SIGFOX

本節說明了Sigfox基礎架構是什麼，以及如何以非常簡單的方式將其設備與Thinger.io平台整合。

簡介

Sigfox是一家成立於2009年的法國公司，其建立無線網絡以連接電表、智慧手錶和洗衣機等低功耗物體，這些物體需要不斷的發射少量數據。Sigfox採用專有技術，使用工業、科學和醫療的ISM無線頻段進行通訊，該無線頻段在歐洲使用868MHz，在美國使用902MHz。它使用超窄頻技術，可以在極低電力消耗下覆蓋大範圍區域，也因此這種網路被稱為"低功率廣域網（LPWAN）"。該網路基於單跳(single-hop)星型拓撲，需要ISP承載其產生的流量。該訊號還可用於輕鬆覆蓋大面積區域與位於地下的物體。

Sigfox與LPWAN行業的許多公司合作，如德州儀器公司或Silicon Labs公司。ISM無線頻段支援雙向通訊。現有的Sigfox通訊標準每天最多支援140個上傳訊息，每個訊息可以承載12字節的payload（不包括訊息表頭和傳輸資訊）和每天最多4個下載訊息，每個訊息可以承載8個字節的 payload。如果您想了解有關Sigfox的更多詳細資訊，請造訪Sigfox Developer Portal。

本文檔將介紹如何將SigFox裝置及其數據結合到Thinger.io平台。在第一步中，我們將回顧如何設定Thinger.io資源，然後在Sigfox方面，我們將設定與平台的通訊以推送我們的傳感器數據。

將Sigfox裝置與Thinger.io結合

此過程分為兩個部分，一方面，準備Thinger.io以從Sigfox接收數據，另一方面，配置Sigfox雲端回調，該回調將訊息發送回Thinger.io。在下一部分中，我們將從Thinger.io的步驟開始，對這兩個部分進行說明：

有兩種方法可以配置Thinger.io與Sigfox裝置一起使用。最好的選擇是部署Sigfox插件，該插件將提供管理與裝置自動設定功能，上傳/下載鏈路payload處理和裝置管理等進階功能，但是此選項僅適用於已付費訂閱的開發人員。Freemium使用者還是可以按照下面的"傳統結合"部分來結合Sigfox裝置：

進階結合 (使用Sigfox插件)

Sigfox 擴充元件

傳統結合 (無插件)

我們需要在Thinger.io帳戶中設定一些資源，例如，定義Sigfox數據的存儲位置，以及對Sigfox平台的存取以將數據存儲在我們的帳戶中。所需的步驟在以下小節中定義。

建立數據儲存桶

數據儲存桶用於儲存從Sigfox裝置接收的資訊。因此我們需要建立一個數據儲存桶來存儲我們的Sigfox裝置中的資訊。我們可以使用一個數據儲存桶存儲來自多個裝置的數據，但最好是每個裝置使用一個數據儲存桶。這樣，我們就可以透過建立儀表板，顯示來自每個裝置或感測實體的儲存桶時間序列數據。

然後，打開雲控制台中的Buckets部分，並建立一個新的Data Bucket。我們需要填寫一些細節，例如：

1. Bucket Id, 您帳戶中的唯一儲存桶ID，稍後與Sigfox結合時使用。此範例中的ID將是SmartEverything。保留此ID，因為它將在Sigfox端使用。

2. Bucket Name, 比ID的更加易記的標示。

3. Bucket Description, 關於儲存桶的詳細說明。

4. Enabled, 此開關用於允許儲存桶寫入，必須打開。

5. Data Source, 需要設定為From Write Call，因為Sigfox裝置不會直接連接到平台，而是通過REST API接口推送數據。

填寫表格後，只需點擊Add Bucket即可創建存儲桶。

建立存取令牌

此時我們已經建立了一個數據儲存桶來存儲我們的Sigfox數據，與任何Thinger.io資源一樣，它們受我們的帳戶憑據保護。這樣，我們需要發出一個存取令牌，允許Sigfox後端與我們的數據儲存桶進行互動。在此範例中，我們將建立一個存取令牌，該令牌僅授予對我們的數據儲存桶的存取權限，並且只授予寫入操作權限。這樣，如果令牌以某種方式洩露，我們就不會向攻擊者公開其他資源。

打開雲控制台中的"存取令牌"部分，並建立一個新的存取令牌。我們需要一些細節，例如：

1. Token Id, 您帳戶中的唯一令牌標識符。

2. Token Name, 比ID的更加易記的標示。

3. Enabled, 必須打開以允許使用令牌。如果需要，可以隨時將其關閉。

4. Token permissions, 此設定為該令牌允許存取儲存桶資源的權限，SmartEverything在此例會使用到WriteBucket權限進行操作。

填寫表單後，只需點擊"Add Bucket"即可建立令牌。此時將出現令牌值。在我們的例子中，產生的令牌如下。保留此令牌，因為它將在Sigfox端使用。

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJqdGkiOiJTbWFydEV2ZXJ5dGhpbmciLCJ1c3IiOiJhbHZhcm9sYiJ9.0Qb48c_ToBiIVcCOdvXU2Kn51mTnGLDcN44shVRzNls

Sigfox 雲端設定

此時，我們已經完成在Thinger.io數據儲存桶上接收數據所需的一切。下一步是使用我們的令牌ID和我們生成的令牌設定Sigfox後端以將數據推送給Thinger.io平台。

建立 Sigfox 回調

現在，我們建立一個Sigfox回調(Callback)，將訊息從我們的Sigfox裝置推送到我們的Thinger.io數據儲存桶。在我們的範例中，回調是在Sigfox裝置通過網絡發送數據時調用的端點，因此我們將設定指向數據儲存桶的回調。

要在Sigfox中建立回調，請按照以下步驟操作：

1. 前往 https://backend.sigfox.com 並登錄您的帳戶。我們假設您已經在平台上註冊了您的裝置。

2. 點擊Device Type頂部的選項卡，然後點擊要設定的裝置類型名稱。或者，您可以切換到Device選項卡，然後點擊裝置的Device type。

3. 於左側選單點擊Callbacks，然後進行新增。

在此步驟中，您需要選擇要建立Custom Callback的埠口，因為我們需要調用Sigfox後端不直接支援的端點。

接著，我們需要設定回調以寫入我們的數據儲存桶。如果您想了解設定的外觀，請參考我們的截圖，你會在截圖中看到每個區域的詳細資訊。

我們的範例中的設定如下：

1. Type 為 DATA 與 UPLINK, 因為我們希望發送裝置中的數據。

2. Channel 類型是 URL，因為我們將調用HTTP端點。

3. Send duplicate 禁用以避免寫入不同基站收到的重複訊息。

4. Custom payload config 將完全取決於您的裝置發送的payload。在我們的例子中，我們的裝置將溫度和濕度發送為32位浮點數，因此我們將payload設定為 temp::float:32:little-endian hum::float:32:little-endian，其中我們將temp與hum 參數定義為小頭順序的32位浮點數。請注意，Sigfox每則訊息僅支援12字節的payload，因此您必須對此空間最佳化，例如，如果不需要達浮點數的精度，則將溫度和濕度作為整數發送。

5. Url pattern 必需根據您的Thinger.io使用者ID和我們的儲存桶名稱進行配置。

   • 格式應該是這樣的 https://api.thinger.io/v1/users/{user_id}/buckets/{bucket_id}/data.

   • 你必須根據您的帳戶改變{user_id}與{bucket_id}。在我們的範例中，模式最終的url將是https://api.thinger.io/v1/users/alvarolb/buckets/SmartEverything/data.

   • 請注意，您還可以使用Sigfox變數來構建您的URL，即為了將來自每個裝置的數據存儲到不同的數據儲存桶，我們可以建立一個URL，如：https://api.thinger.io/v1/users/alvarolb/buckets/{device}/data.

6. HTTP Method 應該設定為POST。

7. 我們必須在Headers中加入Authorization項目，其包含一個裝置令牌，以便對數據儲存桶寫入請求進行身份驗證。

   • 標頭名稱應為 Authorization

   • 其值應該是 Bearer {access_token}，且 {access_token} 為您在前一個章節中產生的令牌。

   • 在我們的例子中，我們的最終標頭值如下。注意Bearer和令牌之間的空格。

     Bearer eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJqdGkiOiJTbWFydEV2ZXJ5dGhpbmciLCJ1c3IiOiJhbHZhcm9sYiJ9.0Qb48c_ToBiIVcCOdvXU2Kn51mTnGLDcN44shVRzNls

8. 最後一步是設定Body和它的Content type。對於Content type，我們使用application/json，儲存桶可以存儲任意JSON數據。然後，Body將包含我們要以JSON格式格式化的所有資訊。在Sigfox中，您可以根據可用變數定義您的Body，這些變數由平臺定義（如裝置ID，連接品質或裝置位置），或由您的payload定義。在我們的例子中，我們定義了變數temp與hum並且將其包含在一個Sigfox變數中。對於此範例，我們的payload將如下所示：

    {
       "device" : "{device}",
       "snr" : {snr},
       "rssi" : {rssi},
       "station": "{station}",
       "latitude": {lat},
       "longitude": {lng},
       "temperature" : {customData#temp},
       "humidity" : {customData#hum}
    }

請注意，我們正在將Sigfox變數，像是{device}與我們在payload中的自定義數據如{customData#temp}混合使用。然後在每次接收訊息時處理它，並且將用即時值取代變數。因此，伺服器將接收具有裝置ID，裝置溫度，濕度，粗略位置（km精度）和訊號品質的JSON payload。

完成這些步驟後，我們現在完成了將數據推送到數據儲存桶的回調設定。

編寫Sigfox裝置的程式

現在是時候開始程式設計給我們的Sigfox裝置，它將把數據發送到我們的數據儲存桶。在這種情況下，我們提供了SmartEverything和Arduino MKRFOX1200的範例。

Arduino MKRFOX1200

Arduino MKRFOX1200旨在為尋求為項目中加入SigFox連接的製造商提供實用且經濟高效，同時具有最少網路成本的解決方案。它基於Microchip SAMD21和ATA8520 SigFox模組。可以使用典型用途的2節AA 1.5V電池執行六個月以上。該設計包括使用兩節1.5V AA或AAA電池或外部5V為電路板供電的能力。

初始化

要對此裝置進行編輯，我們將使用 Arduino IDE。在這種情況下，有必要安裝或更新電路板工具組，可以直接從電路板管理器完成，搜尋mrk和選擇Arduino SAMD電路板。

您還需要安裝程式庫管理器中提供的Arduino SigFox for MKRFox1200程式庫，同時也必需安裝Arduino Low Power和RTCZero程式庫。

安裝成功後，我們現在可以在Arduino IDE中選擇Arduino MKRFOX12000。您還必須像任何其他Arduino板一樣選擇裝置所連接的埠口。

您可以通過燒錄以下範例來檢查所有內容是否已啟動並執行，該範例將提供有關模組的訊息，例如電路板ID和PAC。在Sigfox中註冊裝置需要這些資訊。

#include <SigFox.h>

void setup() {
  Serial.begin(9600); 

  while(!Serial) {};

  if (!SigFox.begin()) {
    Serial.println("Shield error or not present!");
    return;
  }

  String version = SigFox.SigVersion();
  String ID = SigFox.ID();
  String PAC = SigFox.PAC();

  // Display module informations
  Serial.println("MKRFox1200 Sigfox first configuration");
  Serial.println("SigFox FW version " + version);
  Serial.println("ID  = " + ID);
  Serial.println("PAC = " + PAC);

  Serial.println("");

  Serial.print("Module temperature: ");
  Serial.println(SigFox.internalTemperature());

  Serial.println("Register your board on https://backend.sigfox.com/activate with provided ID and PAC");

  delay(100);

  // Send the module to the deepest sleep
  SigFox.end();
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
}

注意：從現在開始，我們假設您已經註冊了您的Sigfox帳戶。如果還沒，請閱讀Arduino 的First Configuration教學。

將數據推送到Sigfox

我們已經啟動了工具鏈，可以開始寫程式來將數據推送到Sigfox後端了。在介紹程式碼之前，請記住我們在Sigfox中定義的回調中，我們建立了一個payload設定，期望接收兩個代表溫度和濕度的浮點數。因此，我們的payload必須與此定義匹配：

 temp::float:32:little-endian hum::float:32:little-endian

在我們的程式碼中，這個payload可以很容易地用一個struct包含兩個浮點數的表示。

顯然您可以使用不同的數據類型定義自己的struct（但要注意結構偏移和層次），同時必須重新設定Sigfox payload以正確解碼您要發送的字段。

 struct data{
  float temp;
  float hum;
 };

因此，程式碼最終將如下所示。我們使用Arduino MKRFOX1200和DHT傳感器，提供在Sigfox後端設定的回調所需的溫度和濕度。如果您沒有DHT傳感器，可以嘗試使用電路板的內部溫度傳感器，通過調用SigFox.internalTemperature()，並將濕度值設置為0或任何其他值。

 #include <SigFox.h>
 #include <SimpleDHT.h>
 #include <ArduinoLowPower.h>

 #define DHT11_PIN 0

 void setup() {
   Serial.begin(9600);
   pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
 }

 void blink(unsigned int count, unsigned long ms){
   for(int i=0; i<count; i++){
     digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
     delay(ms);
     digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);    
     delay(ms);
   }
 }

 void send_data(){
   // initialize sigfox module
   SigFox.begin();
   delay(100);

   // Enable debug led and disable automatic deep sleep
   SigFox.debug();

   // clears all pending interrupts
   SigFox.status();
   delay(1);

   // define sigfox payload data structure
   struct data{
     float temp;
     float hum;
   };

   // read temperature and humidity from DHT sensor connected at pin DHT11_PIN
   SimpleDHT11 dht11;
   byte temp, hum;
   dht11.read(DHT11_PIN, &temp, &hum, NULL);

   // NOTE! it is not quite efficient sending bytes as floats over the net, but this is just for illustrative purposes
   struct data reading;
   reading.temp = temp;
   reading.hum = hum;

   // send the structure to sigfox (8 bytes)
   Serial.println("Sending SigFox message!");

   // start a packet
   SigFox.beginPacket();

   // write our buffer
   SigFox.write((const char*)&reading, sizeof(reading));

   // send buffer to SIGFOX network
   int ret = SigFox.endPacket();  
   if (ret > 0) {
     Serial.println("No transmission");
     // 3 quick blink on error
     blink(3, 500);
   } else {
     Serial.println("Transmission ok");
     // 1 blink on success
     blink(1, 1000);
   }

   SigFox.end();
 }

 void loop() {
   send_data();
   delay(10*60*1000);
   // you can deep sleep the device if you want
   //LowPower.sleep(10*60*1000);
 }

請注意，如果您想使Arduino MRKFOX1200深度睡眠，即使用電池運作時，您可以取消LowPower.sleep的註解，並註解sleep。你也可以避免使用Serial，以及僅有偵錯目的SigFox.debug()。在睡眠模式下，裝置需要手動重置才能再次燒錄。

SmartEverything

SmartEverything是專為快速原型設計而設計的物聯網裝置，因為它完全相容於Arduino，可以使用多個傳感器，如MEMS壓力傳感器，接近和環境光傳感器，iNEMO 9軸慣性模組，濕度和溫度傳感器，甚至NFC NTAG，或GPS / GNSS天線。這些功能非常有趣，該主板還結合了低功耗藍牙（BLE），當然還有Sigfox模組（Telit LE51-868 S 868MHz模組）。

憑藉這些出色的功能，我們可以將電路板用於多種用途，例如使用GPS進行車輛追蹤、建立微型氣象站、使用加速度計偵測震動和衝擊，以及用於其他任何地方。

而在此例僅記錄溫度和濕度，我們建立了一個簡單的程式碼，每10分鐘就會記錄一次溫度和濕度。

初始化

要對此裝置進行程式設計，我們將使用Arduino IDE。在這種情況下，需要安裝電路板工具鏈，可以直接從電路板管理器完成，搜尋smarteverything並選擇Axel Elettronica的Arrow Boards。

安裝成功後，我們現在可以在Arduino IDE中選擇開發板。只需選擇SmartEverything Fox（Native USB Port）即可。您還必須像任何其他Arduino板一樣選擇裝置所連接的埠口。

將數據推送到Sigfox

現在是時候編寫一個簡單的程式來將我們的傳感器讀數發送給Sigfox。提供的範例程式將在setup()中基本初始化Sigfox調製解調器、傳感器和USB串列埠以進行一些偵錯。然後，在loop()中，我們的程式將讀取溫度和濕度，並將數據傳輸到Sigfox。它還將檢查傳輸是否成功，成功時閃爍綠色LED或否則為紅色LED。在那之後，它會睡10分鐘，正如我們在介紹中所提到的，Sigfox每天只允許140則訊息。

在介紹程式碼之前，請記住在我們在Sigfox定義的回調中，我們建立了一個payload設定，期望接收兩個代表溫度和濕度的浮點數。因此，我們的payload必須與此定義匹配：

temp::float:32:little-endian hum::float:32:little-endian

在我們的程式碼中，這個payload可以很容易地用一個struct包含兩個浮點數的表示。

顯然您可以使用不同的數據類型定義自己的struct（但要注意結構偏移和層次），同時必須重新設定Sigfox payload以正確解碼您要發送的字段。

struct data{
 float temp;
 float hum;
};

因此，程式碼最終將如下所示。請注意，此程式碼尚未針對電池供電的情況進行最佳化。如果需要，可以對裝置啟用省電模式，但這超出了本範例的範圍。

#include <Wire.h>
#include <SmeSFX.h>
#include <Arduino.h>
#include <HTS221.h>

void setup() {
  // init temp & hum sensor
  Wire.begin();
  smeHumidity.begin();

  // init serial
  SerialUSB.begin(115200);

  // init sigfox module
  sfxAntenna.begin(19200, &SigFox);
  sfxAntenna.setSfxDataMode(); 
}

void send_data(){
  // define sigfox payload data structure
  struct data{
    float temp;
    float hum;
  };

  // read sensor data into the struct
  struct data reading;
  reading.temp = smeHumidity.readHumidity();
  reading.hum = smeHumidity.readTemperature();

  // send the structure to sigfox (8 bytes)
  SerialUSB.println("Sending SigFox message!");
  sfxAntenna.sfxSendData((const char*)&reading, sizeof(reading));
}

void loop() {
  // send sigfox data
  send_data();

  // wait for a response
  bool response=false;
  do{
    if (sfxAntenna.hasSfxAnswer()) {
      switch (sfxAntenna.sfxDataAcknoledge()) {
      case SFX_DATA_ACK_OK:
          ledGreenLight(HIGH);
          SerialUSB.println("Answer OK! :)");
          delay(2000);
          ledGreenLight(LOW);
          response = true;
          break;
      case SFX_DATA_ACK_KO:
          ledRedLight(HIGH);
          SerialUSB.println("Answer KO :(");
          delay(2000);
          ledRedLight(LOW);
          response = true;
          break;
      }
    }
  }while(!response);

  // sleep ten minutes for the next message
  delay(10*60*1000);
}

檢查 Sigfox 的設定

在我們同時執行裝置程式碼，設定Sigfox回調以及建立數據儲存桶之後，我們應該立即檢查所有內容是否已啟動並執行。

我們可以從檢查Sigfox平台是否正在接收我們的訊息開始。只需切換到Sigfox平台後端，然後打開左側面板上Messages的部分。我們應該看到類似於以下截圖畫面的內容，其中已收到一些訊息。您還可以檢視正在發送的有效負載（十六進制）以及鏈路品質，時間戳或回調結果等其他訊息。

這裡有趣的是檢查我們的回調響應是否成功，因為回調圖示會根據結果從綠色變為紅色。在我們的例子中，我們的回調是綠色的，所以請求沒問題。您可以點擊該圖示以檢視伺服器響應，即HTTP響應200 OK 。

然後我們還可以檢查我們的數據儲存桶是否正在填充從Sigfox收到的數據。

太好了！我們現在存儲了數據。請注意，儲存桶中的欄位是我們在Sigfox回調中設定的字段。

建立儀表板

現在我們已將數據存儲在儲存桶中，我們可以使用Sigfox數據建立即時儀表板。您可以建立小工具，選擇您的儲存桶作為數據源，以上就是全部！