Python+樹莓派製作IoT（物聯網）門控設備

今天就和大家分享一個正在製作的物聯網開關門監控設備。

因爲考慮需要在戶外使用這套物聯網門控設備，所以利用樹莓派完成這個設備有兩個問題需要解決，
第一是需要解決樹莓派和相關模塊的供電問題。
第二就是需要戶外沒有寬帶網絡情況下的信號傳輸問題。
只要解決這兩個問題那麼剩下來的問題就是編程方面的了，針對以上兩個問題，這裏我們採用比較大衆化的方式解決，設備的供電問題我們使用太陽能配合蓄電池進行實現7X24小時供電，信號的傳輸問題我們使用一塊叫做SIM868的通訊模塊來實現。下面來介紹一下設備製作的材料準備、製作過程以及程序的編寫和調試。

準備材料及工具

1.樹莓派(Raspberry Pi 3B+) 數量：1塊

2.SIM868通訊模塊（這裏使用的是適配樹莓派的微雪電子的SIM868通訊模塊）數量：1塊

3.電磁感應磁條（常開常閉型）數量：1組

4.SIM868模塊外接天線數量：1根（根據現場安設實際情況確定）

5.樹莓派T型擴展板數量：1塊

6.實驗麪包板數量：1塊

7.杜邦線（公對公，公對母）數量：若干

8.太陽能板數量：1塊

9.帶保護板的鋰電池數量：2組（根據電池使用的性能情況可適當增加）

10.電壓電流轉換板數量：1塊

11.連接電線數量：（根據現場安設實際情況確定）

12.兩芯屏蔽線數量：10米（0.3粗即可根據現場安設實際情況確定）

13.防爆箱（防塵、防霧）數量：1個（規格根據實際情況確定）

14.Micro USB充電線數量：2根

15.SIM卡（移動和聯通均可，模塊暫不支持電信CDMA）數量：1張

16.電烙鐵及焊錫

設備供電及模塊鏈接說明

供電原理：設備的供電依靠太陽能板配合鋰電池進行供電，需要一塊可以將太陽能板和鋰電池的輸出電壓和電流轉換成樹莓派和SIM868通訊模塊工作電壓和電流的轉換板，設備供電鏈接圖如圖。

實現效果，白天可以通過太陽能負責給樹莓派及通訊模塊供電並同時給鋰電池充電。晚上將由充電完畢的鋰電池負責給設備供電。
設備鏈接：樹莓派的GPIO PIN# 2針腳（5V）和 PIN# 23針腳鏈接電磁感應模塊的引線。負責接收電磁感應模塊的開關狀態，樹莓派的GPIO PIN# 4（5V），PIN# 6（Ground），PIN# 8（TX），PIN# 10（RX）分別鏈接SIM868通訊模塊的5V，ground，串口TX和RX，負責實現模塊的樹莓派與SIM868通訊模塊的串口通訊和供電鏈接，並將信號樹莓派的接收到的電磁感應磁條開關信號，通過SIM868通訊模塊出輸出去（這裏採用的是http傳輸協議，具體實現方法見程序編碼部分）

程序代碼

python程序源碼：

import  RPi.GPIO as GPIO
import time
import serial

def gpio_init():
    GPIO.setwarnings(False)
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
    GPIO.setup(23,GPIO.OUT)
def send_data(param):
    W_http_6='AT+HTTPPARA="URL","http://**************/iot.php?status='+param+'"\r\n'
    ser.write(W_http_6)
    time.sleep(2)
    W_http_7='AT+HTTPACTION=0\r\n'
    ser.write(W_http_7)
    time.sleep(3)
if __name__ == '__main__':
 ser = serial.Serial("/dev/ttyS0",115200)
  W_http_1='AT+HTTPTERM\r\n' 
 ser.write(W_http_1)
 time.sleep(3)
 W_http_2='AT+SAPBR=3,1,"CONTYPE","GPRS"\r\n' 
 ser.write(W_http_2)
 time.sleep(3)
 W_http_3='AT+SAPBR=3,1,"APN","CMNET"\r\n'
 ser.write(W_http_3)
 time.sleep(3)
 W_http_4='AT+SAPBR=1,1\r\n'
 ser.write(W_http_4)
 time.sleep(3)
 W_http_5='AT+HTTPINIT\r\n'
  ser.write(W_http_5)
 time.sleep(3)
 gpio_init()
 status=1
  while True:
     if GPIO.input(23) == True:
          if status==1:
             send_data(2)
              status=2
              print("門的狀態：關閉")
          else:
             pass
      else:
         if status==2:
             send_data(1)
              status=1
              print("門的狀態：打開")
          else:
             pass
      time.sleep(3)
 GPIO.cleanup()

php程序源碼

require_once("../../func/dbaccess.php");
    if (doConnect($cn) == false) {
        return false;
   }
    $strSQL = "insert into iot_tbl (position,status,create_time) values ("'.第一號門.'",'". $_GET['status']."',now())";
    doInsertUpdate($strSQL);
    doClose($cn);

代碼解析

這裏使用的Python版本號爲3.7

import  RPi.GPIO as GPIO
import time
import serial

引用了python的3個類庫GPIO，time以及串口調試庫serial，爲實現程序的調試可編寫，在使用serial串口調試庫前，要實現樹莓派的串口配置和Linux系統下的串口調試工具minicom的安裝。

ser=serial.Serial("/dev/ttyS0",115200)
W_http_1='AT+HTTPTERM\r\n'
ser.write(W_http_1)
time.sleep(3)
W_http_2='AT+SAPBR=3,1,"CONTYPE","GPRS"\r\n'
ser.write(W_http_2)
time.sleep(3)
W_http_3='AT+SAPBR=3,1,"APN","CMNET"\r\n'ser.write(W_http_3)
time.sleep(3)
W_http_4='AT+SAPBR=1,1\r\n'ser.write(W_http_4)
time.sleep(3)
W_http_5='AT+HTTPINIT\r\n'ser.write(W_http_5)
time.sleep(3)

以上代碼實在通過調用serial庫，設置樹莓派串口通信的波特率爲115200，並使用 ser.write()函數向串口寫入可操作SIM868模塊進行通訊的AT指令，這裏的AT指令是對SIM868進行HTTP通訊前的配置，具體AT指令的含義在這裏不再贅述，可自行百度查找。這是使用time.sleep()函數控制程序執行的等待時間，確保串口寫入數據成功。

def gpio_init():
 GPIO.setwarnings(False) 
  GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
  GPIO.setup(23,GPIO.OUT)

gpio_init()函數是實現對接收電磁感應模塊的GPIO PIN#23針腳的初始化配置。

status=1
while True:
    if GPIO.input(23) == True: 
       if status==1: 
           send_data(2) 
           status=2 
           print("門的狀態：關閉")
        else:  
          pass 
   else: 
       if status==2: 
           send_data(1)
            status=1
            print("門的狀態：打開")
        else:
            pass
    time.sleep(3)

這裏使用status變量初始化門的狀態爲1表示門已打開，並使用while True循環分割三秒鐘（time.sleep(3)）檢測GPIO PIN#23 號針腳的電流狀態，從而判斷門的開關狀態，並調用send_data()函數進行數據的發送。

def send_data(param):
    W_http_6='AT+HTTPPARA="URL","http://**************/iot.php?status='+param+'"\r\n'
    ser.write(W_http_6)
    time.sleep(2)
    W_http_7='AT+HTTPACTION=0\r\n'
    ser.write(W_http_7)
    time.sleep(3)

這裏將門的狀態status變量的值當做參數傳送給你個send_data()函數，在添加到HTTP請求的URL中，在服務器端寫了個PHP程序iot.php(程序源碼j解析如下)用以接收SIM868通訊模塊發送過來的HTTP請求，並使用GET的方式獲得到HTTP請求URL中傳入的status值，並插入到MySQL數據庫中。

require_once("../../func/dbaccess.php");//封裝鏈接操作MySQL數據庫的函數 
if (doConnect($cn) == false) {           //鏈接數據庫
    return false;   
}    
$strSQL = "insert into iot_tbl (position,status,create_time) values ("'.第一號門.'",'".$_GET['status']."',now())";  //將數據插入MySQL數據庫的SQL語句
doInsertUpdate($strSQL);                 //執行SQL
doClose($cn);                            //關閉數據庫鏈接

程序拓展

以上程序完成的是對開關門信號的檢測、發送和接收數據，屬於整個設備接收和處理數據的核心部分，對接收到的數據，還要做進一步的展示，這裏我採用了HTML+JQuery+AJAX的方式，並配合在HTML中播放音頻文件和刷新開關門狀態圖表，來動態展示開關門的效果。實現原理是使用AJAX操作PHP程序循環實時讀取MySQL數據庫，查看當前門的開關狀態，並循環局部刷新HTML頁面播放音頻和刷新html頁面圖標，對門的開關效果進行動態展示。每個人的需求不同，展示部分的代碼就不做說明，也參照上訴方案自行編寫。

此文章同時同步到我的個人博客緣來來來 » Python+樹莓派製作IoT（物聯網）門控設備

Python+樹莓派製作IoT（物聯網）門控設備

準備材料及工具

設備供電及模塊鏈接說明

程序代碼

python程序源碼：

php程序源碼

代碼解析

程序拓展

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