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Rauchmelder mit C# auslesen¶

Für diese Projekt setzen wir voraus, dass eine C# Entwicklungsumgebung eingerichtet ist und ein grundsätzliches Verständnis der C# Programmiersprache vorhanden ist.

Falls dies nicht der Fall ist sollte hier begonnen werden. Informationen über die Tinkerforge API sind dann hier zu finden.

Wir setzen weiterhin voraus, dass ein passender Rauchmelder mit einem Industrial Digital In 4 Bricklet verbunden wurde wie hier beschrieben.

Ziele¶

Wir setzen uns folgendes Ziel für dieses Projekt:

Alarmstatus eines Rauchmelders auslesen
und auf dessen Alarmsignal reagieren.

Da dieses Projekt wahrscheinlich 24/7 laufen wird, wollen wir sicherstellen, dass das Programm möglichst robust gegen externe Einflüsse ist. Das Programm sollte weiterhin funktionieren falls

Bricklets ausgetauscht werden (z.B. verwenden wir keine fixen UIDs),
Brick Daemon läuft nicht oder wird neu gestartet,
WIFI Extension ist außer Reichweite oder
Brick wurde neu gestartet (Stromausfall oder USB getrennt).

Im Folgenden werden wir Schritt für Schritt zeigen wie diese Ziele erreicht werden können.

Schritt 1: Bricks und Bricklets dynamisch erkennen¶

Als Erstes legen wir fest wohin unser Programm sich verbinden soll:

private static string HOST = "localhost";
private static int PORT = 4223;

Falls eine WIFI Extension verwendet wird, oder der Brick Daemon auf einem anderen PC läuft, dann muss "localhost" durch die IP Adresse oder den Hostnamen der WIFI Extension oder des anderen PCs ersetzt werden.

Nach dem Start des Programms müssen der EnumerateCallback Callback und der Connected Callback registriert und ein erstes Enumerate ausgelöst werden:

static void Main()
{
    ipcon = new IPConnection();
    ipcon.Connect(HOST, PORT);

    ipcon.EnumerateCallback += EnumerateCB;
    ipcon.Connected += ConnectedCB;

    ipcon.Enumerate();
}

Der Enumerate Callback wird ausgelöst wenn ein Brick per USB angeschlossen wird oder wenn die Enumerate() Funktion aufgerufen wird. Dies ermöglicht es die Bricks und Bricklets im Stapel zu erkennen ohne im Voraus ihre UIDs kennen zu müssen.

Der Connected Callback wird ausgelöst wenn die Verbindung zur WIFI Extension oder zum Brick Daemon hergestellt wurde. In diesem Callback muss wiederum ein Enumerate angestoßen werden, wenn es sich um ein Auto-Reconnect handelt:

static void ConnectedCB(IPConnection sender, short connectedReason)
{
    if(connectedReason == IPConnection.CONNECT_REASON_AUTO_RECONNECT)
    {
        ipcon.Enumerate();
    }
}

Ein Auto-Reconnect bedeutet, dass die Verbindung zur WIFI Extension oder zum Brick Daemon verloren gegangen ist und automatisch wiederhergestellt werden konnte. In diesem Fall kann es sein, dass die Bricklets ihre Konfiguration verloren haben und wir sie neu konfigurieren müssen. Da die Konfiguration beim Enumerate (siehe unten) durchgeführt wird, lösen wir einfach noch ein Enumerate aus.

Schritt 1 zusammengefügt:

class SmokeDetector
{
    private static string HOST = "localhost";
    private static int PORT = 4223;

    static void ConnectedCB(IPConnection sender, short connectedReason)
    {
        if(connectedReason == IPConnection.CONNECT_REASON_AUTO_RECONNECT)
        {
            ipcon.Enumerate();
        }
    }

    static void Main()
    {
        ipcon = new IPConnection();
        ipcon.Connect(HOST, PORT);

        ipcon.EnumerateCallback += EnumerateCB;
        ipcon.Connected += ConnectedCB;

        ipcon.Enumerate();
    }
}

Schritt 2: Bricklets beim Enumerate initialisieren¶

Während des Enumerierungsprozesses soll das Industrial Digital In 4 Bricklet konfiguriert werden. Dadurch ist sichergestellt, dass es neu konfiguriert wird nach einem Verbindungsabbruch oder einer Unterbrechung der Stromversorgung.

Die Konfiguration soll beim ersten Start (ENUMERATION_TYPE_CONNECTED) durchgeführt werden und auch bei jedem extern ausgelösten Enumerate (ENUMERATION_TYPE_AVAILABLE):

static void EnumerateCB(IPConnection sender, string UID, string connectedUID, char position,
                        short[] hardwareVersion, short[] firmwareVersion,
                        int deviceIdentifier, short enumerationType)
{
    if(enumerationType == IPConnection.ENUMERATION_TYPE_CONNECTED ||
       enumerationType == IPConnection.ENUMERATION_TYPE_AVAILABLE)

Das Industrial Digital In 4 Bricklet wird so eingestellt, dass es die InterruptCB Callback-Funktion aufruft wenn sich die Spannung an einem der Eingänge verändert. Die Entprellperiode wird auf 10s (10000ms) gestellt, um zu vermeiden zu viele Callback zu erhalten. Interrupt-Erkennung wird für alle Eingänge aktiviert (15 = 0b1111).

if(deviceIdentifier == BrickletIndustrialDigitalIn4.DEVICE_IDENTIFIER)
{
    brickletIndustrialDigitalIn4 = new BrickletIndustrialDigitalIn4(UID, ipcon);
    brickletIndustrialDigitalIn4.SetDebouncePeriod(10000);
    brickletIndustrialDigitalIn4.SetInterrupt(15);
    brickletIndustrialDigitalIn4.Interrupt += InterruptCB;
}

Schritt 2 zusammengefügt:

static void EnumerateCB(IPConnection sender, string UID, string connectedUID, char position,
                        short[] hardwareVersion, short[] firmwareVersion,
                        int deviceIdentifier, short enumerationType)
{
    if(enumerationType == IPConnection.ENUMERATION_TYPE_CONNECTED ||
       enumerationType == IPConnection.ENUMERATION_TYPE_AVAILABLE)
    {
        if(deviceIdentifier == BrickletIndustrialDigitalIn4.DEVICE_IDENTIFIER)
        {
            brickletIndustrialDigitalIn4 = new BrickletIndustrialDigitalIn4(UID, ipcon);
            brickletIndustrialDigitalIn4.SetDebouncePeriod(10000);
            brickletIndustrialDigitalIn4.SetInterrupt(15);
            brickletIndustrialDigitalIn4.Interrupt += InterruptCB;
        }
    }
}

Schritt 3: Auf Alarmsignal reagieren¶

Jetzt müssen wir noch auf das Alarmsignal des Rauchmelders reagieren. Es soll aber nur auf das Einschalten der LED reagiert werden, nicht auf das Ausschalten. Dazu wird valueMask auf > 0 geprüft, in diesem Fall liegt an mindesten einem Eingang eine Spannung an, sprich die LED leuchtet.

static void InterruptCB(BrickletIndustrialDigitalIn4 sender, int interruptMask, int valueMask)
{
    if(valueMask > 0) {
        System.Console.WriteLine("Fire! Fire!");
    }
}

Das ist es. Wenn wir diese drei Schritte zusammen in eine Datei kopieren und ausführen, dann hätten wir jetzt eine funktionierendes Programm, das den Alarmstatus eines Rauchmelders ausließt und auf dessen Alarmsignal reagiert.

In der jetzigen Form gibt das Programm nur eine Meldung aus. Dies kann auf verschiedene Weise verbessert werden. Zum Beispiel könnte das Programm jemanden per E-Mail oder SMS über den Alarm informieren.

Wie dem auch sei, wir haben noch nicht alle Ziele erreicht. Das Programm ist noch nicht robust genug. Was passiert wenn die Verbindung beim Start des Programms nicht hergestellt werden kann, oder wenn das Enumerate nach einem Auto-Reconnect nicht funktioniert?

Wir brauchen noch Fehlerbehandlung!

Schritt 4: Fehlerbehandlung und Logging¶

Beim Start des Programms versuchen wir solange die Verbindung herzustellen, bis es klappt:

while(true)
{
    try
    {
        ipcon.Connect(HOST, PORT);
        break;
    }
    catch(System.Net.Sockets.SocketException e)
    {
        System.Console.WriteLine("Connection Error: " + e.Message);
        System.Threading.Thread.Sleep(1000);
    }
}

und es wird solange versucht ein Enumerate zu starten bis auch dies geklappt hat:

while(true)
{
    try
    {
        ipcon.Enumerate();
        break;
    }
    catch(NotConnectedException e)
    {
        System.Console.WriteLine("Enumeration Error: " + e.Message);
        System.Threading.Thread.Sleep(1000);
    }
}

Mit diesen Änderungen kann das Programm schon gestartet werden bevor der Master Brick angeschlossen ist.

Es müssen auch noch mögliche Fehler während des Enumerierungsprozesses behandelt werden:

if(deviceIdentifier == BrickletIndustrialDigitalIn4.DEVICE_IDENTIFIER)
{
    try
    {
        brickletIndustrialDigitalIn4 = new BrickletIndustrialDigitalIn4(UID, ipcon);
        brickletIndustrialDigitalIn4.SetDebouncePeriod(10000);
        brickletIndustrialDigitalIn4.SetInterrupt(15);
        brickletIndustrialDigitalIn4.Interrupt += InterruptCB;
        System.Console.WriteLine("Industrial Digital In 4 initialized");
    }
    catch(TinkerforgeException e)
    {
        System.Console.WriteLine("Industrial Digital In 4 init failed: " + e.Message);
        brickletIndustrialDigitalIn4 = null;
    }
}

Zusätzlich wollen wir noch ein paar Logausgaben einfügen. Diese ermöglichen es später herauszufinden was ein mögliches Problem ausgelöst hat.

Zum Beispiel, wenn der Master Brick über WLAN angebunden ist und häufig Auto-Reconnects auftreten, dann ist wahrscheinlich die WLAN Verbindung nicht sehr stabil.

Schritt 5: Alles zusammen¶

Jetzt sind alle für gesteckten Ziele für unseren gehackten Rauchmelder erreicht.

Das gesamte Programm für den gehackten Rauchmelder (download):

using Tinkerforge;

class SmokeDetector
{
    private static string HOST = "localhost";
    private static int PORT = 4223;

    private static IPConnection ipcon = null;
    private static BrickletIndustrialDigitalIn4 brickletIndustrialDigitalIn4 = null;

    static void InterruptCB(BrickletIndustrialDigitalIn4 sender, int interruptMask, int valueMask)
    {
        if(valueMask > 0) {
            System.Console.WriteLine("Fire! Fire!");
        }
    }

    static void EnumerateCB(IPConnection sender, string UID, string connectedUID, char position,
                            short[] hardwareVersion, short[] firmwareVersion,
                            int deviceIdentifier, short enumerationType)
    {
        if(enumerationType == IPConnection.ENUMERATION_TYPE_CONNECTED ||
           enumerationType == IPConnection.ENUMERATION_TYPE_AVAILABLE)
        {
            if(deviceIdentifier == BrickletIndustrialDigitalIn4.DEVICE_IDENTIFIER)
            {
                try
                {
                    brickletIndustrialDigitalIn4 = new BrickletIndustrialDigitalIn4(UID, ipcon);
                    brickletIndustrialDigitalIn4.SetDebouncePeriod(10000);
                    brickletIndustrialDigitalIn4.SetInterrupt(15);
                    brickletIndustrialDigitalIn4.Interrupt += InterruptCB;
                    System.Console.WriteLine("Industrial Digital In 4 initialized");
                }
                catch(TinkerforgeException e)
                {
                    System.Console.WriteLine("Industrial Digital In 4 init failed: " + e.Message);
                    brickletIndustrialDigitalIn4 = null;
                }
            }
        }
    }

    static void ConnectedCB(IPConnection sender, short connectedReason)
    {
        if(connectedReason == IPConnection.CONNECT_REASON_AUTO_RECONNECT)
        {
            System.Console.WriteLine("Auto Reconnect");

            while(true)
            {
                try
                {
                    ipcon.Enumerate();
                    break;
                }
                catch(NotConnectedException e)
                {
                    System.Console.WriteLine("Enumeration Error: " + e.Message);
                    System.Threading.Thread.Sleep(1000);
                }
            }
        }
    }

    static void Main()
    {
        ipcon = new IPConnection();
        while(true)
        {
            try
            {
                ipcon.Connect(HOST, PORT);
                break;
            }
            catch(System.Net.Sockets.SocketException e)
            {
                System.Console.WriteLine("Connection Error: " + e.Message);
                System.Threading.Thread.Sleep(1000);
            }
        }

        ipcon.EnumerateCallback += EnumerateCB;
        ipcon.Connected += ConnectedCB;

        while(true)
        {
            try
            {
                ipcon.Enumerate();
                break;
            }
            catch(NotConnectedException e)
            {
                System.Console.WriteLine("Enumeration Error: " + e.Message);
                System.Threading.Thread.Sleep(1000);
            }
        }

        System.Console.WriteLine("Press enter to exit");
        System.Console.ReadLine();
        ipcon.Disconnect();
    }
}