JSON

In dit hoofdstuk gebruiken we MQTT voor het bewaken en besturen van een IoT-knoop. De communicatie tussen de IoT-knoop en de toepassing (app), via de MQTT-broker, vindt plaats in de vorm van JSON-berichten. Het JSON-formaat is voor het IoT wat HTML is voor het web. We leggen hieronder eerst de principes van JSON uit. In de opdracht gebruik je JSON voor het aansturen van de IoT-knoop.

JSON staat voor “JavaScript Object Notatie”. Een JSON-document is een tekstdocument: een leesbare vorm van een JavaScript-object. Een object bestaat uit een aantal naam: waarde-paren. Een waarde kan een enkelvoudige waarde zijn, bijvoorbeeld een getal, een string, of een boolean. Het kan ook een samengestelde waarde zijn: een object of een array. In JavaScript gebruiken we de notatie: naam: waarde. In JSON staat de naam tussen dubbele quotes: "naam": waarde.

We geven in de onderstaande voorbeelden de JavaScript-objecten en de bijbehorende JSON-notatie.

{temp: 21, press: 1015, id: "e4c7"}

{"temp":123,"press":1012, "id": "e4c7"}

Te doen

• meer JSON-voorbeelden

Je kunt een JSON-document eenvoudig omzetten in een JavaScript-object, en omgekeerd:

• obj = JSON.parse(str);

• str = JSON.stringify(obj);

Niet alle JavaScript-objecten kun je in JSON omzetten:

• objecten met functie-waarden

• objecten met onderlinge verwijzingen die een lus (cykel) vormen.

Veel programmeertalen hebben functies om JSON-objecten te verwerken.

• Python: https://docs.python.org/3/library/json.html

• Arduino: https://arduinojson.org/

JSON in het web

Ook het web gebruikt het JSON-formaat, als onderdeel van AJAX. JavaScript-functies in een app communiceren vanuit de browser met de server, met (naar verhouding) kleine hoeveelheden data. Deze communicatie gebruikt het compacte en leesbare JSON-formaat, in plaats van complete HTML-documenten.

Links

• referentie: https://www.json.org/

• referentie: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/JSON

• tutorial: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Learn/JavaScript/Objects/JSON

JSON-LPP

Voor onze toepassingen gebruiken we het JSON-formaat op een speciale manier: het is de JSON-versie van het binaire Cayenne Low Power Payload-formaat. Dit binaire formaat gebruiken we in andere ketens (RFM69, LoRa), waar we erg zuinig moeten zijn met de bytes voor de payload. Door voor de verschillende ketens hetzelfde JSON-LPP-formaat te gebruiken, kunnen we dezelfde toepassing(en) gebruiken voor de verschillende ketens.

Uplink-formaat

Voor de uplink berichten van de IoT-knopen gebruiken we de volgende elementen:

• metadata:

  • nodeid: de identificatie van een node (een string, bijvoorbeeld "fe3d").

  • counter: het volgnummer van een bericht (pakket)

  • rssi: (optioneel) de signaalsterkte

  • time: (optioneel) het tijdstip van de communicatie (ontvangst)

• payload:

  • per sensor of actuator een channel, weergegeven voor een getal.

  • per channel: een object met (naam, waarde)-paren,

  • waarbij we vaste namen gebruiken, met een vaste betekenis van de waarden.

Voorbeeld json-lpp uplink bericht

{"nodeid": "fe3d",
 "counter": 3027,
 "payload": {
   "0": {"temperature": 235},
   "1": {"barometer": 10093},
   "2": {"dOut": 1},
   "8": {"aOut": 255}
  }
}

De onderstaande tabel geeft de namen voor de sensor-waarden en de betekenis van de bijbehorende waarden.

JSON-LPP types

Sensor	Naam	Bytes	Resolutie
Digitale input	dIn	1	1
Digitale output	dOut	1	1
Analoge input	aIn	2	0.01 signed
Analoge output	aOut	2	0.01 signed
Lichtniveau	illuminance	2	1 Lux unsigned
Aanwezigheid	presence	1	1
Temperatuur	temperature	2	0.1 °C signed
Rel. Luchtvochtigheid	humidity	1	0.5% unsigned
Luchtdruk	barometer	2	0.1 hPa unsigned

Opmerkingen:

• het aantal bytes geeft het maximale bereik van de waarden aan, bijvoorbeeld: 1 byte unsigned: 0..255, 2 bytes unsigned: 0..65536, 2 bytes signed: -32768..32767. De gebruikelijke waarden vallen hier ruimschoots binnen.

• we gebruiken als waarden alleen gehele getallen. In een gebruikersinterface rekenen we deze om naar de gebruikelijke eenheden. Bijvoorbeeld: "temperature": 235 geven we dan weer als “23.5 ‘C”, en "barometer": 10097 als “1009.7 hPa”.

• een IoT-knoop geeft in het uplink-bericht ook de waarden van de actuatoren (dOut en aOut). Sommige toepassingen gebruiken dit om automatisch een besturingswidget voor een actuator te maken.

• je moet zelf bijhouden welke sensor overeenkomt met “channel 1, nodeid 3ef2”; bijvoorbeeld: de temperatuursensor in de woonkomer. De toepassing zou deze administratie bij kunnen houden.

Downlink-formaat

Het formaat van de downlink-berichten is eenvoudiger:

• er is geen metadata; de nodeid volgt uit het MQTT-topic;

• de payload bevat alleen de gegevens van één of meer outputs (actuators).

Voorbeeld json-lpp downlink bericht

{"2": {"dOut": 0},
 "8": {"aOut": 12}
}