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【毕设参考】ESP32 + HaaS Python 打造的噪音检测系统，远离喧嚣，安享静谧

噪声检测系统

?? 下图是本案例除硬件连接外的三个步骤。请参考图中的说明。硬件连接完成后，我们建议您使用一分钟云体验功能来提前体验本案例的实际运行效果。

简介

?? 在当今社会，噪声污染几乎影响了人们日常工作和生活的各个方面。办公室的噪声污染会影响员工的工作效率，生活中的噪声污染会影响每个人的睡眠和情绪，从而影响我们的身心健康。

?? 噪声检测系统的目的是检测办公室和生活环境的噪声，当噪声超过设定的峰值时发出报警。 根据报警提示，办公室里的人可以减少电话、讨论或主动去会议室，避免打扰他人；家人也可以做出相应的对策，如关闭门窗、联系物业或警察。

??本课程介绍了如何构建室内噪声检测报警系统。

?? 噪声标准

  1. 比较安静： 30～40 分贝
  2. 影响睡眠和休息：50分贝以上
  3. 影响工作效率： 70分贝以上
  4. 严重影响听力或导致其他疾病： 长期生活在90分贝以上的环境中

?? 为检测室内环境中声音的大小，本场景的示意图如下图所示，场景设计如下：

  1. 通过声传感器测量环境声音的大小
  2. 当声音低于90分贝时，根据不同的声音大小点亮不同颜色的灯：
    • 亮绿色不到40分贝
    • 50~70分贝亮蓝色
    • 亮红色超过70分贝
  1. 当声音大于90分贝时，打开蜂鸣器

准备

?? 本案例只需要以下硬件：

  • ESP32一台
  • MK002508声传感器
  • RGB三色LED灯一个
  • 蜂鸣器一个
  • 杜邦线若干
  • Micro-USB数据线一条

硬件连线图

?? 如下图所示：硬件连线图：

开发物联网平台

开放公共实例

?? 对于第一次使用物联网平台的读者，需要打开使用物联网平台功能的实例。免费公共实例可用于开发。

?? 在物联网平台中，左上角选择华东2-上海，点击公共实例即可打开。

物联网平台功能开通后，云设备的设置需要完成以下四个步骤：

  1. 创建云产品
  2. 创建产品属性(物模型)
  3. 创建云设备(获取三元组)
  4. 多设备场景联动设置

创建云产品

?? 点击上图中的公共实例进入控制台创建产品。然后点击创建产品按钮，如下图所示。

?? 如下图所示，在新产品设置页面上设置产品名称，选择自定义类别，节点类型选择直接连接设备，网络模式选择Wi-Fi”，数据格式选择“ICA标准数据格式，默认设置检验类型和认证方法。您还可以根据开发者自己的需要在产品描述页面添加产品描述。

?? 选择后，单击确认按钮完成产品创建。返回产品页面后，您可以看到新创建的声音检测装置产品将出现在产品类别表中，如下图所示。

创建产品属性(物模型)

?? 点击上图中的查看按钮，即可查看产品信息，Topic与产品相关的功能设置，如列表、功能定义、数据分析等。点击功能定义标签页，可以看到设备模型的定义。

?? 标识符是设备端上报设备属性状态的信息中需要使用的标识符，只有当设备上报的属性内容符合数据定义中的数据值范围时，才会被物联网平台记录下来，否则会被物联网平台认定为非法属性并过滤掉。

?? 在本节中，我们选择创建自定义模型来创建系统所需的物体模型信息，点击上图中的编辑草稿按钮。然后根据下图中的步骤选择添加自定义功能。

?? 然后根据下图选择声分贝值，点亮绿灯，点亮红灯，点亮蓝灯，添加蜂鸣器属性。

  • 声音分贝值

* 点亮红灯:

* 点亮绿灯:

* 点亮蓝灯:

* 开蜂鸣器:

?? 创建产品及其对象模型后，点击发布按钮，按照系统提示一步一步地将刚创建的对象模型属性发布到产品中：

创建云设备(获取三元组)

?? 点击产品列表页面中的管理设备，进入设备管理页面。

?? 点击添加设备按钮，如下图所示。

?? 设置添加设备页面deviceName开发人员可以填写他们想要设置的设备名称，或者让系统自动生成设备名称，如下图所示。

?? 添加设备后，点击查看按钮，查看设备端的详细信息。

?? 有两种信息需要与设备端开发相匹配：

  1. 三元组
  2. 物体模型属性信息

?? 如上图所示，点击查看按钮可以看到设备的三元组信息。三元组是物联网设备端与物联网云设备相关的唯一标识符。当设备端连接到云时，将使用三元组信息和云进行识别。识别通过后，云将认为设备已被激活并在线。

?? 设备的所有属性信息、设备时间报告和设备服务呼叫都可以在设备详细信息页面的物体模型数据标签页面上看到，如下图所示。当物联网设备根据设备属性对应的标识符报告设备属性时，本图中的声分贝值、点亮红灯等属性值将显示设备的最新属性信息。

创建产品和设备的过程是根据面向对象的想法设计的，其中创建产品可以看作是一个新的类别，物体模型是类别的对象，创建设备是类别的实例。

?? 本产品有四种物模型bool类型属性，命名为"点亮红灯"， "点亮绿灯"， 点亮蓝灯 和 开蜂鸣器，这四个属性ture和false红灯、绿灯、蓝灯和蜂鸣器是否分别对应。

?? 实现控制逻辑有两种方法：

  1. 使用物联网平台的规则引擎功能
  2. 使用IoT Studio业务逻辑功能

?? 接下来，本节开始介绍使用物联网平台的规则引擎来设置控制逻辑。

?? 按照下图所示的步骤创建场景联动的规则:

?? 点击创建规则后，填写场景规则的名称。在这里，我们首先创建第一个声音低于40分贝，点亮绿灯的规则。

?? 规则创建完成后，系统将在等待几秒钟后自动跳转到规则编辑页面，需要配置以下两个步骤来创建完整的规则：

  1. 声分贝值设置为触发器"当属性低于40分贝时，如下图所示。

  1. 设置执行动作"打开点亮绿灯属性的控制设备。

?? 点击保存后，创建温度过高，打开空调的场景联动规则。

??以同样的方式创建另外三个场景联动规则：

  • "50-70分贝点亮蓝色"，如下图所示

* 红色大于70分贝，如下图所示

  • "持续90分贝以上开蜂鸣器“，如下图所示

   创建完这几条规则之后，在”场景联动“页面中点击规则后面的启动按钮，则所有的规则都会运行起来。

设备端开发

开发环境

   在进行下一步之前请确保ESP32开发环境已经搭建完毕。详情请参考esp32开发环境的说明。

创建解决方案

   点击下图中的"快速开始"按键(

)会弹出HaaS Studio的欢迎页面，请点击“创建项目”按钮。

   在随后弹框中，设定好项目名称（“noise_detector”）及工作区路径之后，硬件类型选择nodemcu32s，点击“立即创建”，创建一个Python轻应用的解决方案。

下载本案例设备端代码并解压，然后将所有文件复制后覆盖noise_detector工程目录下的原有文件。其中main.py脚本的内容如下图所示：

   然后对main.py里边的内容后需要完成以下三处代码修改。

Python脚本的详细说明请参考脚本内嵌的文字版注释

  1.    修改noise_detector工程里main.py中wifiSsid和wifiPassword的值为读者实际要连接的路由器的名称及密码（请注意名称和密码都需要放在""符号中间）。
# Wi-Fi SSID和Password设置
wifiSsid = "请填写您的路由器名称"
wifiPassword = "请填写您的路由器密码"

   修改完成之后get_wifi_status函数中的wlan.connect(wifiSsid, wifiPassword)语句就会连接读者自己设定的路由器。

   修改humiture工程里main.py中productKey、deviceName和deviceSecret的值为读者创建的物联网设备的三元组信息，如下图所示：

# 三元组信息
productKey = "产品密钥"
deviceName = "设备名称"
deviceSecret = "设备密钥"

   humiture工程里main.py中下面的代码实现的是上传声音大小到云端的功能。其中SoundDecibelValue便是声音值上报时所用的标识符。

# 上传声音大小到物联网平台
def upload_voice():
    global device
    while True:
        data = get_voice()                      # 读取声音大小信息
        # 生成上报到物联网平台的属性值字串
        prop = ujson.dumps({
            'SoundDecibelValue': data
            })
        print('uploading data: ', prop)
        upload_data = {'params': prop}
        # 上传声音信息到物联网平台
        device.postProps(upload_data)
        utime.sleep(2)

   确保这个标识符和物联网产品的物模型中属性标识符是一样的，如下图所示：

  

  • 新增四个变量用来控制led和蜂鸣器对应的GPIO
# LED 蜂鸣器控制变量
redledon = 0
blueledon = 0
greenledon =0 
buzzeron =0
  • 新增函数处理云端信息并控制GPIO的接口
# 设置props 事件接收函数（当云平台向设备下发属性时）
def on_props(request):
    global redledon, blueledon, greenledon, buzzeron, voice_value
    payload = ujson.loads(request['params'])
    # 获取dict状态字段 注意要验证键存在 否则会抛出异常
    if "light_up_green_led" in payload.keys():
        greenledon = payload["light_up_green_led"]
        if (greenledon):
            print("点亮绿灯")
    if "light_up_blue_led" in payload.keys():
        blueledon = payload["light_up_blue_led"]
        if (blueledon):
            print("点亮蓝灯")
    if "light_up_red_led" in payload.keys():
        redledon = payload["light_up_red_led"]
        if (redledon):
            print("点亮红灯")
    if "switch_on_buzzer" in payload.keys():
        buzzeron = payload["switch_on_buzzer"]
        if (buzzeron):
            print("打开蜂鸣器")
    redled.write(redledon)           # 控制红灯
    blueled.write(blueledon)         # 控制蓝灯
    greenled.write(greenledon)       # 控制绿灯
    buzzer.write(buzzeron)           # 控制蜂蜜器
    # 要将更改后的状态同步上报到云平台
    prop = ujson.dumps({
        'light_up_green_led': greenledon,
        'light_up_blue_led': blueledon,
        'light_up_red_led':redledon,
        'switch_on_buzzer':buzzeron,
    })
    upload_data = {'params': prop}
    # 上报led和蜂鸣器属性到云端
    device.postProps(upload_data)

运行结果

   推送此脚本到ESP32之后，运行此脚本，ESP32串口会周期性的打印如下日志。其中：

  • “物联网平台连接成功” 代表成功连接到物联网平台
  • "uploading data:"之后跟着的为设备端向云端发布的声音大小属性信息，其中SoundDecibelValue后面的数值为声音大小之，单位：分贝。
  • 设备端解析到云端送下来的控制指令包含“{"light_up_green_led":1}”之后会打印"点亮绿灯"并点亮绿色LED
  • 设备端解析到云端送下来的控制指令包含"{"light_up_blue_led":1}"之后会打印"点亮蓝灯"并点亮蓝色LED
  • 设备端解析到云端送下来的控制指令包含"{"light_up_red_led":1}"之后会打印"点亮红灯"并点亮红色LED
  • 设备端解析到云端送下来的控制指令包含"{"switch_on_buzzer":1}"之后会打印"打开蜂鸣器"并打开蜂鸣器
==== python file check /data/pyamp/main.py ====
 ==== python execute from /data/pyamp/main.py ====
voice inited!
led inited!
buzzer inited!
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
('192.168.43.45', '255.255.255.0', '192.168.43.1', '192.168.43.1')
establish tcp connection with server(host='gv4cyhcq5aA.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com', port=[443])
sleep for 1 s
tcp_connect: can only connect from state CLOSED
success to establish tcp, fd=54
物联网平台连接成功
sleep for 2s
uploading data:  {"SoundDecibelValue": 0}
点亮绿灯
uploading data:  {"SoundDecibelValue": 0}
点亮绿灯
uploading data:  {"SoundDecibelValue": 0}
点亮绿灯
uploading data:  {"SoundDecibelValue": 10300}
点亮红灯
打开蜂鸣器

   开发板实际效果如下：

  • 在声音低于40分贝时，可以看到日志中出现"点亮绿灯"的字样，伴随着绿色LED灯亮起
  • 在声音在50和70分贝之间时，可以看到日志中出现“点亮蓝灯”的字样，伴随着蓝色LED灯亮起
  • 在声音高于70分贝时，可以看到日志中出现"点亮红灯"的字样，伴随着红色LED灯亮起
  • 在湿度高于90分贝时，可以看到日志中出现"点亮红灯" “打开蜂鸣器”的字样，伴随着红色LED灯亮起，蜂鸣器打开

物联网平台端设备信息查看

   物联网设备的系统启动成功并连接到物联网平台之后，物联网平台上对应的设备状态会从”未激活状态“变为”上线“，在物模型数据标签页上会显示设备上报到物联网平台的属性值。

   此时如果开发板周围声音发生变化，物联网平台的物模型数据会更新为设备上报的最新的属性值。

物联网应用开发

   如果能够将噪音数据通过网页的形式直观的展现出来，用户就可以通过查看噪音的当前和历史数据，识别出噪音的规律，有助于得出有效的管控方法和应对措施。同时相关人员还可以远距离的查看数据，得出直观的了解和认识。

中控大屏目标

   本节课程主要目标是设计一个总控大屏的web应用，能实时的查看如下信息：

  1. 过去3小时的声音变化实时信息
  2. LED灯和蜂鸣器实时状态显示
  3. 手动控制LED灯和蜂鸣器的开关状态

声音监控系统

   下图是一个典型的物联网应用程序开发的流程图，接下来本节就按照这个流程介绍如何花卉养植系统中控大屏的web应用程序的开发。

   打开IoT Studio官网，在项目管理中创建一个空白项目，如下图所示，将此项目命名为“声音监控系统”。

   新建“普通项目”之后，在新项目的首页新建一个Web应用，命名为“室内声音大小实时监控”。

   Web应用创建成功后会进入到应用界面设计页面。

   点击上图红框中的“组件”按钮图标，就可以看到可用的组件列表。各组件的说明请参考IoT Studio组件说明。

   这里我们用到3种组件:

  • 1个实时曲线 用于显示声音的历史变化曲线及实时数据
  • 3个指示灯 显示和控制LED的当前状态
  • 1个开关 显示和控制蜂鸣器的状态

   将3种组件拖到中间的画布区，适当调整组件布局。然后拖动文字组件，为组件添加文字注释，如下图所示。

   此时回到”声音监控系统“项目的主页，对产品和设备进行关联，如下图所示：

   关联产品的过程如下：

   关联设备的过程如下：

   产品和设备关联完毕之后，就可以将把组件和设备的属性关联起来了。

   关联数据源分为如下3个步骤，每个步骤的截图如下：

  • 关联产品
  • 关联设备
  • 关联属性

   具体操作步骤如下：

  1. 选中”开关“组件，点击右侧的“配置数据源”。

  1. 选择目标产品

  1. 选择目标设备

  1. 选择“开蜂鸣器”属性

   同样的方式为另三个”指示灯“组件分别选择选择相同设备的“点亮绿灯”，“点亮蓝灯”和“点亮红灯”属性。

   接下来需要为”实时曲线“组件设定数据源。同样点击该组件后，点击右边的配置数据源。因为本场景中的声音大小测量和LED灯/蜂鸣器的控制都是通过一个物联网设备完成的，所以本页中要选择”单设备多属性“。然后选择好本场景创建的产品，如下图所示。

   选择相同的设备，如下图所示。

   本场景显示的是茶花生长环境的温度信息和湿度信息，所以”数据项“中要选择这两项属性。

   最后选择要显示的实时温湿度数据的时间长度，这里选择3小时，如下图所示。

   在发布之前可以点击上图的“预览”查看应用的实际运行效果。实际运行效果如下图所示：

   这样我们就完成了一个声音监控系统从设备声音大小测量，设备控制、物联网云平台开发及物联网应用开发全链路的开发。

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标签： gv传感器

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