挑战赛1——班门弄斧之上传下载基础版
本帖最后由 pATAq 于 2018-7-20 22:46 编辑# 前言
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DF搞的这个比赛还挺有趣：(https://mc.dfrobot.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=38189&fromuid=725344)，一边在写文章一边在爱奇艺上看着印度电影巴霍巴利王，别说，浮夸但还不错。
## 1、硬件分析
所谓“若远行，先利其器”，我们首先要好好了解提供的硬件，知道是什么，能做什么，后续才会物尽其用。
第一阶段硬件如下：
1. Micro:bit (自备)
2. (https://www.dfrobot.com.cn/goods-1628.html)
3. (https://www.dfrobot.com.cn/goods-1577.html)
### 1.1 micro:bit
板载硬件资源之前讨论过。文章还没整理，哈哈，拖延症
### 1.2 Micro:Mate 扩展板
**特性**：
* 3个模拟口（仅支持3.3V模拟<u>**输入**</u>）
* 3个数字口（支持5V/3.3V数字输入输出）
* 舵机驱动电流：1.2A
* 输入电压：3.3V/5V
* 板载3.5mm耳机直插
**注意**：
- Micro:Mate通过弹针连接micro:bit主板，安装时，请将螺丝拧紧，防止接触不良。
- Micro:Mate由于本身电压限制（3.3V） 不支持5V模拟输入模块，如PH计等5V设备将无法兼容。
- Micro:Mate的USB接口仅作供电使用，无法用于程序上传。
- 驱动大电流设备，如舵机等原件，请将元件接至8 12 16口，并调整至5V输出，否则可能由于电流过大烧坏电路板！
- 板载了一个**<u>数字口电源切换</u>**开关，使数字口供电可在5V、3V或OFF之间任意切换。
优点是很小巧，支持外置电源。
我们再深入一下看看Mate的原理图，可以从(https://wiki.dfrobot.com.cn/index.php?title=(SKU:DFR0518)_Micro:Mate%E5%A4%9A%E5%8A%9F%E8%83%BD%E5%BE%AE%E5%9E%8B%E6%89%A9%E5%B1%95%E6%9D%BF_%E5%85%BC%E5%AE%B9Gravity)上找到：
!(https://i.loli.net/2018/07/16/5b4c8c192afab.png)
再对比mb的引脚图：
仔细看一下，有以下几点：
* 仅引出了micro：bit的P0、P1、P2(以上为Analog)、P8、P12、P16等6个引脚，P0连接到耳机接口
* 板载AMS1117-3.3是一种输出电压为3.3V的正向低压降稳压器
* D1、D2、D7三个LED无法通过用户自定义
* 这个P12是干啥的？
### 1.3 OBLOQ物联网模块
这个是比较有特色的东西，本质是大火的ESP8266，之前写过详细的文章，DFRobot进行了封装，仅引出串行通讯引脚，并且不仅可以连接DFRobot自己的服务器，方便一般用户快速上手使用。不过我们看看ESP8266和mb的硬件配置：
| | ESP8266(ESP-12F为例) | Nordic nRF51822 |
| --------- | ------------------------- | ------------------ |
| 处理器 | RISC Tensilica L106 32 位 | ARM Cortex-M0 32位 |
| 主频 | 80/160MHz | 16MHz |
| Flash ROM | 4MB | 256KB |
| 运行内存| ~40KB | 16KB |
问苍茫大地，谁主沉浮？我们也可以把性能更强的OBLOQ模块作为主应用处理器，mb作为外设使用。
看起来是引出了一个3色LED，两个按钮(UPGRADE和RESET)。
## 2、小试牛刀
这里我们采用MakeCode，配合DFRobot的pxt支持包：https://github.com/DFRobot/pxt-Obloq，还可以参考[一](https://github.com/DFRobot/Obloq)、[二](https://github.com/DFRobot/OBLOQExamples)。
> **注意**！关于Obloq图块的大部分设置参考可以在https://github.com/DFRobot/pxt-Obloq/blob/master/Obloq.ts 找到。
mb的MicroUSB接口支持串口调试，而OBLOQ使用串口通讯，好在mb提供了串行接口重定向功能，我们这里把蓝、绿线接到随便两个接口上(不推荐P0，已接到音频接口)，然后设定串口重定向即可。区别在于Analog区三个仅支持3.3v，Digital区支持3.3/5v切换。
> Question：nRF51最多支持几个串口？
!(https://i.loli.net/2018/07/16/5b4c99e52c9e7.png)
串行重定向的话，涉及一个波特率的问题，查看第219行，可知默认波特率9600：
```shell
serial.redirect(
Tx,
Rx,
BaudRate.BaudRate9600
)
```
LED矩阵会随着状态显示不同图案，三色LED代表意义如下：
| 颜色 | 指示状态 |
| ---- | ------------ |
| 红色 | 没有正常运行 |
| 蓝色 | 正在连接wifi |
| 绿色 | 正常工作 |
| 紫色 | Mqtt连接断开 |
初版代码如下：https://makecode.microbit.org/_9VAW1X35DDuH
!(https://i.loli.net/2018/07/20/5b50cf2512ef6.png)
### 功能特性：
1. 通电后按自动通过LED矩阵显示当前温度
2. 按A键开始向服务器发送数据，B键停止发送
3. 从手机APP里发送`temperature`则立即返回当前温度；发送`light`同理。此外连接风扇、LED灯都可以进行控制
### 注意点：
1. 循环语句中尽量减少调用获取temperature函数，降低耗电。默认60s上传一次数据，通过命令可以立即返回温度和环境亮度信息
2. 通过status变量控制是否向远端服务器发送数据，同时检测连通服务器时才发送数据，避免冗余
3. `quit`指代断开串口，目前还没公布相关API
```javascript
/**
* Disconnect the serial port.
*/
export function Obloq_quit(): void {
obloqWriteString("quit!\r")
}
```
4. dfrobot的EasyIoT平台集成了MQTT Broker、subscriber、publisher功能，其中数据记录间隔不少于1s，否则无法显示，但是实际上服务器本身无限制，所以app能收到，但是网页不显示
5. Obloq模块作为中间件，抽象出了共用的API，可以指定第三方服务器。从[这里](https://iot.dfrobot.com.cn/docs/)可以看到相关API（等待官方完善后释出的正式版API）
6. OBLOQ模块支持最大订阅5个TOPIC，但由于目前pxt只支持一个topic，发送请求时会影响上传数据的统计，造成干扰数据，解决方法是开一个新的topic，借助mpython或者用第三方服务器
```javascript
/**
* Subscribe to a Topic
* @param top set top, eg: top
*/
//% weight=67
//% blockId=Obloq_subTopic
//% block="subTopic"
//% advanced=true
export function Obloq_subTopic(): void {
if (!serialinit) {
Obloq_serialInit()
}
obloqWriteString("|4|1|2|"+OBLOQ_IOT_TOPIC+"|\r")
}
```
7.iot.dfrobot.com.cn使用了以下前端技术，后端数据存储是啥倒不清楚，服务器搭在腾讯云上海服务器上。
!(https://i.loli.net/2018/07/20/5b50d0c582a8e.png)
## 3、MQTT基础
知其然亦知其所以然，关于mqtt的知识可以参考我16年写的文章，彼时使用手机和Intel Galileo Gen2通过网络（无线或者有线网）连接，当然也可以选用BLE或者ZigBee之类。然后是通讯协议的选择，固然TCP/IP协议很成熟，但是对于物联网嵌入式应用来说，略显臃肿。目前物联网常用的协议包括CoAP、MQTT、XMPP、RESTful HTTP等，这里介绍应用最为广泛的MQTT协议。关于各种协议之间的差别，可以查看[这篇文章](https://www.phodal.com/blog/iot-protocols-coap-mqtt-xmpp-restful-http/)。
> MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是IBM开发的一个即时通讯协议，有可能成为物联网的重要组成部分。该协议支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部连接起来，被用来当做传感器和致动器（比如通过Twitter让房屋联网）的通信协议。
> Mosquitto是一款实现了 MQTT v3.1 协议的开源消息代理软件，提供轻量级的，支持发布/订阅的的消息推送模式，使设备对设备之间的短消息通信简单易用。
> MQTT协议的基本概念：
> 【MQTT协议特点】——相比于RESTful架构的物联网系统，MQTT协议借助消息推送功能，可以更好地实现远程控制。
> 【MQTT协议角色】——在RESTful架构的物联网系统，包含两个角色客户端和服务器端，而在MQTT协议中包括发布者_pub(lisher)，代理器（服务器）-broker和订阅者-subcriber。
> 【MQTT协议消息-m(essage)】——MQTT中的消息可理解为发布者和订阅者交换的内容（负载），这些消息包含具体的内容，可以被订阅者使用。
> 【MQTT协议主题-t(opic)】——MQTT中的主题可理解为相同类型或相似类型的消息集合。
——(http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/39252653)
*注意：以下仅作功能演示，暂时不要用于生产环境。记得开启密码验证。*
### 扩展阅读
以下是非常棒的MQTT协议入门与理解，这个博客真的非常棒，感谢博主的分享！
- (http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/39252653)
- [树莓派MQTT客户端 使用Mosquitto和paho-python](http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/39255089)
- (http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/39346461)
之前需要手写相关代码去连接服务器、订阅、发送信息，现在obloq直接在固件里封装好并提供API(向串口写入数据然后返回)，方便许多。
## 4、手机APP控制交互
理解了mqtt的基本原理，我们就好办了，MQTT Dashboard是我用过几个后能满足要求的Android APP，谷歌商店有，如果无法访问Google Play可以从[这里下载](https://apkpure.com/iot-mqtt-dashboard/com.thn.iotmqttdashboard)手动或者使用apkpure.com提供的软件市场，包含了大部分谷歌商店的应用内容。
手机客户端初始界面，其中：
1. 除了微信小程序EasyIoT，我们可以使用其他APP，例如
- iOS：IoT OnOff 和 MQTT
- Android：MQTT DashBoard和MQTT Dash
2. EasyIoT的地址为`iot.dfrobot.com.cn:1883`，用户名密码在网站页面上，就是`Iot_id(user) `和`Iot_pwd(password) `，Client ID随便填，只要唯一就行。
Subcribe界面很简单，就是简单的接收信息。
Publish界面（这些控件都可以自定义）：
效果如下：
还是要注意的是延时1s以上才会在网页记录：
注意：关于MQTT QoS，可以看[这篇文章](https://blog.csdn.net/waltonhuang/article/details/52069138)，简单来说就是：
* level 0：最多一次的传输
* level 1：至少一次的传输
* level 2： 只有一次的传输
最终效果(画质为啥这么差)：
## 5、进阶展望
1. 自定义服务器，比如ThingsBoard，从而提供更个性化的需求
2. 使用第三方ESP8266固件，如(https://bitbucket.org/xoseperez/espurna)、(https://github.com/tuanpmt/esp_mqtt)、(https://github.com/jeelabs/esp-link)，后者被Arduino Uno Wifi官方采用
3. 使用[微信(wxpy)](https://github.com/youfou/wxpy)、Server酱、(https://github.com/vysheng/tg)等无人值守聊天机器人来响应请求
专业，严谨，赞赞。{:5_148:}
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