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

笔者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，尽管也许不会都深入下去；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，相信没有多少开发者愿意尝试，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，包括高通的大力推广，个人对C++的喜爱等等。

最近，笔者根据之前所学，利用AllJoyn和国内受人欢迎的Yeelink物联网平台完成了一个简单的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，一个新的运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，包括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，用户可以通过访问互联网的方式来访问终端的数据资源，这就是典型的互联网模式。而Yeelink平台恰好能提供这样的功能需求，所以我选择了它作为应用层；而在网络层可以细分为两种，一种是公网传输，即借助目前成熟的互联网，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；最下面为感知层，即Arduino终端作为网关接各种感知设备。结构示意图如图0所示：

目前系统实现的两大功能如下：

1、上传温度传感器采集的温度值至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详细得多，可参考后文的链接。按照我目前的理解就是用它可以实现邻近设备间的互联互通，不管是什么设备，只要支持alljoyn，通过wifi、蓝牙都可快速连接，实现信息共享和及时通信。它的好处之一就在于支持多编程语言和多平台，非常方便开发者的使用

Yeelink

Yeelink是一个国内开放的的物联网平台，每个注册用户都可免费添加设备及传感器，利用平台提供的Restful接口，实现对各个传感器的代码访问，从而可以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，相信对开发者来说是一大福音！

软件环境

我目前服务端是在windows 7系统下做此实验，如若在linux环境下运行，需修改部分平台相关代码。集成开发环境是Visual Studio 2012，很强大的IDE，在x86平台下用scons命令生成的samples文件夹下同样都是VS项目文件。客户端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，大点的就只是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等相关成熟硬件可快速做系统原型，大量节约成本，在适当情况下是个很好的技术解决方案。令开发者欣慰的是，开源硬件社区非常流行，所以有很好的问题解决资源。

有arduino板，但无传感器可不行。为方便起见，我目前所展示的就只是温度传感器DS18B20一种。由于具体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的数据传输，其它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：建议初学者学习x86平台下的alljoyn时，先可直接在VS下进行编辑生成，毕竟有比较好的代码提示功能，熟练后再可用notepad等工具。如若刚学就在notepad上写代码，会很让人无奈，因为一大堆函数和参数你都不知道，不容易发现错误。

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2 结构框架

本系统共有两个Arduino Due开发板作客户端，由于是瘦客户端，所以需要标准客户端提供Daemon才可连接，这一点在官方文档中讲得很明白，不再赘述；Windows 7 PC端作为服务端，发布服务供瘦客户端连接，也许有朋友注意到了这与官方例子ledctrl和AJ_LedService不太一样，客户与服务的角色颠倒了，瘦客户端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总线控制瘦客户端，从而实现了Yeelink平台下基于AllJoyn的数据传输与控制功能。其结构框图如图1所示：

3 各子系统详解

3.1 Yeelink平台

要想利用Yeelink资源，就须在官网注册一个唯一帐号，在用户中心进行设备和传感器添加。如下图所示，我添加了arduino设备

接下来在“我的设备”项，添加温度传感器和控制开关，系统会为每一个设备生成唯一的URL，通过URL就可以访问特定传感器了。具体操作文档可参考这里：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，我会就核心代码作详细解析，而不会写上完整代码，望读者理解

服务端主流程如下图所示：

上图是主线程的流程，由于在PC上是多线程运行，所在在监听对象、总线对象上都有额外的线程运行，它们是异步的，也就意味着当事件发生时，可以迅速得到响应，比如当服务端收到温感瘦客户端传来看温度时，总线对象就调用其方法处理函数向Yeelink平台上传。下面就重点细节来谈谈如何设计服务端

首先创建总线对象，然后给总线对象添加接口。接口中有一个sendTemp方法，带一个字符串输入参数，有一个ledSwitch信号，带一个uint8_t型参数。最后激活接口和启动总线

接下来创建监听和总线对象，分别给总线注册监听和总线对象实例，最后总线实例开始连接本地router

在监听类中，我们重新实现了几个虚函数，包括

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，就不在此讲解了

在总线对象实例的构造中，我是这样做的：

首先给总线添加已经设置的接口，为sendTemp方法添加方法处理函数，同时给私有成员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：

我需要强调的是，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";

对应着post请求中的以下项：

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，详细说明可参见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，如下所示：

这部分是与平台相关的，若移植到linux平台，需要修改

在总线对象类中，还有一个成员函数emitLedSwitchSignal用于主线程发射信号给led瘦客户端

将发来的参数封装成message参数，和信号一起发送出去，注意sessionid为led客户端id

我们回到主线程main中，Connect之后就开始发布服务了，三步曲：Request,CreateSession,Advertise

最后进入循环，轮询我在yeelink中添加的控制开关状态：

在这里我采取的是被动轮询开关状态的方式，其实不是最佳的，最好是开关状态一改变，就像硬件中断似的，立刻通知CPU，而在此之前CPU完全可以去做其它事。但这需要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。那么如何轮询呢？其实与上传温度差不多，还是组装(不过现在是GET请求)、初使化socket，不过在接收中我是这么做的：

相关注意点已在注释中说明。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。只要开关状态改变，就把此信息发送给LED瘦客户端

3.3 温感瘦客户端

写客户端代码之前，首先建立文件夹，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，读者可参考arduino中文社区的这个帖子：http://www.arduino.cn/thread-1345-1-1.html，同时下载四个源文件：

DallasTemperature.cpp,DallasTemperature.h,OneWire.cpp,OneWire.h，这属于获取温度的库，全部和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。下面着重讲述这个文件

首先要重视以下几个数据结构的书写：

服务名、路径、端口、接口名务必和服务端保持一致，接口中必须要有sendTemp方法，携带一个字符串参数，其它的和Dummy作用一样，作填充；SEND_TEMP表示为AJ_PRX_MESSAGE_ID型

在AJ_Main中，首先做如下工作：

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：

由于我不关心后面的解消息过程，所以重点就是前几句，方法调用如下：

首先marshal方法，然后marshal参数，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瘦客户端

这一端与温感有些地方类似，不过文件就只有2个，一个ino，一个以alljoyn为主的cpp

主要修改在于在sampleInterface中，添加ledSwitch信号"!ledSwitch instr>y"，再预定义#define LED_SWITCH AJ_PRX_MESSAGE_ID(0, 0, 2)

开始阶段当然就与温感类似了，StartClient成功后，就开始解消息，因为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，就解参数，获取开关状态。如果为1，则点亮LED；为0则熄灭之。另外在这个客户端就不用睡眠了，因为是被动接收服务端的信号

4 演示验证

待服务、两个客户端代码实现后，服务端生成exe文件，连接好硬件，客户端分别烧入两个arduino due开发板。粗略图如下图：

那个红色板上面就有DS18B20温度传感器，三个引脚号接入到了其中一个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，必须启动瘦客户端SDK bin下的SampleDaemon.exe程序，因为服务端并没有绑定的Daemon，它就是来提供Daemon给瘦客户端使用的，其源码可以\alljoyn-14.02.00-src\alljoyn_core\samples\SampleDaemon找到

下面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，有如下显示：