作者 | Haor.L
責編 | 王曉曼
出品 | CSDN博客
筆者最近參加了校內的一場物聯網開發競賽，從零開始，踩坑無數，感覺很多時候事情都不像預料的一樣發展，離開了美好的IDE，太多事情要在板子上一步步摸索。運行失敗還好，運行成功但BUG了，簡直不知道從何查起。
但認識了M5Stack簡單的線上系統，學習了MQTT，HTTP等數據傳輸方式，入門Arduino和MIrcopython等開發語言，接觸ESP32的板子，感受最深的一點就是，物聯網的准入門檻並沒有那麼高，成本也沒有那麼高，但這還是一片混沌未開的區域，進場者真的可以大有所爲，起碼方便自己的日常生活是綽綽有餘的。
總的來說，這次物聯網入坑，值得！
閱讀本文後你將收穫：
瞭解M5STACK這款新興的片上系統
瞭解這款板子的開發環境如何配置
掌握ONENET數據傳輸
掌握HTTP的GET方法
會搭建筆者前幾天做的項目雛形：健康碼追蹤系統
開發準備
本博客作爲學習物聯網開發的筆記，也簡單的將自己的片上系統作爲例程寫出來。
ESP-IDF工具鏈配置：樂鑫文檔
UIflow在線IDE
M5STACK的官方開發文檔( 很全，如果你也打算使用M5STACK系列的開發板，強烈建議從此入門)
本博客項目的代碼倉庫（歡迎賞星）：https://github.com/haoruilee/M5Stack_Healthy_code_tracer
M5STACK簡介
M5STACK是一款對初學者非常友好的ESP32開發板，可以用Micropython和C編程，也可以用很簡單的拖拽式編程，擁有龐大的官方文檔，只是國內只在最近開始流行，油管和B站上都有官方的教學視頻，也在常常更新，很有創造力的一個產品。
結構上主要分爲Core和Unit，Core作爲核心控件，Unit作爲傳感器採集數據。
下圖圖就是筆者自己做的產品雛形，中間的小屏幕是Core，作爲主控,周圍有GPS和RFID,攝像頭等單元用來採集數據。
設計雛形：
由於所有的M5產品都預設了樂高塊，所有你可以把他們拼在樂高模組上，油管上還有不少人用它做樂高機器人，確實是很有創意的一款產品，顏值也不錯，所以筆者選擇它用來開發。
環境配置
UIFlow環境
在線編程地址：UIFlow
前幾天GIthub發佈了遠程編譯器Codespace,可以看出遠程編譯確實是大勢所趨。
這裏不得不說UIFlow把物聯網的門檻大大降低了，筆者配置ESP-IDF用了將近一天，而使用UIFlow可以免去一切環境配置的痛苦。
支持拖拽編程，可視化UI設計，自帶例程，確實是良心產品。
ESP-IDF環境
方法一
筆者配置ESP-IDF工具鏈時，一開始是使用Windows系統的工具安裝器。
ESP-IDF 工具安裝器可在“開始”菜單中，創建一個打開ESP-IDF 命令提示符窗口的快捷方式。本快捷方式可以打開 Windows 命令提示符（即 cmd.exe），並運行 export.bat 腳本以設置各環境變量（比如 PATH，IDF_PATH 等）。
（不得不說，這個安裝器的健壯性非常差！！）
安裝心得：上網技巧+把系統的PATH重新檢查一遍，有些卸載殘餘的PATH會導致玄學問題！
方法二（更推薦）
宇宙第一VS code中有插件 ESPRESSIF
可以更清楚每時每刻在幹什麼，也更清楚出了BUG去哪裏修補。
感知模塊
M5開發了很多環境傳感器，包括溫溼度，人體感應，RFID，攝像頭等等，在官方開發文檔上也都給出了相關例程和GIthub的源碼鏈接。
筆者自己的項目使用的是RFID、GPS和Camera模塊，其中除了Camera只能用ESP-IDF編程，其他單元都支持在UIFlow上在線編程，再加上，Micropython確實比C++舒服太多。
網絡連接
Wi-Fi鏈接
M5Stack已經自己預置了Wi-Fi鏈接，開機就是，不過在Mircopython裏寫起來也很簡單，下面是一個範例：
import network
SSID="YOUR-WIFI-NAME"
PASSWORD="YOUR-WIFI-PASSWORD"
wlan=None
s=None
def connectWifi(ssid,passwd):
'''
連接指定wifi
'''
global wlan
wlan=network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
wlan.disconnect()
wlan.connect(ssid,passwd)
while(wlan.ifconfig()[0]=='0.0.0.0'):
time.sleep(1)
return True
使用Mircoython的Wi-Fi模塊，connect(ssid，password)，就可以進入可愛的Wi-Fi連接界面了，M5GO的封裝還是不錯的。
NB-IOT
IOT模組需要額外配一張NB卡，某寶20就可以拿下一年500M流量，不過筆者沒有繼續嘗試，已經有可愛的M5GO和穩定的Wi-Fi，就沒探索用3G進行通訊。
HTTP通訊
接下來介紹物聯網的精髓，“聯網”，採集到了數據，那數據上報和傳輸是重中之重。
筆者覺得HTTP是最好理解，好入門的通訊協議，這裏也先介紹這種方法。
建議參考視頻：B站：接入中國移動ONENET平臺
筆者嘗試過諸如阿里雲和一些外國的平臺，最後發現都不如中國移動專門爲物聯網開發的ONENET，一來穩定，不用擔心服務商跑路，而來阿里雲顯得太過臃腫，對入門者很不友好，最終選擇了ONENET，他的HTTP封裝好了很好看的數據流模板，如：
位置信息可視化：
自動折線圖
POST上傳數據
創建流模板
首先需要創建一個數據流模板，用於接收傳過來的數據：
發送請求
請求方式：POST
URL:http://api.heclouds.com/devices/device_id/datapoints
其中，device_id：需要替換爲設備ID
注意：ONENET默認post的數據叫Datastreams，參數配置見表：
請求實例：
{
"datastreams": [{
"id": "temperature",
"datapoints": [{
"at": "2013-04-22T00:35:43",
"value": "bacd"
},
{
"at": "2013-04-22T00:55:43",
"value": 84
}
]
},
{
"id": "key",
"datapoints": [{
"at": "2013-04-22T00:35:43",
"value": {
"x": 123,
"y": 123.994
}
},
{
"at": "2013-04-22T00:35:43",
"value": 23.001
}
]
}
]
}
使用ONENET的模擬API調用可以快速熟悉數據的模式：
其中，URL的device_id,和下面的API_key換成自己設備的，可以在設備列表找到，就可以往自己設備的數據流模板傳一個值爲3的value。
Micropython用HTTP
UIFlow裏自帶了HTTP模塊，但是很玄學，很難用！
這裏筆者用Micropython自己寫了一份HTTP的傳輸：
def http_put_data(data):
#post data into onenet
url='http://api.heclouds.com/devices/'+DEVICE_ID+'/datapoints'
values={'datastreams':[{"id":"temperature","datapoints":[{"value":data}]}]}
jdata = json.dumps(values)
r=urequests.post(url,data=jdata,headers={"api-key":API_KEY})
return r
親測還是很好用的，可能是UIFlow自己的json封裝比較奇怪？
使用模組交互的數據傳輸
既然M5STACK可以同時使用多個模組，那麼自然也就可以使用模組來控制數據傳輸：
如：使用RFID卡，控制POST：
rfid0 = unit.get(unit.RFID, unit.PORTA)
while(True):
if rfid0.isCardOn():
rsp = http_put_data(12)
emoji0.show_map([[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,1,1,1,1,1,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0]], 0xff0000)
else:
#wlan.disconnect()
#wlan.active(False)
emoji0.show_map([[0,0,0,1,0,0,0],[0,0,0,1,0,0,0],[0,0,0,1,0,0,0],[0,0,0,1,0,0,0],[0,0,0,1,0,0,0],[0,0,0,1,0,0,0],[0,0,0,1,0,0,0]], 0xff0000)
wait(1)
第一行的rfid0 = unit.get(unit.RFID, unit.PORTA)是指定從PORTA讀取RFID的射頻信息
使用HTTP的GET獲取b站信息
有POST就要有GET，這裏介紹一個B站大佬“正負加減”的例程，獲取自己的粉絲數，裏面講解也很細緻,大佬也是老Geek了,關注不虧！
UIFlow的GET結構：
核心思想是知道哪個key是follow，可以在F5審查源代碼找到：
此處的URL是
http://api.bilibili.com/x/relation/stat?vmid=99566555
UP和DOWN是控制RGB等的函數。
我的片上系統設計全過程
設計初衷
在疫情管控最嚴格的的時候，經常能看到觸目驚心的“尋找x月x日乘坐xxxx的乘客”，如果能追尋乘坐公共交通者的足跡，會給疫情管控帶來很大便利。
設計方法
筆者希望結合GPS，RFID和攝像頭功能，做個車載的識別信息-上報信息的小系統。
具體涉及到二維碼識別，RFID識別，GPS獲取和HTTP上報。
然而，這個設計一開始就遇到了難題。網上購買的測溫槍，他的藍牙數據我無法解包，好像是和騰訊連連有自己的相關配置。
騰訊連連界面：
既然騰訊連連已經寫到那麼好了，那就不搶他的飯碗了。
既然沒辦法解析內容，那下面筆者將用ENV單元採集的環境溫度代替乘客溫度進行收發。
分模塊實現
RFID控制塊
首先聲明RFID模塊的串口：
rfid0 = unit.get(unit.RFID, unit.PORTA)
該段指從A口串入RFID模組
【注：M5STACK使用顏色標明瞭A,B,C三個Grove口，見下圖】
上圖中RFID的串口是紅色，就對應到M5GO左側的紅色接口：
GRIVE HUB
由於筆者同時還需要使用紅色串口的ENV單元，因此額外購買了GROVE HUB：
這樣就有兩個A口了。
訪問設置時不需要加以區分,都從PORTA引入：
rfid0 = unit.get(unit.RFID, unit.PORTA)
env0 = unit.get(unit.ENV, unit.PORTA)
使用Emoji模塊做可視化：
筆者使用循環判斷是否有卡片接近，無則顯示待機Emoji，有則顯示✅
#循環判斷是否有卡片接近
while(True):
#熄滅RGB燈
rgb.setBrightness(0)
#清空Emoji顯示
emoji0.show_map([[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0]], 0x000000)
#判斷是否有卡片接近
if rfid0.isCardOn():
#有卡片接近顯示對號
emoji0.show_map([[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,1],[0,0,0,0,0,1,1],[1,0,0,0,1,1,0],[0,1,1,1,1,0,0],[0,0,1,1,0,0,0]], 0x33ff33)
#發送RFID讀取到的卡片ID
rsp_RFID = http_put_RFID((str(rfid0.readUid())))
#完成後指示燈變綠
rgb.setColorAll(0x33ff33)
rgb.setBrightness(10)
else:
#可選是否斷開wifi
#wlan.disconnect()
#wlan.active(False)
#等待卡片接近時，Emoji展示"。。。"
emoji0.show_map([[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,1,0,1,0,1,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0]], 0x000000)
wait(1)
這裏的Emoji模塊是先在UIFlow裏敲好，再進Micropython裏查看的。
HTTP傳輸塊
HTTP傳輸在上文已經講了不少，這裏優先介紹GPS的傳輸：
GPS的命令也是要加“value:”的，形如value:{“lon”:lon,“lat”:lat}，這個地方一開始把筆者坑的不輕！
def http_put_location(lon,lat):
'''
傳輸地理位置數據點至ONENET平臺的location數據流
lon:longitude,經度
lat: latitude,緯度
url：http的post地址
values:請參考https://open.iot.10086.cn/doc/multiprotocol/ 文檔中的"HTTP協議上傳數據點模塊，配置json格式信息"
API_KEY:設備發送HTTP請求的證書，請參考https://open.iot.10086.cn/doc/multiprotocol/book/develop/http/api/api-usage.html 文檔中的"鑑權說明"
'''
url='http://api.heclouds.com/devices/YOUR-DEVICE-ID/datapoints'
values={'datastreams':[{"id":"location","datapoints":[{"value":{"lon":lon,"lat":lat}}]}]}
jdata = json.dumps(values)
r=urequests.post(url,data=jdata,headers={"api-key":API_KEY})
return r
這裏請把YOUR-DEVICE-ID替換爲自己的數據流中設備編號，參考ONENET手冊。
Wi-Fi連接塊
UIflow裏封裝了很好的Wi-Fi-connect：
wifiCfg.doConnect(SSID, PASSWORD)
如果你的Micropython裏沒有一鍵Wi-Fi連接，筆者自己也實現了一個：
def connectWifi(ssid,passwd):
'''
如果您的Micropython不攜帶WifiCfg.doconnect，請參考本函數
函數作用：連接至名稱爲SSID，密碼爲passwd的wifi
'''
global wlan
wlan=network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
wlan.disconnect()
wlan.connect(ssid,passwd)
while(wlan.ifconfig()[0]=='0.0.0.0'):
time.sleep(1)
return True
二維碼識別塊
本部分使用ESP-IDF編程
使用的攝像頭是M5CAMERA
屬性是OV2640
參考官方例程：
//拍攝
camera_fb_t* esp_camera_fb_get()
{
if (s_state == NULL) {
return NULL;
}
if(!I2S0.conf.rx_start) {
if(s_state->config.fb_count > 1) {
ESP_LOGD(TAG, "i2s_run");
}
if (i2s_run() != 0) {
return NULL;
}
}
if(s_state->config.fb_count == 1) {
xSemaphoreTake(s_state->frame_ready, portMAX_DELAY);
}
if(s_state->config.fb_count == 1) {
return (camera_fb_t*)s_state->fb;
}
camera_fb_int_t * fb = NULL;
if(s_state->fb_out) {
xQueueReceive(s_state->fb_out, &fb, portMAX_DELAY);
}
return (camera_fb_t*)fb;
}
//二維碼識別
void qr_recoginze(void *pdata) {
camera_fb_t *camera_config = pdata;
if(pdata==NULL)
{
ESP_LOGI(TAG,"Camera Size err");
return;
}
struct quirc *q;
struct quirc_data qd;
uint8_t *image;
q = quirc_new();
if (!q) {
printf("can't create quirc object\r\n");
vTaskDelete(NULL) ;
}
//printf("begin to quirc_resize\r\n");
if (quirc_resize(q, camera_config->width, camera_config->height)< 0)
{
printf("quirc_resize err\r\n");
quirc_destroy(q);
vTaskDelete(NULL) ;
}
image = quirc_begin(q, NULL, NULL);
memcpy(image, camera_config->buf, camera_config->len);
quirc_end(q);
int id_count = quirc_count(q);
if (id_count == 0) {
quirc_destroy(q);
return;
}
struct quirc_code code;
quirc_extract(q, 0, &code);
quirc_decode(&code, &qd);
dump_info(q);
quirc_destroy(q);
}
這裏依賴了太多官方庫…建議去代碼倉庫翻一翻。
K210的二維碼識別
上文是ESP32類型的開發板識別代碼，可以看到非常繁瑣，改起來簡直要了老命…
使用Micropython的話，代碼就變的可愛多了~
【此部分使用Maxipy編程】
import sensor
import image
import lcd
import time
clock = time.clock()
lcd.init()
sensor.reset()
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
sensor.set_framesize(sensor.QVGA)
sensor.set_vflip(1)
sensor.run(1)
sensor.skip_frames(30)
while True:
clock.tick()
img = sensor.snapshot()
res = img.find_qrcodes()
fps =clock.fps()
if len(res) > 0:
img.draw_string(2,2, res[0].payload(), color=(0,128,0), scale=2)
print(res[0].payload())
lcd.display(img)
這裏Maxipy的官方文檔還給出了修正圖像的方法：
如果使用了鏡頭，畫面會有扭曲，需要矯正畫面使用 lens_corr 函數來矯正，比如 2.8mm， img.lens_corr(1.8)
（沒事翻一翻這個Maxipy的文檔還是很有啓發的，大概兩小時就能通讀一遍）
GPS傳輸塊
室內經常沒有信號（實測室外也很少有…）因此在傳遞GPS的時候筆者額外設計了防止無信號的代碼。
GPS的http傳輸函數已經在上文講了，此處和RFID卡片控制進行結合：
if rfid0.isCardOn():
#有卡片接近顯示對號
emoji0.show_map([[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,1],[0,0,0,0,0,1,1],[1,0,0,0,1,1,0],[0,1,1,1,1,0,0],[0,0,1,1,0,0,0]], 0x33ff33)
#發送RFID讀取到的卡片ID
rsp_RFID = http_put_RFID((str(rfid0.readUid())))
#防止測試時無信號
if str(gps0.pos_quality) != "1" and str(gps0.pos_quality) != "6":
lon=116.39137751349433
lat=39.8969585128568
else:
#默認北京
lon=gps0.longitude
lat=gps0.latitude
try:
rsp_LOCATION=http_put_location(float(lon),float(lat))
except:
emoji0.show_map([[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,1],[0,0,0,0,0,1,1],[1,0,0,0,1,1,0],[0,1,1,1,1,0,0],[0,0,1,1,0,0,0]], 0xff0000)
#傳輸溫度
rsp = http_put_data(env0.temperature)
#完成後指示燈變綠
rgb.setColorAll(0x33ff33)
rgb.setBrightness(10)
else:
#可選是否斷開wifi
#wlan.disconnect()
#wlan.active(False)
#等待卡片接近時，Emoji展示"。。。"
emoji0.show_map([[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,1,0,1,0,1,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0]], 0x000000)
wait(1)
後記
參賽時間倉促，沒能完全搞明白每個引腳的用途，沒有好好觸摸一遍C和開發板，沒有用NB-IOT通訊。沒有做藍牙通訊解包…還是有很多遺憾的，還好設備還在，可以繼續探索物聯網的神奇。
成果效果：
版權聲明：本文爲CSDN博主「Haor.L」的原創文章，遵循CC 4.0 BY-SA版權協議，轉載請附上原文出處鏈接及本聲明。
原文鏈接：https://blog.csdn.net/weixin_46233323/article/details/106054434」
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