朱曉光 劉好杰 王剛

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)下的“網(wǎng)紅”，多少人都想一探究竟，但復(fù)雜的程序、高深的協(xié)議將大多數(shù)人拒之門(mén)外，本文正是針對(duì)此種狀況，選擇適合初學(xué)者的硬件和開(kāi)發(fā)集成環(huán)境，從基本概念到具體應(yīng)用，使讀者從整體解釋了物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)發(fā)流程，理解其本質(zhì)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);ESP8266;Mixly;Blynk

物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義，即“萬(wàn)物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，人、機(jī)、物的互聯(lián)互通。它起源于互聯(lián)網(wǎng)（計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)），但它的連接實(shí)體已不僅僅局限于計(jì)算機(jī)，而是包括了汽車(chē)、家電、醫(yī)療設(shè)備、智能儀器等萬(wàn)事萬(wàn)物，正如其英文名字——The Internet of Things，簡(jiǎn)稱IOT。

1 物聯(lián)網(wǎng)基本理念

物聯(lián)網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)是通過(guò)無(wú)線或有線的方式將萬(wàn)物連接到一個(gè)服務(wù)器平臺(tái)上，即所謂的“云”，云端包含了所有的信息交換，也儲(chǔ)存了所有的信息，這就是“大數(shù)據(jù)”，這些數(shù)據(jù)加以利用，便可分析用戶的各類(lèi)信息，因此，在物聯(lián)網(wǎng)的世界里，隱私是不存在的。但是，物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的便利也是巨大的，最簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景：在你下班回家之前，通過(guò)手機(jī)APP控制家里的空調(diào)提前工作，當(dāng)你回到家中，便是宜人的環(huán)境，舒適的溫度。

當(dāng)然，你也是要付出信息代價(jià)的：你的下班時(shí)間、你喜歡的溫度、你空調(diào)的型號(hào)等等，利用這些信息可以分析你的工作性質(zhì)、生活習(xí)慣、住房面積、甚至你的經(jīng)濟(jì)情況，再綜合其他設(shè)備提供的信息，你的大數(shù)據(jù)就產(chǎn)生了。當(dāng)然，這也為你的生活帶來(lái)了便利，根據(jù)你的習(xí)慣和能力推薦適合你的產(chǎn)品。比如，在你的空調(diào)難以達(dá)到你的預(yù)設(shè)溫度時(shí)，淘寶的推送就是一臺(tái)大功率的空調(diào)，“云”似乎比你自己還了解你！

當(dāng)前，這種情況涉及的討論越來(lái)越多，到底是我們利用大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了便捷，還是我們被大數(shù)據(jù)利用，成為數(shù)據(jù)的附庸？似乎“西部世界”中也討論了這樣的問(wèn)題。這不是我們今天要討論的重點(diǎn)，既然享受服務(wù)，自然要付出代價(jià)。但我們應(yīng)該了解的是這一切發(fā)生的過(guò)程，當(dāng)你再收到某些推送時(shí)，你應(yīng)該了解的是這一系列產(chǎn)生的機(jī)制，哪些是你真正的需要，利用大數(shù)據(jù)的便利，而避免被“云”左右。說(shuō)了這么多，只是要引出今天要介紹的一款物聯(lián)網(wǎng)芯片——ESP8266。

2 ESP8266簡(jiǎn)介

說(shuō)到連接互聯(lián)網(wǎng)，尤其是設(shè)備通過(guò)單片機(jī)聯(lián)網(wǎng)，之前并不是件容易的事，開(kāi)發(fā)者需要增加硬件模塊，掌握互聯(lián)網(wǎng)的各類(lèi)協(xié)議，編寫(xiě)單片機(jī)與模塊的通信代碼，受限于單片機(jī)的存儲(chǔ)量和運(yùn)行速度，這方面的應(yīng)用并不廣泛，尤其是對(duì)于業(yè)余開(kāi)發(fā)者更是困難重重。直到2015年，由樂(lè)鑫公司出的一款WiFi芯片——ESP8266，它以其超低的價(jià)格，引起了物聯(lián)網(wǎng)業(yè)界的軒然大波，大大促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展！由于WiFi設(shè)備需要專(zhuān)業(yè)的射頻設(shè)計(jì)，因此使用者往往直接購(gòu)買(mǎi)集成了ESP8266芯片的模組，如安信可的ESP-12集成了天線、Flash等元件的模組。

ESP8266準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)是集成了WiFi功能的MCU，它的開(kāi)發(fā)方式有以下幾種：

1）AT指令方式：燒錄AT的固件包，使用AT指令與ESP8266交互，執(zhí)行相應(yīng)指令。該方式開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，資料較多。只需知道AT指令集，以及它的通信方式即可。但缺點(diǎn)是浪費(fèi)資源，需要額外的MCU與其通信，不能獨(dú)立完成某項(xiàng)功能。

2）樂(lè)鑫開(kāi)發(fā)包SDK，專(zhuān)門(mén)針對(duì)樂(lè)鑫芯片開(kāi)發(fā)，但對(duì)于業(yè)余者相對(duì)吃力。

3）NodeMCU的lua開(kāi)發(fā)：燒錄NodeMCU的固件包，使用Lua語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，使用ESP內(nèi)部資源。該方法節(jié)省資源，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，代碼量少。但lua解釋器執(zhí)行效率較低，需要準(zhǔn)備相應(yīng)功能的固件，燒錄進(jìn)去，然后使用lua語(yǔ)言和工具與之調(diào)試。

4）Arduino IDE下的開(kāi)發(fā)：相當(dāng)于直接編寫(xiě)固件，編譯之后，燒錄進(jìn)ESP，使用ESP內(nèi)部資源。這種方式使用當(dāng)前非常流行的Arduino集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，集編程和燒錄一體，使用方便。語(yǔ)言執(zhí)行效率高，節(jié)省資源，庫(kù)函數(shù)比較多，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言簡(jiǎn)單，能夠很快上手。由于Arduino的用戶量巨大，樂(lè)鑫公司也推薦使用該方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)。本文將重點(diǎn)介紹基于Arduino的ESP8266開(kāi)發(fā)。

3 Mixly（米思齊）與Blynk

硬件有了，接下來(lái)便是軟件，物聯(lián)網(wǎng)軟件包括兩大部分：MCU軟件和客戶端軟件，MCU軟件既ESP8266的程序，客戶端軟件則是在手機(jī)上或計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的與MCU進(jìn)行交互的界面，兩者并非直接通信，而是通過(guò)中介——云。MCU程序?qū)⒃O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和各類(lèi)參數(shù)上傳到云端，經(jīng)過(guò)云端處理后發(fā)送到客戶端;客戶端的各類(lèi)指令同樣經(jīng)過(guò)云端中介后發(fā)送給MCU執(zhí)行。接下來(lái)重點(diǎn)介紹這兩種軟件的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境：Mixly（米思齊）與Blynk。

Arduino是基于C語(yǔ)言為基礎(chǔ)的，如果開(kāi)發(fā)者有過(guò)51或AVR單片機(jī)學(xué)習(xí)經(jīng)歷，那么使用Arduino將得心應(yīng)手，可以說(shuō)更加方便簡(jiǎn)單，但對(duì)于很多非專(zhuān)業(yè)人員，尤其是想學(xué)習(xí)編程的青少年，仍有一定難度，加之當(dāng)前編程教育的興起，大量圖形化編程工具應(yīng)運(yùn)而生，最為著名的便是麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的Scratch。為了推廣創(chuàng)客教育，北京師范大學(xué)教育學(xué)部創(chuàng)客教育實(shí)驗(yàn)室傅騫教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的Mixly是一款專(zhuān)門(mén)針對(duì)Arduino的圖形化編程軟件，而且它允許外加函數(shù)庫(kù)，大大豐富了其資源，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)甚至推出了專(zhuān)用版本——Mixly For IoT，這不得不說(shuō)是廣大物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)愛(ài)好者的福音！

Blynk既云平臺(tái)，是一款服務(wù)器在國(guó)外的物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)軟件，可以通過(guò)手機(jī)開(kāi)發(fā)客戶端程序，而且Mixly中已有專(zhuān)門(mén)針對(duì)Blynk的庫(kù)函數(shù)，開(kāi)發(fā)者可以不必關(guān)注低層協(xié)議，而把重點(diǎn)放在創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)上。此外Blynk允許自建服務(wù)器，可以選擇國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)愛(ài)好者搭建的一些服務(wù)平臺(tái)，保證通信的穩(wěn)定性;也可以搭建自己的服務(wù)器，提高數(shù)據(jù)安全，并在必要時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。此外，云平臺(tái)還有阿里云、百度云、中國(guó)移動(dòng)的OneNet等等，對(duì)于初學(xué)者和個(gè)人用戶，Blynk相對(duì)而言上手較為簡(jiǎn)單，應(yīng)用比較靈活。

4 典型應(yīng)用實(shí)例

學(xué)習(xí)一個(gè)新事物，理論看的再多也難以理解其本質(zhì)，只有通過(guò)一個(gè)具體的項(xiàng)目，完整的開(kāi)發(fā)過(guò)程才會(huì)使學(xué)習(xí)者形成整體認(rèn)知，避免只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林的學(xué)習(xí)陷阱。我們以一個(gè)最簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景為例進(jìn)行開(kāi)發(fā)：遠(yuǎn)程控制。通過(guò)手機(jī)端發(fā)送指令，控制聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備工作，這個(gè)設(shè)備可以是熱水器、空調(diào)、電飯煲……在這里我們以LED代替，也就是說(shuō)，手機(jī)客戶端控制LED的亮與滅。

在這里我們使用的ESP8266模塊是NodeMCU，只要Arduino中安裝了ESP8266的開(kāi)發(fā)包，NodeMCU就包含其中，在米思齊中選擇開(kāi)發(fā)板型號(hào)為NodeMCU即可，其Blynk物聯(lián)網(wǎng)函數(shù)庫(kù)中也包含了大量資源，如圖1所示。

在此實(shí)例的應(yīng)用中，ESP8266程序只需要做一件工作——聯(lián)網(wǎng)。在米思齊中，聯(lián)網(wǎng)只需要一個(gè)代碼模塊，如圖2所示。服務(wù)器地址可以選擇Blynk的官方服務(wù)器blynk-cloud.com，也可以選擇國(guó)內(nèi)服務(wù)器，如筆者用的116.62.49.166。在此需要特別注意的是，在使用國(guó)內(nèi)服務(wù)器時(shí)，需要將IP地址格式的“.”用英文輸入法的“，”代替。此后便是WiFi名稱和密碼，根據(jù)實(shí)際情況輸入即可。關(guān)鍵在于第四個(gè)參數(shù)Blynk授權(quán)碼，此授權(quán)碼是客戶端與MCU端進(jìn)行通信的“接頭暗號(hào)”，由Blynk App創(chuàng)建新項(xiàng)目時(shí)生成的具有唯一性的編碼，通過(guò)此編碼，手機(jī)客戶端和ESP8266開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn)相互對(duì)應(yīng)。這些信息設(shè)置完成后，上傳程序，NodeMCU開(kāi)發(fā)板便連接到了設(shè)定的服務(wù)器上，此后的工作便是通過(guò)手機(jī)客戶端控制其端口輸出0/1，D6端口連接LED，輸出為“1”，燈亮，反之，燈滅。在此需要注意的是NodeMCU開(kāi)發(fā)板的D6端口并不對(duì)應(yīng)ESP8266的GPIO6，而是GPIO12，如圖所示，因此，客戶端程序?qū)τ贓SP 8266的控制端應(yīng)為GP12。

最后一項(xiàng)就是開(kāi)發(fā)手機(jī)端的Blynk程序，開(kāi)發(fā)流程如下：1）在注冊(cè)賬號(hào)時(shí)設(shè)置自定義服務(wù)器地址，否則默認(rèn)官方服務(wù)器;2）創(chuàng)建新工程，我們命名為“遠(yuǎn)程控制”;3）在工程設(shè)置界面可以獲取Blynk授權(quán)碼Auth Token，此碼即為前文提及的與ESP8266的“接頭暗號(hào)”;4）在開(kāi)發(fā)界面添加組件Button;5）對(duì)組件進(jìn)行設(shè)置，名稱為“按鈕”，OUTPUT設(shè)置為GP12，MODE（按鈕形式）設(shè)置為SWITCH，其他默認(rèn);6）完成設(shè)置后界面顯示按鈕及其對(duì)應(yīng)端口，單擊右上角三角形進(jìn)行運(yùn)行發(fā)布;7）如果此時(shí)ESP8266已通電并聯(lián)網(wǎng)，界面顯示設(shè)備在線信息，單擊按鈕可實(shí)現(xiàn)LED的亮滅控制。至此，遠(yuǎn)程控制LED項(xiàng)目完成，將硬件電路略作修改，將LED換為其他元件，如繼電器等，便可實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)一個(gè)最為簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景，利用ESP8266的NodeMCU開(kāi)發(fā)板，基于Mixly與Blynk實(shí)現(xiàn)了手機(jī)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，跟隨筆者的步驟，可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，并結(jié)合自身學(xué)習(xí)過(guò)程遇到的問(wèn)題，有效幫助初學(xué)者避開(kāi)陷阱，提高學(xué)習(xí)效率，輕松入門(mén)。