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用 SensorTile.box 和 Microsoft Azure IoT Central 进行冰箱监控

KamillaAliakhmet
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来自 STMicroelectronics 的 SensorTile.box 可用于收集感官数据,如冰箱内的温度和湿度,然后将数据发送至 Microsoft Azure IoT Central 平台。

零件清单

数量 产品 库存编号
1 STMicroelectronics STEVAL-MKSBOX1V1, Development Kit for STM32 for IoT and Wearable Sensor Applications 190-8453

你知道吗,牛油果不应保存在冰箱的蔬菜抽屉中,因为它在高湿度的环境下腐败速度加快?好吧,我原本是不知道的。我们对于日常用品还有很多要学习的地方,然而我们并没有给予足够的关注。和许多人一样,我在拆杂货的包装时把冰箱门打开会感到愧疚。然而,这种做法可能会完全扰乱冰箱的运作,降低它的工作效率。有两个重要的参数始终值得关注:冰箱和冰柜的温度和湿度。如果温度设定得过低,则耗电太多。而如果不关门,湿度会上升,则冰箱冷却的时间延长。

于是,当我拿到 STMicroelectronics 推出的 SensorTile.box (190-8453) 时,我想,用它来测量冰箱的这两个参数,从而了解冰箱内部状况是个不错的主意。对了,我还想知道是否有人在半夜偷偷溜进厨房,或者我是否整晚忘记关冰箱门!

sensortile_box_20e2600e1b6f3934d4f0ce53cd965e0ba8f6a349.jpgSensorTile.box

SensorTile.box 是一块开发板,上面搭载多个运动和环境传感器,可用于无线 IoT 和可穿戴传感器应用。该板装在一个防溅水的塑料盒中,达到 IP54 防护标准。外盒的尺寸为 57 mm x 38 mm x 20 mm。上盖有两种版本:一种带法兰,一种不带。带法兰的版本可用于将套件固定在壁上,或根据应用需要固定在其它表面上。该套件还随附 LiPo 电池,电池可通过 micro USB-B 电缆充电。

SensorTile.box 搭载多种小功率传感器,其中包括耗电量仅为 50 nA 的三轴 MEMS 加速计和超高分辨率数字输出加速计、六轴惯性模块、磁力计,以及温度、湿度、压力和音频传感器。

为了管理传感器配置和处理输出数据,它使用了带 DSP FPU 的超低功率 32 ARM Cortex-M4 微控制器。此外还使用 ST BT Low Energy 模块实现板和智能手机之间的无线通讯。

安装设备

将板装入塑料盒时,需要拧松上盖中的螺栓。下一步是将电池连接器连接至板的引脚上。开启设备时必须连接 USB 电缆。如果电池正在充电,则板上的红色 LED 将闪烁。从我的个人经历来看,电池充满电需要 2 小时。

该板可在手机上通过 ST BLE Sensor 应用程序连接。ST BLE Sensor 应用程序包含数个适用于初学者的示例应用。更资深的用户可在“专家”视图模式中自行创建应用。更多关于应用程序的使用信息,请参考官方用户手册或观看此视频。

 



本次项目中,我将测量冰箱内的温度和湿度,此外我还将测量磁场以识别冰箱门的位置。

载入应用并连接至云的详细步骤说明:

1.在主窗口中,选择“CREATE A NEW APP”(新建应用)

Screenshot_20190912-125917_549a2a28da3301ac2703a0adacdc64e12c166f30.png2. 这时将显示“Example Apps”(示例应用)窗口。选择“Expert view”(专家视图),然后在下一个窗口中按下“+NEW APP”(+ 新应用)。
Screenshot_20190912-134102_4d63c21485c135466ecc030ac4df3f824977a502.png3.我新建了一个名叫“Smart fridge”(智能冰箱)的应用,输入为温度、湿度和磁场传感器读数。Screenshot_20190914-202502_cc97256b582221cf0db5837fb6bea0a191f1c753.png4. 返回主窗口并选择“CONNECT TO A DEVICE”(连接设备)选项。

5. 如果板已开启,则您的设备名称应显示在设备列表中。一旦板与手机/应用程序之间建立连接,蓝色 LED 将闪烁。

6. 如果按下左上角的图标,则将看到观察测量数据的选项。转至“Cloud Logging”(云记录)选项以上传数据至云服务,在本例中即 Microsoft Azure IoT Central


Screenshot_20190912-134153_79059588ef3a233a5ae2f7e176aa9773e34bf4a1.png

发送数据至 Azure IoT Central

我在本项目中使用的云服务为 Microsoft Azure IoT Central,它是基于浏览器的 IoT 设备监控和管理平台。我可以快速创建自己的应用,完全无需代码。Azure IoT Central 提供多达 5 台设备的免费服务,并且使用起来非常直观。实际上,我对它的支持服务很满意(含全天候在线咨询服务)。我按照这些说明 Sensortile.box 连接至 Azure IoT Central

如果一切设置正确,应当可以通过按下 ST BLE Sensor 应用程序的“Cloud Logging”(云记录)页面右下角的云图标上传原始数据至 Azure IoT Central

Screenshot_20190912-134224_5fdbd3ceaa3aaea832e982125920b4070bfdb508.png

在浏览器中,您可以看到设备 TILE18209BC 已存在,且湿度、温度和 Z 向磁场的测量数据每 2 秒更新一次。这些都是冰箱内部的真实读数。

azure_iot_overview_f9a95f419e20c2c89cb0c336f0e106733a77d690.pngSensorTile.box connected to Azure IoT Central 

我的 SensorTile.box 已放入冰箱门内,如下图所示。但是我首先把它用胶带粘在一块木板上。我认为这样可以保持设备静止,因为我不想直接把它粘在门上。可以看到,冰箱空间是个大问题,因此我只打算偶尔使用 SensorTile.box 监控冰箱。

MVIMG_20190914_200419_fe22039867e7a56890b8cbb1223a3c02405fac9f.jpgMVIMG_20190914_200425_e6af3e320fb489b447f7c8fe4173c7eda08a88fb.jpg

“半夜偷吃零食”

我想出了两个绝妙的冰箱监控实际用途。第一个用途是,可以找出家里有谁半夜溜到厨房偷吃零食。

除温度和湿度以外,我还测量了冰箱门开关时产生的磁场变化。下图显示出一个场景:冰箱门原本是关着的,有人把门打开了 3 分钟,然后再次关上。Z 向磁场从约 200mG 变化至 400mG。此外还能看到,湿度和温度读数也发生相应变化。这是因为冰箱内部的冷空气在开门时从门口涌出。

magnetic_field_2d78b09034fc841f49440bfaebb7ec816702a836.pngMagnetic field in Z-directiontemperature_83c6380a6665e88da0a1b40fab34c1963918a985.pngTemperaturehumidity_01059d2b6be3213e83e02db09c6bf53997dbcea5.pngHumidity

为了探测这种变化并收到通知,我在 Azure IoT Central 左侧菜单的“Device Template”(设备模板)部分中设置了“Telemetry rule”(遥测规则)。阀值设定为 300mG,此值是通过在同一位置读取数次传感器测量数据得出的。

rule_1_8cb51d53b38d84747478b6923686a5a7c64197e0.png

该规则将触发一个“Action”(操作),以便当数据超过阀值时向我发送一封电子邮件通知。

email_midnight_snack_c7471f1922117e77e6c3212f115579b4a6d91241.png

“噢不!冰箱门整晚没关!”

第二个实验是测试 SensorTile.box 是否能探测出冰箱门整晚没关。这种情况在饮料冰箱中时有发生。这台冰箱比较小(或者我们在里面塞了太多啤酒),我们经常早晨下楼走进厨房,然后发现冰箱门整晚没关,如下图所示。

MVIMG_20190914_200915_a5ad8a2f57d9bd66421501876bc27ee7b14c8429.jpgThe door of drinks fridge is not fully closed

与第一个实验类似,我测试了磁场变化,但是这次的变化幅度小得多。下图显示出,当门关紧时,磁场在负 Z 向为 370mG。我假装拿饮料,把冰箱门打开几秒钟,然后故意没关紧。可以看到,现在同一方向的磁场读数约为 300mG

magnetic_field_5_mins_5b418f52b0a013e32c6b0e377c658559e09ab44e.png

Magnetic field in Z-direction reading from drinks fridge

我设置了另一条 5 分钟磁场测量规则,如果平均读数大于 -300mG,我将收到通知,提醒我冰箱门没关紧。

email_midnight_5min_5b42eb49506106363beed14db3cb7011ac984249.png

小结

在本次 SensorTile.box 项目中,我玩得非常高兴,特别是因为我不需要接触任何代码,而且使用说明清晰易懂。连接至 Microsoft Azure IoT Central 的过程也十分直观,因此大家可以马上开始创建自己的 IoT 设备了!

更多资源:

STMicroelectronics SensorTile.box 拆箱

IoT 设备选择云平台

SensorTile.box Azure IoT Central 实现 IoT 感应

 

I am an electronics engineer who is passionate about technology. In my spare time, I like travelling, blogging and learning new languages. よろしくお願いします.

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