Osheep

时光不回头,当下最重要。

记一次IOT开发经历

作为一个EE专业的学生,不务正业的搞了FE。但是借这次大三课程设计的契机,也受到了某PM的启发,进行了一次非常简单的IOT(Internet Of Things)开发,回到了最初的起点。

要实现的功能?

通过移动端网页控制步进电机的正转,反转,停止,变速。

需要点亮的技能树?

  • MicroPython – 编程语言,python在物联网领域的子集
  • nodemcu – 主角,价值20元左右的WIFI物联网开发板,基于esp8266。
  • step motor – 步进电机
  • mqtt – 基于TCP/IP的pub/sub模型的实时协议,广泛用于物联网领域
  • server — 集成mqtt,为前端提供接口,连接machine和前端,编程语言取决于你,我选择node
  • 前端 – 用户终端,Andriod/IOS/Web,我选择Web

开发环境

Mac os 10.12.5

开始动手

  • 安装驱动

根据自己的平台安装驱动,然后将开发板使用usb连接电脑
https://www.silabs.com/products/mcu/Pages/USBtoUARTBridgeVCPDrivers.aspx

在mac环境下,查看是否连接端口成功

$ ls /dev/cu.*
# 显示
$ /dev/cu.SLAB_USBtoUART

找到自己的开发板连接的串口,后续用于刷固件和连接开发板

  • 刷micropython固件

nodemcu自带的编程环境是lua,我选择了更熟悉的micropython,所以先刷micropython的固件。

根据这个链接刷好固件

  • 开始硬件编程

下载ESploer
ESPlorer是开发ESP8266的一个编辑器,使用Java编写,所以需要安装Java环境,使用Java打开

$ java -jar ESPlorer.jar

步进电机的具体控制代码在这里就不展开了,本文重点在于如何实现在用户终端控制机器。

  • 上传固件

在这里有一点非常重要。

在micropython的文件系统中,有两个文件比较特殊

  1. boot.py 在每一次reset或者通电后会自动执行,一般不需要修改,也无法修改
  2. main.py 在每一次reset或者通电后boot.py执行后会自动执行main.py。所以这就是我们需要的入口文件

使用ESPlorer的save to esp是不能将电脑上的main.py成功上传到板子中的。踩坑。。。

必须使用ampy

安装好ampy之后

$ ampy help #可以查看ampy的具体用法,put命令就是我们需要的

$ ampy -b 115200 -p /dev/cu.SLAB_USBtoUART put  main.py /main.py

这样main.py就成功上传了

更多详情

  • wifi

在能够让步进电机转动之后,我们要将这看似没什么用处的电机接入互联网,这就带来了无限的想象力。

在接入互联网之前要先连上WIFI。

def doConnect():
    import network
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if not wlan.isconnected():
        print('connecting to network...')
        wlan.connect('SSID', 'PASSWORD')
        while not wlan.isconnected():
            pass
    print('network config:', wlan.ifconfig())
  • mqtt

连上互联网之后就要连接服务器了

micropython內建库中没有mqtt模块,但是强大的社区提供了 实现

将simple.py下载下来放到工程目录,当然也要上传到板子上。

def mqtt():
    SERVER = "192.168.1.19"
    CLIENT_ID = "umqtt_client"
    PORT = 8173
    TOPIC = 'micropython' # 订阅的主题

    client = MQTTClient(CLIENT_ID, SERVER, PORT,"0","0")
    # Subscribed messages will be delivered to this callback
    client.set_callback(sub_cb)
    client.connect()
    client.subscribe(TOPIC)
    print("Connected to %s, subscribed to %s topic" % (SERVER, TOPIC))
    try:
            while 1:
                    client.wait_msg()
    finally:
            client.disconnect()
client.set_callback(sub_cb)

其中的sub_cb回调就是业务逻辑的具体实现了。

def parse(m):
    arr = m.split('&')
    dic = {}
    for item in arr:
        temp = item.split('=')
        dic[temp[0]] = temp[1]
    return dic


def sub_cb(topic, msg):
    global state  # 1是正转,2是反转
    message = msg.decode('utf-8') # 从二进制转为utf-8
    dic = parse(message) # 使用querystring解析成字典
    type = dic['type'] # 动作
    speed = dic['payload'] # 速度

    speed = int(speed) # string转为int
    if type == "stop":
        stop()
    elif type == "positive":
        state = 1
        start(positive,speed)  #正转
    elif type == "negetive":
        state = 2
        start(negetive,speed) #反转
    elif type == "speed":   # 变速
        if state == 1:
            start(positive,speed)
        elif state == 2:
            start(negetive,speed)

一个没解决的问题是micropython中的ujson模块没有使用成功,所以使用了querystring来传递信息。

  • 服务端实现

硬件部分就差不多大功告成了。

硬件部分使用mqtt向服务器订阅了micropython这个主题,接下来就是服务端发布订阅消息。

服务端使用express集成mosca来实现的。
mosca是mqtt协议的node实现。

根据文档设置好端口,开启一个mqtt服务器,将服务器暴露在global下,但是感觉不是一个很好的方法,node还有待学习。

api接口的简单实现类似于这样

const getMessage = (m) => {
  m = querystring.stringify(m)
  let message = {
    topic: 'micropython', // 订阅主题
    payload: m,
    qos: 1,
    retain: false
  }
  return message;
}

// 正转接口
router.post('/positive', function(req, res, next) {

  mqtt.publish(getMessage({
    type: 'positive',
    payload: req.body.speed
  }), function() {
    res.json(template(true,'success'))
  })

});
  • 前端实现

前端可以选择Andriod/IOS/Web,任选一个来向服务器发送http请求。

中心思想

我打开手机上的网页,点击一个按钮,电机就转动起来了。手中的小小机器貌似有了魔法,可以操纵没有任何实际物理关联的机器。

虽然是一个简单的不能再简单的功能,对于现在已经很先进的智能家居,物联网不值一提的功能,但是却让我切身感受到了互联网真正的力量和无限的想象力。

既然物联网这么好玩,那我还是好好搞前端吧!

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