接口

raspi-config

按下圖打開I2C接口

openi2c_1.png

openi2c_2.png

openi2c_3.png

測試執(zhí)行

i2cdetect -y 1

i2cdetect_1.png

看到 3C 即識別硬件成功

終端開發(fā)與配置

本文暫僅放出關(guān)鍵代碼(硬件操作部分)，便于大家擼硬件。
完整包(代碼+配置) 稍后放出，請關(guān)注 github/DemoOnTencentCloud。

環(huán)境配置

• 啟動對時：rc.local 增加 nptdate cn.ntp.org.cn。避免重啟后時間錯位，監(jiān)測錯位。
• 啟動拉起：getdata.py oled.py 需持續(xù)在線。
• 定時檢測：getdata.py oled.py cron每分鐘判斷活性，進程掛掉即拉起。
• 定時同步：sync.py cron每分鐘執(zhí)行
• 遠程維護：使用ssh tunnel 的 Remote Port Forwarding 模式，進行反向代理。

ssh tunnel

此處使用 autossh 進行連接，autossh可完成建立通道與監(jiān)控通道的工作，通道斷開后，可自主重連。遠端連接 騰訊云服務(wù)器，之后可以云服務(wù)器為跳板，反向代理訪問NAT環(huán)境Rpi設(shè)備。

autossh -M 監(jiān)控端口 -R 遠程通信端口:localhost:22 賬號名@遠程IP或域名 -p端口號 -i 賬號KEY -o serveraliveinterval=60 -N -f

連接時，在云服務(wù)器執(zhí)行

ssh -p 遠程通信端口 localhost

getdata.py

獲取傳感器讀數(shù)代碼（完整代碼待放出 github/DemoOnTencentCloud）

import serial
from time import sleep

ser=serial.Serial("/dev/serial0",9600)

while True :
    r_data = ser.read()
    sleep(0.3)
    data_left = ser.inWaiting()
    r_data += ser.read(data_left)
    if 9 != len(r_data):
        print 'error length: %d'%len(r_data)
        continue
    else:
        n=ord(r_data[4])*256+ord(r_data[5])
        updatedata(n/1000.0) # ppm = n/1000.0 

flusholed.py

依賴庫安裝(基于 https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_SSD1306)

sudo python -m pip install --upgrade pip setuptools wheel
sudo pip install Adafruit-SSD1306

下為功能偽代碼。（完整代碼待放出 github/DemoOnTencentCloud）

# 讀取 cachefile 緩存文件
# 刷新 OLED 顯示

sync.py

下為功能偽代碼。（完整代碼待放出 github/DemoOnTencentCloud）

# 訪問 APIGW，獲取最新記錄時間戳
# 讀本地sqlite庫，獲取增量數(shù)據(jù)
# 訪問 APIGW，提交更新數(shù)據(jù)

Sqlite結(jié)構(gòu)

表結(jié)構(gòu)

CREATE TABLE "sensordata" (
"id" INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
"utime" INTEGER NOT NULL,
"utype" INTEGER DEFAULT 0 NOT NULL,
"udata" REAL NOT NULL,
"sdata" TEXT
);

云端開發(fā)與配置

無服務(wù)器云函數(shù)

優(yōu)先配置 無服務(wù)器云函數(shù)，參考 文檔 建立并保存“函數(shù)代碼”后，在管理頁面的“觸發(fā)方式”功能中，直接生成對應(yīng)API網(wǎng)關(guān)。

觸發(fā)方式選擇API網(wǎng)關(guān)

（完整代碼待放出 github/DemoOnTencentCloud）。

當前主要強調(diào)幾個注意事項：

1. 自動提交：連接數(shù)據(jù)庫必須使用“autocommit = True,”參數(shù)，否則由于事務(wù)隔離，DB鏈接重新連接前，查詢結(jié)果不變。（查不到新增記錄ID）
2. 返回頭：API網(wǎng)關(guān)開啟“響應(yīng)集成”時，云函數(shù)返回值需結(jié)合返回信息，指定"Content-Type"，否則出現(xiàn) "transfer closed with outstanding read data remaining" 錯誤。
3. 驗證連接：云函數(shù)實例可長期存在，但一定時間未操作mysql鏈接時，mysql將釋放鏈接，所以代碼中需要進行驗證鏈路可用性。

API網(wǎng)關(guān)

配置服務(wù)

參考 文檔 ，以上文“觸發(fā)方式”中建立的API網(wǎng)關(guān)服務(wù)，由API網(wǎng)關(guān)的 服務(wù) 頁面，點擊相應(yīng)服務(wù)名，選擇“API管理”分頁，點擊“編輯”，然后配置“請求方法-POST”、“鑒權(quán)類型-密鑰對”、“使用響應(yīng)集成”，其它余配置按默認即可。

下載與使用SDK

API網(wǎng)關(guān) 控制臺 -> 點擊 服務(wù)名 -> 點擊 API文檔/SDK -> 點擊 下載SDK

（完整配置待放出 github/DemoOnTencentCloud）

云數(shù)據(jù)庫 Mysql

表結(jié)構(gòu)

SET SQL_MODE = "NO_AUTO_VALUE_ON_ZERO";
SET AUTOCOMMIT = 0;
START TRANSACTION;
SET time_zone = "+00:00";

CREATE TABLE `sensordata` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `stime` timestamp NULL DEFAULT NULL,
  `utype` int(11) NOT NULL DEFAULT '0',
  `udata` float NOT NULL,
  `sdata` varchar(256) DEFAULT NULL
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

ALTER TABLE `sensordata`
  ADD PRIMARY KEY (`id`);

ALTER TABLE `sensordata`
  MODIFY `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT;
COMMIT;

云圖配置

簡要使用說明

拖選組件 -> 點擊數(shù)據(jù)欄 -> 選擇數(shù)據(jù)庫 -> 填寫SQL -> 開啟自動更新 -> 預(yù)覽 -> 發(fā)布

操作示例圖

騰訊云圖配置示意

組件配置信息

• 最新同步時間 - 通用文本

select concat('最新同步時間 ',stime) as value from sensordata order by id desc limit 1

• 國標系數(shù)比 - 水位圖

select round((udata)/0.08*100, 2) as value from sensordata order by id desc limit 1

• 實時讀數(shù) - 基本條形圖

select round(udata, 3) as x, '' as y from sensordata order by id desc limit 1

• 10分鐘數(shù)據(jù) - 基本折線圖

select * from (select id, round(udata, 3) as y, date_format(stime, '%H:%i:%S') as x, utype as s from sensordata order by id desc limit 360) as t1 order by id asc

• 7天數(shù)據(jù) - 基本折線圖

select distinct (dt), round(AVG(udata),3) as y, dt as x, '0' as s from (select id, date_format(stime, '%Y-%m-%d %H') as dt, udata from sensordata order by id desc limit 604800) as t1 group by dt order by dt ASC

寫在最后

關(guān)于丟數(shù)據(jù)（非守護進程）、臟數(shù)據(jù)（未較驗數(shù)據(jù)唯一性）、缺乏系統(tǒng)監(jiān)控告警（未接入云監(jiān)控）等等待優(yōu)化點，由于時間關(guān)系暫未展開，后面可以再行探討。