2021爱智先行者—记录一次 Spirit 1 和 IoT Pi 开发板的实战经历

Posted 2021-12-11 Data-Mining

目录

前言

正文

一、IoT Pi 开发板介绍

二、开发实战

1. 连接设备

2. 搭建开发环境

3. 开始编码

4. 编译打包

5. 安装应用程序

6. LED灯开关控制演示

7. 程序升级改造

8. 如何支持设备热插拔  

​结尾

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前言

IoT Pi 是一块小巧的物联网开发板，开发者们可以把它入门级开发板来使用，通过它熟悉和掌握 MS-RTOS 的开发实战技能。今天就来介绍一下如何使用 Spirit 1 配合 IoT Pi 开发板开发一个 LED 灯控制系统。

正文

一、IoT Pi 开发板介绍

IoT Pi 开发板内置了主频高达100MHz的 Cortex-M4 处理器，包含512KB的 FLASH 储存空间和256KB的RAM空间，通过烧录系统，能够保证流畅的运行 MS-RTOS 和多个应用程序。另外，IoT Pi 开发板还搭载了 EEPROM 和 SD 卡插座，可用于储存数据和与 PC 机交互文件。 同时，还支持 WiFi 功能。IoT Pi 还板载了三个按键和三个 LED 及一个 USB 转串口，使用USB线供电的同时也能与 PC 机进行串口通信。讲了这么多，让我们来看看 IoT Pi 开发板长什么样吧，如下图所示：

再来看一下官方给出 IoT Pi 产品的详细参数：

主芯片	STM32F412RET6，512KB FLASH，256KB RAM
EEPROM	FT24C02
SD 卡	板载 TF 卡座
下载接口	SWD 下载调试接口，2.54mm插针
USB 通信	5V供电，和 USB 串口通信
按键	3个用户自定义按键，1个复位功能按键
LED 灯	3个用户自定义 LED，1个电源指示灯
IO 接口	两排2.54mm，20PIN 插针接口，其中24个通用 IO， 4个5V，4个3.3V，6个GND

如果想更加直观的了解上述硬件模块，请参看下图：

好了，通过上面的介绍，我们基本上对 IoT Pi 开发板有了大致的认识。接下来就让我们基于它开发一个 LED 灯智能控制程序吧。

二、开发实战

1. 连接设备

首先，给 IoT Pi 开发板安装四个塑料铜柱，方便固定和散热。接下来，使用电源线🔌连接 IoT Pi 开发板和 PC 电脑。

然后，电脑连接 Spirit 1 的 wifi，同时，连续按 IoT Pi 开发板的 key1 键三次，启动设备发现模式，此时，开发板的三个 LED 灯会不断闪烁，表明已经进入发现模式。之后，我们在浏览器中输入地址：https://192.168.128.1/#/desktop，进入 Spirit 1 界面，打开“设备”，进入应用内选择添加设备，具体操作如下图所示：

当然，我们也可以在手机端操作添加设备，在下图中点击“添加设备”按钮。

点击“添加设备”按钮后进入扫描设备页面，具体情况如下图所示：

在扫描设备页面打开“高级设置”，启动“SmartConfig”开关，输入SSID和密码后，点击“完成”按钮，比如下图所示：

在扫描设备页面提示我们发现了 IoT Pi 开发板，我们选择“添加”，操作如下图所示：  

在添加 IoT Pi 开发板的过程中需要输入设备密码，这是系统烧录时写死的，目前官方默认开发板的密码是1234567890，如果输入错误会给出“设备拒绝连接，请重试”的提示，具体如下图所示：

完成添加后，我们在设备列表中就可以看到 IoT Pi 开发板的设备了，如下图所示：

完成设备添加后，我们开始进行开发环境的搭建工作。 

2. 搭建开发环境

在 PC 端搭建爱智系统的开发环境还是非常方便的，可以直接使用 VSCode 开发工具，再安装一个 EdgerOS 开发插件。插件的安装也非常方便，在 VSCode 中扩展程序中搜索 edger 关键字，会出现下图所示的插件工具，点击“安装”即可。

安装完成后，在 VSCode 的左下角选择“创建项目”，具体操作如下图所示： 

项目创建页面会出现很多模板库，如果只有两个或者没有模版，可以尝试点击左下角的“刷新模板信息”按钮。如果还是没有，可以切换仓库源为 Gitee，因为开发插件默认的仓库源在 Github 上，国内很多用户可能会因为网络问题导致无法访问，具体操作可以参考下图：

获取全部模板库之后，我们可以从中看到一个名为“IoT Pi”的模板库，因为我们设备就是 IoT Pi 开发板，因此选择这个模板库初始化项目工程，选择“立即应用”，具体操作请看下图：

点击“立即应用”后，我们进入了项目信息页面，可以参考下图完成项目配置，然后选择“立即创建”。   

工程创建后，我们可以看到一个前后端分离的工程目录，其中，iotpi目录是后端逻辑部分，web目录中是前端页面部分。 

3. 开始编码

引入依赖库和定义部分变量，代码如下：

const Web = require('webapp');
var Device = require('device');

/* IoT Pi device */
var iotpi = undefined;

/* IoT Pi devices */
var iotpis = new Map();

const app = Web.createApp();
app.use(Web.static('./public', { index: ['index.html', 'index.htm'] }));

选择设备服务接口，代码如下：

app.post('/api/select/:devid', function(req, res) {
	iotpi = new Device();
	iotpi.request(req.params.devid, function(error) {
		if (error) {
			res.send({
				result: false,
				code: 50004,
				message: `设备错误：${error.message}`
			});
			iotpi = undefined;
		} else {
			res.send({
				result: true,
				code: 20000,
				message: 'success'
			});
			iotpi.on('lost', iotpiRemove);

			iotpi.on('message', function(msg) {
				io.emit('iotpi-message', msg);
			});

			iotpi.send({ query: true }, function(error) {
				if (error) {
					console.error('Query IoT Pi error:', error.message);
				} else {
					console.log('Query IoT Pi Ok!');
				}
			}, 3);
		}
	});
});

启动 Socket IO 通道，用来完成前后端的消息通讯，代码如下：

/* Socket IO */
var io = require('socket.io')(
	app, {
		path: '/iotpi',
		serveClient: false,
		pingInterval: 10000,
		pingTimeout: 5000,
		cookie: false
	}
);

// 客户端连接或者断开
io.on('connection', function(sockio) {
	sockio.on('iotpi-control', function(msg) {
		if (iotpi && iotpi.devid) {
			console.log('Client send message:', JSON.stringify(msg));
			iotpi.send(msg, function(error) {
				if (error) {
					console.error('Send message to IoT Pi error:', error.message);
				}
			}, 3);
		} else {
			sockio.emit('iotpi-error', { code: 50002, error: '无效设备!' });
		}
	});

	sockio.on('iotpi-list', function(result) {
		var devs = [];
		iotpis.forEach(function(iotpi) {
			devs.push(iotpi);
		});
		result(devs);
	});
});

监控设备的连接状态，可能设备会有热插拔的操作，代码如下：

// 移除设备
Device.on('lost', function(devid) {
	if (iotpis.has(devid)) {
		iotpis.delete(devid);
		if (iotpi && iotpi.devid === devid) {
			iotpiRemove();
		}
		io.emit('iotpi-lost', devid);
	}
});

// 添加设备
Device.on('join', function(devid, info) {
	if (info.report.name === 'IoT Pi') {
		var devobj = {
			devid: devid, alias: info.alias, report: info.report
		};
		iotpis.set(devid, devobj);
		io.emit('iotpi-join', devobj);
	}
});

function iotpiRemove() {
	if (iotpi) {
		iotpi.release();
		iotpi.removeAllListeners();
	}
}

4. 编译打包

其实，前后端目录可以理解成两个单独的 Node.js 工程，在 iotpi 和 web 目录中分别执行如下命令：

npm install

执行成功后，两个目录中各自生成了自己的 node_modules 目录。

进入 web 目录，执行如下命令进行编译打包：

npm run build

命令执行成功后，会生成对应的 dist 目录。最后，需要将其中的文件拷贝到 iotpi 的 public 目录中。

5. 安装应用程序

在安装应用程序之前，我们可以参考下图添加新的 IoT Pi 设备选项。

添加设备之后，我们选择“安装 EdgerOS APP”，具体操作如下图所示：

安装过程中可能会遇到如下两个问题，这里记录一下。

问题1. Install EdgerOS App : Error: edger connect illegalConnect

这个错误不用担心，其实是你没有连接 Spirit 1 的 wifi，切换 wifi 网络就好了。

问题2. Install EdgerOS App : Error: edger connect wrongPassword 

这个问题其实是设备开发密码写错了，需要重新填写一遍，具体可以参考下图获取。

正确安装应用程序后，会给出如下提示： 

Install app success

具体如下图所示：

6. LED灯开关控制演示

程序安装成功后，我们回到浏览器页面（https://192.168.128.1/#/desktop）中， 会发现主页中新增了一个 IoT Pi Trying 的应用图标，具体如下图所示：

点击图标进入应用程序中，在设备列表中选择 IoT Pi 设备，此时，可能会出现设备权限问题，如下图所示：

那么，我们可以在系统设置中进行授权，如下图所示：

完成授权后，就可以进入设备操作界面了，在界面中控制三个 LED 灯的打开和关闭，同时，手动操作开发板的开关，操作页面也会随着变化，具体如下所示：

为了更加形象的展示实现效果，我们来看一段视频：

IoT Pi 开发板 LED 灯控制演示

7. 程序升级改造

其实，我们还可以进一步修改程序，在页面左上角添加一个总的开关按钮，同时控制开发板上三个 LED 灯的打开和关闭。编码实现也非常简单，开关时分别发送三条控制就可以了，下面看一下实现效果：

全部 LED 灯都打开的情况：

全部 LED 灯都关闭的情况： 

8. 如何支持设备热插拔  

在开发过程中发现，系统是支持设备热插拔的，我非常好奇其中的实现机制，因此自己特别留意了一下。最终发现，系统检测设备的连接和断开状态是通过心跳包机制来实现的，这符合我们常规的做法。通过每15秒一次的 ping 请求来判断设备是否在线，具体如下图所示： 

设备离线时的弹窗提醒：

设备上线时的弹窗提醒：

结尾

好了，本次利用 Spirit 1 配合 IoT Pi 开发板开发一个 LED 灯控制系统的实战经历就介绍完了，是不是非常精彩？自己非常喜欢在 EdgerOS 系统上开发物联网应用的感觉，架构设计清晰合理，技术栈简单易学，设备性能也非常给力，总之是一次非常愉快的开发体验。如果你感兴趣的话，也来一期参与吧！一起为国产操作系统加油助力！

【本文正在参与"2021爱智先行者-征文大赛"活动】，活动链接：https://bbs.csdn.net/topics/602601454