MATLAB和物聯網連載5: 物篇之NodeMCU

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物聯網這個詞可以拆成物+聯網。物，就是各種各樣可編程可聯網的硬體。聯網，即雲端提供的Service。前面幾篇我們介紹了Thingspeak的服務，這是物聯網的核心，當然，沒有「物」，這些服務也無從可談，所以下面幾篇，我們也稍花筆墨介紹一下「物」，如何讓這些「物」使用Thingspeak提供的數據收集和分析的功能。這篇我們先介紹NodeMCU和Thingspeak.

NodeMCU基礎篇

什麼是ESP8266,NodeMCU和DS18S20

ESP8266是上海Espressif生產的一種小型WIFI晶元，該晶元旨在給嵌入式系提供接入網路的功能。NodeMCU是一個集成了ESP8266的開源開發板，並且封裝了ESP8266的硬體操作命令，使用戶可以更容易和硬體交互。DS18B20是一個單線溫度感測器，在本教程中NodeMCU將通過DS18B20採集環境溫度，並且發布到雲端的數據收集服務thingspeak上去。

為什麼使用NodeMCU

NodeMCU是目前筆者所知最廉價的帶WIFI(ESP8266)模塊的開發板，在Amazon賣到10美金以內，Ebay則更便宜。如果有興趣自己動手做智能家居，把家裡的電器都聯網，開發板的成本是一個重要的因素。其它的類似選擇包括：SparkFun的Photon, ArduinoYun, Arduino + Zigbee, Arduino + ESP8266 ， Arduino + ethernet shield，Raspberry + WIFI 或者自帶wifi的Raspberry 3. 這些開發板+通訊模塊加在一起的價格至少是NodeMCU的5到10倍，所以NodeMCU具有明顯的價格優勢。（將來肯定會有更便宜支持通訊的開發板，前幾個月http://Arduino.org宣布即將推出帶WIFI功能的開發板，但價格尚未公布)

NodeMCU用什麼編程

NodeMCU自帶LUA的解釋器，所以可以用LUA語言給其編寫控制程序，LUA是一個輕量級的腳本語言，用C語言編寫，編譯後解釋器大小僅僅100多K。LUA旨在針對內存有很大限制的嵌入式系統。NodeMCU還提供交互命令行環境，比Arduino的編程調試環境友好。 NodeMCU還可以支持Arduino的IDE對其編程，簡介參見這篇Blog：NodeMCU + Arduino IDE

NodeMCU的Setup

如何安裝Firmware

拿到NodeMCU開發板之後，第一件事是安裝/更新Firmware，可以從這裡下載到Flasher

http://www.whatimade.today/loading-the-nodemcu-firmware-on-the-esp8266-windows-guide/n

如何上載LUA程序到NodeMCU

有了Firmware之後，還需要一個LUA程序Loader,它用來連接到NodeMCU上進行交互，並且上載LUA程序到NodeMCU上，下載地址如下：

http://benlo.com/esp8266/n

如何測試NodeMCU簡單的功能: GPIO,WIFI和Hello World

通過LUA Loader連接到NodeMCU之後，我們可以在Lua Loader的界面上直接測試NodeMCU的一些基本功能:

首先要通過Device Manager獲得NodeMCU的COM埠號，然後在菜單的Setting->Comm Port Setting中指定要連接到這個埠
然後點擊Connect連接，指定波特率是9600
測試on board的LED： 0 GPIO16, 選擇Output，輸出1，這時板上電源附近的LED燈應該亮起來
測試WI-FI功能：在GUI中輸入路由器的名稱和密碼，然後點擊Set AP, WI-FI連接成功之後可以點擊GET IP查看NodeMCU的IP地址
最後測試通過Upload File上載LUA的HelloWorld.lua到NodeMCU中,然後點擊dofile運行該文件

print("hello world")n

這時命令行應該列印hello world輸出。

NodeMCU如何與DS18B20一起工作

DS18B20有三個管腳，中線接NodeMCU的D4,其餘一根3V3，一根GND，如下所示：

該程序可以在Lua Loader的安裝文件夾中的example中找到：

https://github.com/nodemcu/nodemcu-firmwaren

如何在Thingspeak中配置一個數據Channel並發送數據

用NodeMCU向雲端發送數據之前，我們先要在thingspeak網站上註冊一個Channel，之前的教程我們已經介紹過了，這裡不再贅述。參見 Thingspeak tutorial 1

NodeMCU如何自動發出HTTP Request

如何發送HTTP Request

NodeMCU的Firmware中自帶了一些常用的Library，詳見：

http://www.nodemcu.com/docs/index/n

比如NET,PWM,MQTT, 這裡我們使用NET Library,下篇我們將使用PWM和MQTT Library。

NET MODULE可以用來發送HTTP Request，下面的程序片段假設已經得到了溫度，存放在變數t中：

function postToThingspeak(tmp)n-- 創建一個TCP對象n conn=net.createConnection(net.TCP, 0) nn-- 連接成功之後的Callback,發送POST REQUESTn-- 其中的api_key要替換成實際的頻道的keyn-- 其中的tmp來自函數的輸入n conn:on("connection",function(conn, payload)n cmd ="POST /update.json?api_key=YourAPIKey&field1="..tmpnt.. " HTTP/1.1rn"nt.. "Host: api.thingspeak.comrn"nt.. "Connection: closern"nt.. "Accept: */*rn"nt.. "User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; esp8266 Lua; Windows NT 5.1)rn"nt.. "rn";nt print(cmd);nt conn:send(cmd); nt end)n-- 得到RESPONSE的Callback：關閉這個連接 n conn:on("receive", function(conn, payload) nt conn:close()n end)n conn:connect(80,api.thingspeak.com) nendn

最後利用LUA的timer實現每隔20秒發送一次數據

tmr.alarm(1,20000,1,function()n-- getTmp僅僅example中的sd18b20.lua包裝成了一個函數n tmp = getTmp();n postToThingspeak(tmp);nend)n

因為thingspeak限制感測器連續上傳數據的間隔不能低於15秒（thingspeak其實是一個開源項目，可以通過自己deploy thingspeak來去掉這個數據流量的限制。）

如果想讓NodeMCU一啟動就自動運行溫度收集，只需要把這個程序的名字保存成init.lua即可。

NodeMCU如何自動連上WIFI

下一步是實地的deploy NodeMCU，NodeMCU的工作電源是3.3V，為了要讓開發板能夠一連接電源就自動連接到路由器上，我們需要在init.lua程序中調用如下的函數

function setupWifi()n wifi.setmode(wifi.STATION)n wifi.sta.config("NETGEAR75","nobugs")n wifi.sta.connect();n wifi.sta.setip({ip="192.168.1.7",netmask="255.255.255.0",gateway="192.168.1.1"})n tmr.alarm(1, 1000, 1, function()n if wifi.sta.getip()== nil thenn print("IP unavaiable, Waiting...")n elsen tmr.stop(1)n print("ESP8266 mode is: " .. wifi.getmode())n print("The module MAC address is: " .. wifi.ap.getmac())n print("Config done, IP is "..wifi.sta.getip())n endn end)nendn

本tutorial中介紹了NodeMCU的配置，利用溫度感測器收集環境溫度，NodeMCU發送HTTP request，thingspeak的數據收集channel的註冊和使用，最後在MATLAB的環境中獲得收集的數據。流程如下: