用Android和IOT检测地震波

介绍

物联网（Internet of Things，IoT）近年来一直是互联网的流行词，除了对大众群众具有强烈的意义之外，它正在推动数据在机器间的混洗扩展到网络。说实话，物联网是未来技术的下一个前沿。

本文介绍了物联网的一般概念及其在现实世界中的应用，我们还将在本文的后面部分讨论如何构建功能性物联网应用程序。如果你是一个技术爱好者，那么你已经准备好了这篇文章。

什么是物联网？

那么，这个词是不言自明的：连接到互联网的东西。这一行可以用多种方式来解释。但是一个简单的解释可能是 - 将网络连接添加到设备网络，使其能够与用户和其他设备进行通信。总的来说，物联网提升了对我们现实世界的高度认识，并且提供了一个平台来监视对我们的意识暴露的反应。设备网络可能包含自己的IP地址，并可以相互连接以自动执行定义的任务。2014年，全球物联网市场收入达到6558亿美元。预计到2020年，市场规模将达到8.9万亿美元。

IoT＆Real World（来源：LinkedIn）

历史

卡耐基梅隆大学于1982年制造了一台改装的焦炭机器，据说这是第一台互联网连接设备。麻省理工学院自动识别中心的联合创始人凯文·阿什顿（Kevin Ashton）在1999年创造了“物联网”（Internet of Things）这个术语。十年后，物联网已经获得全球认可，并在2008 - 09年度成为重大技术进步。

应用

物联网可以以多种方式应用于我们的现实世界。想想一个当你面前出现的时候，你的前门开启的世界，但是当一个陌生人到达前面的台阶时，它会被锁住。灯光会自动打开，检测到您在房间中的存在，但在您离开房间时会自动关闭。咖啡开始酝酿时，你的声音命令它为你做一个。手表为您的爷爷准备了健康表，并在您出门时发现任何严重问题时向您的手机发送警报声。所以很显然，可能性和应用领域是无限的。你已经开始梦想了，不是吗？

物联网应用（来源：SlideShare）

本条的结果

在这篇文章中，我们将构建一个主要针对人们安全事物的物联网项目。无论您是初学者还是专业人士，本文将教您如何将您的想法转化为令人敬畏的物联网对象。我们将在整篇文章中逐步讨论“事物”的协调和实施。我们走吧！

兔子在哪里？

让我们谈谈我们将在这篇文章中启动的想法。众所周知，地震是人类最大的灭绝性自然力量之一。由于在到达之前没有办法得到通知，生命和财产的损失往往跨越灾难的程度。

在这篇文章中，我们将摒弃一种近似的方式来检测物联网系统的波动，并且让自己意识到移动设备的高频冲击波。我们将使用Android作为测试移动平台。所以我们找到了兔子，对不对？让我们抓住它！

背景

我记录说，自1548年以来，我住在孟加拉国，这个地震历史悠久的国家。该国四面环绕着高地震活动区，其中包括缅甸北部的喜马拉雅弧和西隆高原，东部的阿拉干·马马复背斜和东北部复杂的纳卡 - 迪桑 - 贾夫隆冲断带。

从统计调查中发现，所述地区所在的印度板块在五千万年前与亚洲相撞。从那以后，盘子继续向北推进亚洲，向下推动喜马拉雅山，推动山脉。

近年来，相应的地区附近发生了一些大地震。可能我们很多人都听说过尼泊尔和印度地震造成的巨大损失，这些地震造成数千人死亡，损失了数十亿美元的财产。在这两种情况下，我国也面临着重大的地震事件以及几处生命和财产损失。

据国家地理杂志（CNN）其他一些值得信赖的消息来源报道，按照不久的将来，该国可能面临一场可能会发生9.0级大地震的悲惨命运。甚至在对其影响进行假设之前，计划灾难性的损失水平也不难，这次地震将成为世界上人口最密集的地区之一。

暂时的假设使我找到一种方法来认识地震活动，如果我们能够以某种方式测量有害的，并使人们在死亡时期意识到他们的安全庇护所，那么可以在很大程度上挽救他们宝贵的生命。但在此之前，我们需要学习一些有关地震波的基本知识。

孟加拉国 - 印度 - 缅甸地区隐藏的断层（来源：CNN）

地震波

地震波传播振动，震动源将震动源的能量向四面八方传播。这些波在地球内部传播，可以用地震仪等敏感探测器进行测量。科学家们已经在世界各地建立了地震仪来追踪地壳的运动。（分析：地震波）

所以它基本上是某种弹性波，可能是由于像地震，爆炸或大的山体滑坡这样的冲动而产生的。地震可以产生三种类型的地震波：P（主波），S（次波）和表面波。

P波

也被称为纵波或纵波或主波。这是地震波中速度最快的一种，它首先比其他地震波快速到达地震仪台，因此名为“小学”。这一波可以通过固体岩石和流体，如水或地球的液体层。它沿着它们传播的方向摇动地面，以1.5-8公里/秒的速度在地壳中行进。

P波（点击查看动画，来源：地震）

S波

被称为在地震台站到达p波后期的剪切波或次波。略微1.7比P波慢倍。它垂直于他们正在传播的方向摇动地面。但是S波不能通过流体或气体传播，因为流体和气体不能传递剪切应力，而S波是剪切材料的波。

一般来说，地震会产生比压缩波更大的剪切波，接近地震的大部分破坏是剪切波引起的强烈振动的结果。

S波（点击查看动画，来源：地震）

表面波

与上述不同，这种波浪不会深入地球内部。通常产生比体波更低的频率，因此容易区分地震记录。有两种类型的表面波：爱波和瑞利波。虽然它是在物体（P＆S）波后到达的，但它是表面波与地震有关的破坏和破坏的责任。

表面波（点击查看动画，来源：地震）

要了解这些不同类型的地震波的全面影响，让我们来看看这个图像的动画。

地震的地震波（点击查看动画，来源：地震）

抛光计划

从上面的研究中，我们对地震的事件有清晰的了解。当然，我们所有人都会支持一个呼叫，小波或者P波在地壳中传播得更快，在其他破坏性的波浪方面，它们是有利可图的。当它一闪而过，如果我们能够收集足够的数据来检测它，那么提前发出即将到来的可怕地震事件的警告显然是可能的。

即使通过计算P波和S波的到达时间之间的差异，也可以粗略估计到地震焦点的距离。作为一个经验法则：将两个波浪之间的时间乘以5将得到以英里为单位的焦点距离（来源：加州大学伯克利分校地震实验室）。

假设地震发生在地震台，相应的地震图记录了P波和S波的到达时间为04:00:20和04:00:26.62。所以这里两波的时差是6.62s。应用上述理论，从车站到地震重点的距离将近似（6.62 * 5）= 33英里。

所以根据经验法则，

到地震的距离=（（P波到达时间） - （S波到达时间））* 5

做数学

我们来做一些数学。

案例1：猜猜地震已经产生，重点是距离你的位置112英里。由于P波在地壳中以大约6.0km / s的速度传播，所以时间要求达到你的位置 - （（1.6 * 112）/ 6）= 29.87s。

S波比P波慢1.7倍，3.5千米/秒的地壳，所以为了达到你的位置，它需要 - （（1.6 * 112）/ 3.5）= 51.2秒。

这两个波之间的时间差是=（51.2-29.87）= 21.33，差别是近似值，因为行进速度可能因多种因素而变化，但是实际结果不会变化太大（基于上述公认的引用）。

情况2：现在猜测距离你的位置12公里的距离最近的一个。那么P波会在（（1.6 * 12）/ 6）= 3.2秒的时间内达到你的位置。

S波将需要 - （（1.6 * 12）/ 3.5）= 5.48秒。

所以，这种情况下的时间差是=（5.48-3.2）= 2.28s。

从上面的例子可以清楚地看到，在地震的焦点远离你的时候，P波和S波的时差会增大，而当它接近的时候，波的时差就会减小。

到目前为止，根据我们的想法，我们应该计划如何记录P波，让人们意识到即将到来的冲击波。

收集组件

现在是时候收集我们在工作中需要的主要组件。为了检测地震活动可能产生的振动，我们将使用压电振动传感器。

格罗夫 - 压电振动传感器

它适用于测量灵活性，振动，冲击和触摸。宽动态范围（0.001Hz〜1000MHz）保证了卓越的测量性能。而且，我们可以通过用螺丝调节板载电位器来调节其灵敏度。（来源：格罗夫 - 压电式振动传感器）

格罗夫 - 压电振动传感器板（型号：SEN04031P）

USB到串行编程器

它提供了一系列USB到串行转换器电缆，用于提供USB和串行UART接口之间的连接。可提供一系列电缆，通过各种连接器接口提供5V，3.3V或用户指定信号电平的连接。（来源：USB到串行编程器）

您可能需要安装驱动程序才能使用。我们的开发设备包含Windows 7 64位操作系统，因此我们已经为此模块安装了相应的驱动程序。

USB到串行编程器

Wifi模块

为了将传感器数据传输到便携式移动设备，我们将需要一个WiFi模块。在我们的案例中，我们使用了Wifi模块 - ESP8266。它是一个独立的SOC，集成了TCP / IP协议栈，可以让任何微控制器访问WiFi网络。它能够托管应用程序或卸载来自其他应用程序处理器的所有Wi-Fi网络功能。（来源 - WIFI模块 - ESP8266）

我们需要一些工作来定制模块并使其可编程。我们需要为上下文管理几件事情，

Veroboard（模块将驻留在哪里）
一些男性连接器
三个10K电阻用于VC控制
两个外部按钮用于重新启动并重置模块

重新建模的WIFI模块（型号 - ESP8266）

使Wifi模块可编程

一些忙碌的作品在我们前面，以使这个WiFi模块可编程。我们希望将这个模块与熟悉的Arduino IDE连接起来，将代码上传到开发板。因此，我们需要查看专用于上述芯片型号ESP8266 的GITHUB项目。

从官方网站下载Arduino IDE 。安装完成后，转至“文件”→“首选项”→“附加板管理器URL”并粘贴此链接。

图1.1：配置Arduino IDE以编程重新建模的WIFI模块

现在回到IDE的工具àBoard \ Boards Manager的家中，向下滚动，找到“ESP8266社区”esp8266的选项，点击它并按下安装按钮。有耐心，直到它完成安装。

图1.2：配置Arduino IDE以编程重新建模的WIFI模块

您可以通过右键单击我的电脑à管理à设备管理器à端口来检查相应的开发设备的可用端口，如果它们相同，请使用IDE的工具à端口进行双重检查。

转至Arduino IDE，选择ToolsàBoard→向下滚动并选择“Node MCU 1.0（ESP-12E Module）”。现在wifi模块准备好吃代码了！在此之前，我们需要弥补我们的电路。

完成电路

电路原理图

您需要了解电路原理图以及面包板，母 - 母连接器等的基本知识来连接这些东西，这是后面将要讲到的电路图。

电路原理图

电路设计

根据图表，我们现在将连接起来，我们将需要一个面包板和一些电线。

将东西连接到面包板

除了代码（随着移动设备端），使用WiFi模块将数据从传感器上传到我的本地IP地址，这是一个真正的“哈哈”时刻！

现在是编写wifi模块代码的时候了，我们通过一个叫做connectify的工具创建一个本地的wifi网络，你也可以使用你的wifi路由器。

转到arduino IDE并写下面的代码。

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复制代码

#include <ESP8266WiFi.h>

const char* ssid = "SweetHeart";    // username of your network
const char* password = "123456780";  // password of your network// Generally, you should use "unsigned long" for variables that hold time
// The value will quickly become too large for an int to store
unsigned long previousMillis = 0;        // will store last time LED was updated// constants won't change :
const long interval = 500;           // interval at which to blink (milliseconds)int sensorValue = 0;WiFiServer server(80);void setup() {Serial.begin(115200);delay(10);// Connect to WiFi networkSerial.println();Serial.println();Serial.print("Connecting to ");Serial.println(ssid);WiFi.begin(ssid, password);while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {delay(500);Serial.print(".");}Serial.println("");Serial.println("WiFi connected");//Start the serverserver.begin();Serial.println("Server started");//Print the IP addressSerial.print("Use this URL to connect: ");Serial.print("http://");Serial.print(WiFi.localIP());Serial.println("/");}void loop() {// Check if a client has connectedWiFiClient client = server.available();if (!client) {return;}// Wait unlil the client sends some dataSerial.println("new client");while (!client.available()) {delay(1);}// Read the first line of the requestString request = client.readStringUntil('\r');Serial.println(request);client.flush();unsigned long currentMillis = millis();if (currentMillis - previousMillis >= interval) {// save the last time you blinked the LEDpreviousMillis = currentMillis;sensorValue = analogRead(A0);}// Return the responseclient.println("HTTP/1.1 200 OK");client.println("Content-Type: text/html");client.println("");  // do not forget this oneclient.println("<!DOCTYPE HTML>");client.println("<html>");String webpage = "<head><meta http-equiv=""refresh"" content=""1""></head>";webpage += "<body>";//webpage += "Value: ";webpage += String(sensorValue);webpage += "</body></html>";client.println(webpage);Serial.println("Client disconnected");Serial.println("");}

如果所有的事情都按照上面的步骤完成，代码将成功地加载到模块中（将电路板连接到电源，通过WiFi模块闪烁指示灯可以确定程序加载），还要确保引导模式在模块中被激活。现在根据端口号打开串口监视器，如果代码运行成功，你会看到你的本地IP地址的值上传（并继续更新值）。

从编程的WIFI模块获取本地IP

将IP地址输入到浏览器中，如果所描述的东西以正确的方式运行，将会看到输出。

来自本地IP的压电传感器的值

触摸压电传感器，你会看到上传值的突然变化，根据代码值每隔1秒更新（刷新），它可以根据选择进行更改。

与Android连接

正如我们正在获得我们所需的传感器价值我们的本地IP地址，所以它的时间广播价值到我们的移动设备。因此，我们使用Android作为移动操作系统平台（该模块可以将价值广播到任何平台）。

正如我们已经看到的那样，我们将传感器值作为http响应打印，所以从客户端（读取android）我们需要解析这些值，这对我们来说就足够了。

为了解析一个http响应，我们将使用这里为android编写的库，名为OkHTTP。让我们写下代码。

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public class GetResponse {OkHttpClient client = new OkHttpClient();String run(String url) throws IOException {Request request = new Request.Builder().url(url).build();Response response = client.newCall(request).execute();return response.body().string();}
}

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GetResponse example = new GetResponse();try {String response = example.run("http://192.168.25.103");Toast.makeText(getApplicationContext(), response, Toast.LENGTH_LONG).show();} catch (IOException e) {
}

这里的事情变得有趣了，不是吗？我们已经成功地捕捉到了一些振动的传感器值，并将这些值传输到了一个运行在同一个WIFI网络中的Android设备。但是，如果发生地震或地震活动，你可能会住在你家的外面，可能在你的办公室或咖啡店，然后呢？在这种情况下，事情不会帮助你，但是现在我们将把事情搞砸。

远程连接

我们需要将该值传输到我们的移动客户端可以解析该值的远程源。因此，我们正在使用一个称为ngrok的辉煌工具。你可以为他们的文档执行。

下载并安装该工具后，只需带上cmd窗口并导航到已经安装的文件夹。把这个命令：

ngrok http your_local_ip_address：8080

执行命令并在浏览器中连同“https：// localhost：4040”一起在本地主机上执行。您将从ngrok获得2个通用链接，现在您可以在android客户端的java代码中使用它们中的任何一个，因为这两个链接现在都是通用的，并且可以在世界的任何地方访问。好玩，不是吗？

让电话意识到

所有的事情都按预期完成。最后一部分是解析相应的html值，我们将从通用链接中获得该值，并使我们的移动设备知道如何处理这个值。让解析。

我们现在只会从html响应中获得预期的值。现在我们将为该值设置一个过滤器，如果响应值在任何时候超过过滤器值，我们的移动设备将生成警报音。

对于滤波器值，我们使用512，通常压电传感器根据其接收到的振动频率给出在0-1024范围内的值。所以我们设定一个恰好在其范围的一半的值，超过这个值就会产生报警音。

我们以前的代码会在这里改变一点。

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GetResponse example = new GetResponse();try {String response = example.run("http://92832de0.ngrok.io");//Toast.makeText(getApplicationContext(), response, Toast.LENGTH_LONG).show();String htmlTextStr = Html.fromHtml(response).toString();if (Integer.valueOf(htmlTextStr) > 512) {Uri alert = RingtoneManager.getDefaultUri(RingtoneManager.TYPE_ALARM);if (alert == null) {alert = RingtoneManager.getDefaultUri(RingtoneManager.TYPE_RINGTONE);}Ringtone ring = RingtoneManager.getRingtone(getApplicationContext(), alert);ring.play();}} catch (IOException e) {
}

我们将定时器定制这个东西。从android客户端，我们将每5秒钟发出一次对应的通用地址请求。所以我们需要一个计时器的方法来实现这一点。

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private int mInterval = 5000; // 5 seconds by default, can be changed later
private Handler mHandler;

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@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {super.onCreate(savedInstanceState);setContentView(R.layout.activity_main);.....mHandler = new Handler();startRepeatingTask();
}

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void startRepeatingTask() {mStatusChecker.run();
}

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Runnable mStatusChecker = new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {//this function can change value of mInterval.GetResponse example = new GetResponse();try {String response = example.run("http://92832de0.ngrok.io");//Toast.makeText(getApplicationContext(), response, Toast.LENGTH_LONG).show();String htmlTextStr = Html.fromHtml(response).toString();if (Integer.valueOf(htmlTextStr) > 512) {Uri alert = RingtoneManager.getDefaultUri(RingtoneManager.TYPE_ALARM);if (alert == null) {alert = RingtoneManager.getDefaultUri(RingtoneManager.TYPE_RINGTONE);}Ringtone ring = RingtoneManager.getRingtone(getApplicationContext(), alert);ring.play();}} catch (IOException e) {}} finally {mHandler.postDelayed(mStatusChecker, mInterval);}}
};

兴趣点

我们已经成功地从移动设备上做出了一个检测地震活动的原型，从这里来的未来的兴趣是无数的。我们已经开始了这项研究工作，牢记在不久的将来我们地区可能发生的大地震。我们要大规模地扩大这项工作，寻找一些资金，以便我们继续这项研究工作，这个解决方案能够真正帮助人们渡过难关。在当前的情况下，解决方案可以发挥至关重要的作用，挽救百万人的生命。

通过一些先进的研究（我们继续建模），可以获得关于地震振动的90％以上的准确结果，因此一些计算可以帮助用户知道他与地震聚焦点之间的距离（读他/她的移动设备）。我们会尽快更新这篇文章，只要我们得到一些很好的结果。我们也欢迎您的建议，以扩大我们的解决方案，因为这是为了我们，拯救人类。

本篇文章由@筱乐译@CSDN博客@千讯工作室