物聯網？快來看 Arduino 上雲啦

作者：HelloGitHub-Anthony

這裡是 HelloGitHub 推出的講解開源硬體開發平台 Arduino 的系列教程。

上一篇文章，我們介紹了如何安裝 Arduino 支援庫、DHT 11 溫濕度感測器以及 OLED 螢幕的使用，並用 Arduino 製作了一個小型溫濕度顯示器。

在這個講究萬物互聯的時代，讓咱們的 Arduino 溫濕度也去「雲上」玩玩，有個學名叫物聯網。

物聯網(IoT) 是由物理對象組成的網路，這些物理對象嵌入了感測器、軟體和其他技術，以便可以通過互聯網與其他設備和系統建立連接並交換數據。

是不是瞬間感覺高大上了一些，但是不用擔心本期的知識超綱，因為高深的我也不會！

今天我們講解：如何把上一期做的溫濕度設備上雲，通過物聯網平台完成實時數據上傳和遠程控制設備。實現將 Arduino 設備測量的溫濕度數據上傳到物聯網平台，然後接收平台發送指令控制設備上 LED 燈光開關。

你是否已經開始摩拳擦掌了呢？下面我們開始「上雲」！

一、實現聯網功能

1.1 模組介紹

首先，如果想要 Arduino 連接到物聯網平台的伺服器，必然需要先讓設備能夠連接到網路（比如家裡的 WiFi），這裡我們就需要用到 ESP-01(s) 模組，來實現這個功能。

其使用方法和前文介紹過的組件類似，只需要用到 VCC(3.3v)、GND、TX、RX 四根線，就能和 Arduino 進行通訊。我這裡使用的是 ESP-01+轉接板，轉接板實現了 5v->3.3v 的變壓以及 Rx 和 Tx 介面的引出，方便後續使用。

大多數 ESP-01(s) 模組在出廠時，都已經內置了 AT 指令韌體，在使用時只需要向模組發送 AT 指令即可進行網路連接、數據傳輸等操作。

關於什麼是 AT 指令，簡單來講就是設備間一種通訊消息規範，更具體的定義和應用場景讀者可以自行了解。

1.2 模組使用

ESP-01 模組接線方式如下：

  • GND -> GND
  • VCC -> 3.3v(單獨模組) 5.5v(帶轉接板)
  • Tx -> Rx
  • Rx -> TX

用到的 AT 指令如下：

  • AT+RST：重置模組
  • AT+CWMODE=1：切換模式
  • AT+CWQAP：斷開 WiFi 連接
  • AT+CWJAP=”WiFi名”,”密碼”：連接 WiFi
  • AT+CIPSTART=”TCP”,”IP”,埠：連接伺服器
  • AT+CIPMODE=1：切換到 TCP 透傳模式
  • AT+CIPSEND：開始發送數據

1.3 程式碼

Arduino 連接 WiFi 的程式碼：

#include <Arduino.h>

boolean at_exec(char *data, char *keyword, unsigned long time_out)
{
  Serial.println(data);
  Serial.flush();
  delay(100); // 等待響應
  unsigned long start = millis();

  while (Serial.available() < strlen(keyword))
  {
    if (millis() - start > time_out)
      return false;
  }
  if (Serial.find(keyword))
    return true;
  else
    return false;

  while (Serial.available())
    Serial.read(); //清空串口快取
}

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  while (!at_exec("AT+RST", "OK", 1000));
  while (!at_exec("AT+CWMODE=1", "OK", 1000));
  while (!at_exec("AT+CWQAP", "OK", 1000));
  while (!at_exec("AT+CWJAP=\"HelloGithub\",\"PassWord\"", "WIFI CONNECTED", 2000));
  while (!at_exec("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"183.230.40.40\",1811", "CONNECT", 1000));
  while (!at_exec("AT+CIPMODE=1", "OK", 500));
  while (!at_exec("AT+CIPSEND", "OK", 500));
  //Serial.println("*產品ID#鑒權資訊#腳本名稱*"); // 下文會將如何獲取這部分資訊
}

注意：

  • 下載之前要斷開 Arduino 和 ESP-01 的連接，否則可能會下載失敗
  • 執行 AT+CIPSEND 後，模組將不再響應 AT 指令，如果需要修改配置則必須斷電重啟模組
  • 記得改 AT+CWJAP 的參數，對應 WiFi 用戶名和密碼

燒錄後，連接模組重啟 Arduino。如果在路由器管理介面的「已連接設備」頁面，看到我們的 WiFi 設備，則表示成功！

二、物聯網平台

這裡我們使用的是 OneNet 物聯網平台，它是由中國移動打造的物聯網 PaaS 開放平台，通過這個平台可以輕鬆（免費）實現設備」上雲「。

下面，將介紹從註冊開始到完成設備上雲，所需的所有雲端配置步驟。

2.1 註冊

打開 OneNet 官網，點擊右上角的「註冊」註冊帳號。

2.2 新建產品

完成註冊登錄帳號後，點擊右上角的「控制台」進入控制頁面。

進入後點擊 「全部產品服務」->「多協議接入」：

在「多協議接入介面」選擇 TCP 透傳->添加產品：

在彈出的側邊欄填寫相關資訊，「產品行業」和「類別」隨便填寫即可，最後點擊「確定」完成新建產品。

2.3 添加設備

找到剛剛創建的產品我的是 「HelloGitHub」，然後點擊左側欄的「設備列表」，在新出現的頁面中點擊「添加設備」，填寫完相關資訊最後點擊「添加」，完成增添設備的操作。

2.4 編寫數據解析腳本

接下來，我們配置雲端的數據解析腳本，不用自己動手寫直接下載官方腳本到本地改一改就能用。

在解壓下載好的文件夾中，找到 sample.lua 文件里的 device_timer_init 函數（第 303 行），改成如下內容：

function device_timer_init(dev)
    -- 定時發送開關燈指令 --
	dev:timeout(0)
	dev:add(10,"open","open")
	dev:add(12,"close","close")
end

找到 device_data_analyze 函數（在文件的最後），修改為如下內容：

function device_data_analyze(dev)
	local t={}
	local a=0
	local s = dev:size()
    -- 我們定義 一次發送 十個 位元組，分別為 溫度 濕度 --
	add_val(t,"Temperature",a,dev:bytes(1,5))
	add_val(t,"Humidity",a,dev:bytes(6,5))
	dev:response()
	dev:send("received")
	return s,to_json(t)
end

如果大家對腳本使用方法感興趣的話，可以查看程式碼的注釋和官網上接入文檔，這裡就不做過多講解了。

2.5 上傳腳本

將該文件保存後，回到剛剛打開過的「設備列表」點擊「上傳解析腳本」。

至此，雲端配置完畢。

2.6 連接物聯網平台

修改 1.3 的程式碼，將 「下文會將如何獲取這部分資訊」 這行程式碼改成：

Serial.println("*產品ID#ILoveHelloGitHub#HG*");

將雲端配置完成後，獲得的產品 ID、鑒權資訊、腳本名稱等參數，替換到對應位置。（*產品ID#鑒權資訊#腳本名稱*）

最後，重新燒錄程式碼並重啟 ESP-01 模組。稍等片刻，在雲端刷新「設備列表」頁面，看到我們的設備，證明設備成功連接上了物聯網平台。

三、Arduino 上雲

經過前面的鋪墊，我們「上雲」的旅程即將迎來最激動人心的部分。將設備所在環境的溫濕度數據上傳到雲端！

3.1 程式碼

既然是上傳溫濕度數據，就需要用到我們上期講的 DHT11 模組（溫濕度感測器），然後結合本期連接網路的程式碼，分分鐘就可以完成啦。

但是為了增加項目的趣味性，我額外添加了個解析物聯網平台發送命令，遠程控制開關 LED 的函數。

程式碼片段如下：

void setup()
{
  // 改成自己雲端的參數
  Serial.println("*產品ID#ILoveHelloGitHub#HG*");
}

// 根據從串口收到的 字元串 執行相應的指令
bool command_parse(String command){
  ...
  if (command == "open")
  {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  } else if (command == "close")
  {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  }
}

完整程式碼：//github.com/HelloGitHub-Team/Article/blob/master/contents/Other/Arduino/3/code.cpp

最後，修改完整程式碼中的 WiFi 名和密碼，以及 產品 ID 後，重新燒錄程式碼即可。

3.2 上傳溫濕度數據

稍等片刻後，查看物聯網平台的「設備資訊」，如果看到 Arduino 上傳的室內溫濕度資訊，就證明我們的程式碼運行成功啦。

3.3 遠程控制

下面演示如何通過物聯網平台，遠程控制燈的開關。

打開物聯網平台，點擊「設備介面」的「下髮指令」，在彈出的表單上選擇「字元串」選項，輸入 「open」 或 「close」 指令。

到這裡，就完成了遠程控制 Arduino 內置 LED 燈開/關的效果！

成功！撒花🎉

四、總結

這篇文章，結合 Arduino、感測器、WiFi 以及 OneNet 物聯網平台，通過邊做邊講的方式，講述了一個設備從聯網到上雲的完整過程。雖然是入門級的教程，但是這些知識已經可以幫助你完成，諸如智慧開關、自動餵食器等實用和有趣的項目。

不小看每一次小的進步，不積跬步無以至千里。

如果說移動互聯網的浪潮已經過去，那麼下一個浪潮中會不會有物聯網的影子呢？反正我覺得技多不壓身，對此你怎麼看？歡迎在評論區發表你的看法。

至此，整個 Arduino 系列教程，到這裡就結束了。完結！再次撒花🎉

希望，HelloGitHub 的 Arduino 系列教程，能夠勾起你對物聯網的興趣，畢竟興趣才是最好的好老師。

本期的內容就是這些，這裡是 HelloGitHub 分享 GitHub 上有趣、入門級的開源項目。

感謝您的閱讀，如果覺得內容還不錯，一定要記得點贊、留言、分享，我們下期見！

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