- Hardware type: Microcontrollers
- Connectivity: HTTP, MQTT, WIFI, Bluetooth
- Chip: RP2040
- Industry: Industrial Manufacturing
- Use cases: Smart energy, Environment Monitoring, Smart Office, Smart Retail, Smart Farming, Fleet Tracking, Health Care, Air Quality Monitoring, Waste Management, Tank Level Monitoring
- Platforms: Community Edition, Professional Edition, Cloud
- 概述
- 在ThingsBoard中创建设备
- 安装所需库和工具
- 连接设备到ThingsBoard
- 在ThingsBoard上查看数据
- 使用客户端和共享属性请求同步设备状态
- 使用共享属性控制设备
- 使用RPC控制设备
- 总结
概述
Arduino Nano RP2040 Connect将树莓派RP2040微控制器带入Nano尺寸，功能丰富。
借助U-blox Nina W102模块提供的Bluetooth与Wi-Fi连接，可利用双核32位Arm® Cortex®-M0+ 开发物联网项目。
板载加速度计、陀螺仪、RGB LED和麦克风，可直接投入实际项目。
使用Arduino Nano RP2040 Connect可轻松开发嵌入式AI应用。
本指南将介绍如何在ThingsBoard上创建设备、
安装所需库与工具。
随后将修改代码并上传到设备，
并查看运行结果及通过导入的仪表板在ThingsBoard上查看数据。
设备将借助客户端与共享属性请求功能与ThingsBoard保持同步。
同时，我们将使用共享属性或 RPC 请求控制设备。
前置条件
继续本指南前，需具备：
- Arduino Nano RP2040 Connect
- Arduino IDE
- ThingsBoard Cloud账户或已安装的本地服务器
在ThingsBoard中创建设备
为简化流程，我们将在界面中手动创建设备。
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登录ThingsBoard实例并进入 实体 > 设备 页面。
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点击右上角 ”+” 按钮并选择 添加新设备。
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输入设备名称，例如 “My Device”。其他字段可保持默认，点击 添加 创建设备。
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设备已添加完成。
登录ThingsBoard实例并进入 实体 > 设备 页面。
点击右上角 ”+” 按钮并选择 添加新设备。
输入设备名称，例如 “My Device”。其他字段可保持默认，点击 添加 创建设备。
设备已添加完成。
安装所需库和工具
为Arduino IDE安装开发板：
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进入 工具 > 开发板 > 开发板管理器 并安装 Arduino Mbed OS RP2040 Boards by Arduino 开发板。
进入 工具 > 开发板 > 开发板管理器 并安装 Arduino Mbed OS RP2040 Boards by Arduino 开发板。
安装完成后，通过 工具 > 开发板 > Arduino Mbed OS Nano Boards > Arduino Nano RP2040 Connect 选择开发板。
用USB线连接设备与电脑，并在 工具 > 端口 > /dev/ttyUSB0 中选择设备端口。
端口随操作系统不同而不同：
- Linux下为 /dev/ttyUSBX
- MacOS下为 usb.serialX.. 或 usb.modemX..
- Windows下为 COMX。
安装ThingsBoard Arduino SDK需执行以下步骤：
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进入 工具 选项卡，点击 管理库。
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在搜索框中输入 ThingsBoard 并点击找到的库的 安装 按钮。
进入 工具 选项卡，点击 管理库。
在搜索框中输入 ThingsBoard 并点击找到的库的 安装 按钮。
所有示例代码均需ThingsBoard库版本 0.10.2.
基于RP2040芯片的开发板还需安装 “WiFiNINA” 库。
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在库搜索框中输入 WiFiNINA 并安装 WiFiNINA by Arduino 库
在库搜索框中输入 WiFiNINA 并安装 WiFiNINA by Arduino 库
至此已安装全部所需库与工具。
连接设备到ThingsBoard
连接设备前，需先获取其凭证。
ThingsBoard 支持多种设备凭证类型，本指南使用默认自动生成的访问令牌（access token）。
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点击设备列表中的行以打开设备详情。
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点击“复制访问令牌”。令牌将复制到剪贴板，请妥善保存。
点击设备列表中的行以打开设备详情。
点击“复制访问令牌”。令牌将复制到剪贴板，请妥善保存。
Now it’s time to program the board to connect to ThingsBoard.
To do this, you can use the code below. It contains all required functionality for this guide.
请勿忘记将占位符替换为您的真实Wi-Fi网络SSID、密码及ThingsBoard设备访问令牌。
连接所需变量：
| 变量名 | 默认值 | 说明 |
|---|---|---|
| WIFI_SSID | YOUR_WIFI_SSID | 您的Wi-Fi网络名称。 |
| WIFI_PASSWORD | YOUR_WIFI_PASSWORD | 您的Wi-Fi网络密码。 |
| TOKEN | YOUR_DEVICE_ACCESS_TOKEN | 设备访问令牌。获取方式参见 #connect-device-to-thingsboard |
| THINGSBOARD_SERVER | localhost | 您的ThingsBoard主机或IP地址。 |
| THINGSBOARD_PORT | 1883U | ThingsBoard服务MQTT端口。本指南可使用默认值。 |
| MAX_MESSAGE_SIZE | 512U | MQTT消息最大尺寸。本指南可使用默认值。 |
| SERIAL_DEBUG_BAUD | 1883U | 串口波特率。本指南可使用默认值。 |
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constexpr char WIFI_SSID[] = "YOUR_WIFI_SSID";
constexpr char WIFI_PASSWORD[] = "YOUR_WIFI_PASSWORD";
constexpr char TOKEN[] = "YOUR_ACCESS_TOKEN";
constexpr char THINGSBOARD_SERVER[] = "localhost";
constexpr uint16_t THINGSBOARD_PORT = 1883U;
constexpr uint32_t MAX_MESSAGE_SIZE = 512U;
constexpr uint32_t SERIAL_DEBUG_BAUD = 115200U;
...
代码中的数据发送部分（默认示例发送 temperature 的随机值及部分Wi-Fi信息）：
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tb.sendTelemetryData("temperature", random(10, 20));
tb.sendAttributeData("rssi", WiFi.RSSI());
tb.sendAttributeData("ssid", WIFI_SSID);
tb.sendAttributeData("bssid", getBSSID());
tb.sendAttributeData("localIp", String(String(WiFi.localIP()[0]) + "." + String(WiFi.localIP()[1]) + "." + String(WiFi.localIP()[2]) + "." + String(WiFi.localIP()[3])).c_str());
...
然后按上传按钮或Ctrl+U将代码上传到设备。
在ThingsBoard上查看数据
ThingsBoard支持创建和自定义用于监控与管理数据、设备的交互式可视化（仪表板）。
通过ThingsBoard仪表板，您可以高效管理与监控IoT设备及数据。下面为我们的设备创建仪表板。
将仪表板添加到ThingsBoard需要导入。请按以下步骤操作：
- 首先下载 检查并控制设备数据仪表板 文件。
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进入 仪表板 页面，点击右上角 + 按钮并选择 导入仪表板。
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在仪表板导入窗口中上传JSON文件并点击 导入 按钮。
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仪表板已导入。
进入 仪表板 页面，点击右上角 + 按钮并选择 导入仪表板。
在仪表板导入窗口中上传JSON文件并点击 导入 按钮。
仪表板已导入。
检查并控制设备数据仪表板结构：
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点击表格中的仪表板以打开导入的仪表板，查看设备数据。
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检查数据和控制设备的仪表板视图。
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从设备接收的属性。
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ThingsBoard服务器上的设备信息。
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查看LED模式变化历史的部件。
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查看模拟温度历史的部件。
点击表格中的仪表板以打开导入的仪表板，查看设备数据。
检查数据和控制设备的仪表板视图。
从设备接收的属性。
ThingsBoard服务器上的设备信息。
查看LED模式变化历史的部件。
查看模拟温度历史的部件。
使用客户端和共享属性请求同步设备状态
为在启动时从ThingsBoard获取设备状态，代码中实现了相应功能。
以下为示例代码的相关部分：
- 引入模块以使用API功能：
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... #include <AttributeRequest.h> ... Attribute_Request<2U, MAX_ATTRIBUTES> attr_request; ... const std::array<IAPI_Implementation*, ...> apis = { ... &attr_request, ... }; ...
需在代码中定义要使用的API。
- 属性回调：
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...
void processSharedAttributes(const JsonObjectConst &data) {
for (auto it = data.begin(); it != data.end(); ++it) {
if (strcmp(it->key().c_str(), BLINKING_INTERVAL_ATTR) == 0) {
const uint16_t new_interval = it->value().as<uint16_t>();
if (new_interval >= BLINKING_INTERVAL_MS_MIN && new_interval <= BLINKING_INTERVAL_MS_MAX) {
blinkingInterval = new_interval;
Serial.print("Updated blinking interval to: ");
Serial.println(new_interval);
}
} else if(strcmp(it->key().c_str(), LED_STATE_ATTR) == 0) {
ledState = it->value().as<bool>();
digitalWrite(LED_BUILTIN, ledState ? HIGH : LOW);
Serial.print("Updated state to: ");
Serial.println(ledState);
}
}
attributesChanged = true;
}
void processClientAttributes(const JsonObjectConst &data) {
for (auto it = data.begin(); it != data.end(); ++it) {
if (strcmp(it->key().c_str(), LED_MODE_ATTR) == 0) {
const uint16_t new_mode = it->value().as<uint16_t>();
ledMode = new_mode;
}
}
}
...
// Attribute request did not receive a response in the expected amount of microseconds
void requestTimedOut() {
Serial.printf("Attribute request timed out did not receive a response in (%llu) microseconds. Ensure client is connected to the MQTT broker and that the keys actually exist on the target device\n", REQUEST_TIMEOUT_MICROSECONDS);
}
...
const Attribute_Request_Callback<MAX_ATTRIBUTES> attribute_shared_request_callback(&processSharedAttributes, REQUEST_TIMEOUT_MICROSECONDS, &requestTimedOut, SHARED_ATTRIBUTES_LIST);
const Attribute_Request_Callback<MAX_ATTRIBUTES> attribute_client_request_callback(&processClientAttributes, REQUEST_TIMEOUT_MICROSECONDS, &requestTimedOut, CLIENT_ATTRIBUTES_LIST);
...
共有三个回调：
- 共享属性回调：专用于共享属性，主要接收包含闪烁间隔的响应，以确定合适的闪烁周期；
- 客户端属性回调：专用于客户端属性，接收LED模式与状态信息，收到后保存并应用这些参数；
- 请求超时回调：在属性数据请求超时时触发，用于处理超时。
此功能使设备在重启后能保持实际状态。
- 属性请求：
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... // Request current states of shared attributes if (!attr_request.Shared_Attributes_Request(attribute_shared_request_callback)) { Serial.println("Failed to request for shared attributes"); return; } // Request current states of client attributes if (!attr_request.Client_Attributes_Request(attribute_client_request_callback)) { Serial.println("Failed to request for client attributes"); return; } ...
为使回调能接收数据，需向ThingsBoard发送请求。
使用共享属性控制设备
还可通过共享属性更新功能修改闪烁周期。
-
修改闪烁周期只需在仪表板上更改数值即可。
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按勾选图标应用后，将显示确认消息。
修改闪烁周期只需在仪表板上更改数值即可。
按勾选图标应用后，将显示确认消息。
在关闭闪烁时改变状态，可使用同一部件中的开关：
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仅当关闭闪烁模式时方可操作。
仅当关闭闪烁模式时方可操作。
实现该功能使用变量 “blinkingInterval”，出现在以下代码中：
- Connecting modules to use API functionality:
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... #include <AttributeRequest.h> ... Attribute_Request<2U, MAX_ATTRIBUTES> attr_request; ... const std::array<IAPI_Implementation*, ...> apis = { ... &shared_update ... }; ...
使用属性请求功能需引入相关模块并将其作为所用API的一部分。
- 共享属性更新回调：
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...
void processSharedAttributes(const JsonObjectConst &data) {
for (auto it = data.begin(); it != data.end(); ++it) {
if (strcmp(it->key().c_str(), BLINKING_INTERVAL_ATTR) == 0) {
const uint16_t new_interval = it->value().as<uint16_t>();
if (new_interval >= BLINKING_INTERVAL_MS_MIN && new_interval <= BLINKING_INTERVAL_MS_MAX) {
blinkingInterval = new_interval;
Serial.print("Updated blinking interval to: ");
Serial.println(new_interval);
}
} else if(strcmp(it->key().c_str(), LED_STATE_ATTR) == 0) {
ledState = it->value().as<bool>();
digitalWrite(LED_BUILTIN, ledState ? HIGH : LOW);
Serial.print("Updated state to: ");
Serial.println(ledState);
}
}
attributesChanged = true;
}
...
// Attribute request did not receive a response in the expected amount of microseconds
void requestTimedOut() {
Serial.printf("Attribute request timed out did not receive a response in (%llu) microseconds. Ensure client is connected to the MQTT broker and that the keys actually exist on the target device\n", REQUEST_TIMEOUT_MICROSECONDS);
}
...
const Attribute_Request_Callback<MAX_ATTRIBUTES> attribute_shared_request_callback(&processSharedAttributes, REQUEST_TIMEOUT_MICROSECONDS, &requestTimedOut, SHARED_ATTRIBUTES_LIST);
...
- 订阅共享属性更新：
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if (!shared_update.Shared_Attributes_Request(attribute_shared_request_callback)) {
Serial.println("Failed to request for shared attributes");
return;
}
...
- 闪烁相关代码：
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if (ledMode == 1 && millis() - previousStateChange > blinkingInterval) {
previousStateChange = millis();
ledState = !ledState;
digitalWrite(LED_BUILTIN, ledState);
tb.sendTelemetryData(LED_STATE_ATTR, ledState);
tb.sendAttributeData(LED_STATE_ATTR, ledState);
if (LED_BUILTIN == 99) {
Serial.print("LED state changed to: ");
Serial.println(ledState);
}
}
...
开发板集成RGB LED，可控制其颜色。
-
可通过ThingsBoard仪表板上的部件更新开发板LED颜色。
可通过ThingsBoard仪表板上的部件更新开发板LED颜色。
通过修改共享属性 “ledColor” 控制LED，其值为 “R,G,B” 格式的RGB字符串。
以下代码用于解析接收到的值并保存：
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if (strcmp(it->key().c_str(), LED_COLOR_ATTR) == 0) {
std::string data = it->value().as<std::string>();
Serial.print("Updated colors: ");
Serial.println(data.c_str());
int i = 0;
bool end = false;
while (data.length() > 0) {
int index = data.find(',');
if (index == -1) {
end = true;
index = data.length();
}
switch (i) {
case 0:
redColor = map(atoi(data.substr(0, index).c_str()), 0, 255, 255, 0);
break;
case 1:
greenColor = map(atoi(data.substr(0, index).c_str()), 0, 255, 255, 0);
break;
case 2:
blueColor = map(atoi(data.substr(0, index).c_str()), 0, 255, 255, 0);
break;
default:
break;
}
i++;
if (end) {
break;
} else {
data = data.substr(index + 1);
}
}
setLedColor();
}
...
以下函数用于设置LED颜色：
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void setLedColor() {
if (redColor < 255 && ledState) {
analogWrite(LEDR, redColor);
} else {
pinMode(LEDR, OUTPUT);
digitalWrite(LEDR, LOW);
}
if (greenColor < 255 && ledState) {
analogWrite(LEDG, greenColor);
} else {
pinMode(LEDG, OUTPUT);
digitalWrite(LEDG, LOW);
}
if (blueColor < 255 && ledState) {
analogWrite(LEDB, blueColor);
} else {
pinMode(LEDB, OUTPUT);
digitalWrite(LEDB, LOW);
}
}
...
可修改逻辑以实现目标，并添加自定义属性处理。
使用RPC控制设备
可手动切换LED状态，并在常亮与闪烁模式间切换。 可使用仪表板中的以下部分：
-
使用开关部件将LED设为常亮。
-
使用圆形开关部件将LED设为闪烁模式。
使用开关部件将LED设为常亮。
使用圆形开关部件将LED设为闪烁模式。
注意：仅在关闭闪烁模式时可更改LED状态。
示例代码中实现了 RPC 命令 处理。
实现设备控制使用了以下代码部分：
- Connecting modules to use API functionality:
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...
#include <Server_Side_RPC.h>
...
Server_Side_RPC<..., ...> rpc;
...
const std::array<IAPI_Implementation*, ...> apis = {
...
&rpc,
...
}
...
使用RPC需引入相关模块并将其作为所用API的一部分。
- RPC请求回调：
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void processSetLedMode(const JsonVariantConst &data, JsonDocument &response) {
Serial.println("Received the set led state RPC method");
// Process data
int new_mode = data;
Serial.print("Mode to change: ");
Serial.println(new_mode);
StaticJsonDocument<1> response_doc;
if (new_mode != 0 && new_mode != 1) {
response_doc["error"] = "Unknown mode!";
response.set(response_doc);
return;
}
ledMode = new_mode;
attributesChanged = true;
response_doc["newMode"] = (int)ledMode;
// Returning current mode
response.set(response_doc);
}
...
const std::array<RPC_Callback, 1U> callbacks = {
RPC_Callback{ "setLedMode", processSetLedMode }
};
...
- 订阅RPC请求：
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if (!rpc.RPC_Subscribe(callbacks.cbegin(), callbacks.cend())) {
Serial.println("Failed to subscribe for RPC");
return;
}
...
可修改代码以实现您的目标，并添加自定义RPC命令处理。
总结
现在您可以轻松将Arduino Nano RP2040 Connect连接到ThingsBoard并开始发送数据。
进一步了解可查阅ThingsBoard文档， 学习创建仪表板可视化遥测、 配置告警规则实时监控设备行为等核心功能。
