掌控板结合APP Inventor2玩转物联网

来源 :中国信息技术教育 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangwei0101
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  通俗地讲,物联网(Internet of Things)就是“物物相连的因特网”,其目标是让万物沟通对话。比如在电视机上装传感器,可以用手机通过网络控制电视的使用;在空调、电灯上装传感器,计算机可以精确调控、开关,实现有效节能;在窗户上装传感器,你就可以坐在办公室里通过计算机打开家里的窗户透气;等等。
  物联网是创客空间中学生最喜欢挑战的新技术之一,如用Arduino来做一个基于物联网的自动浇花系统,远程获取传感器信息等。相对来说,用Arduino或者micro:bit设计物联网作品的难度还是有点高,需要借助于特定的物联网模块才能实现。而随着掌控板的出现,开源硬件连接网络变得容易,在TingWebIO库的支持下,开发物联网作品也越来越简单了。
  技术分析
  掌控板是创客教育专家委员会提出和设计的国产开源硬件。因其采用的ESP32芯片,是乐鑫最新的WIFI 蓝牙低功耗物联网芯片,性能十分强大,所以能够直接作为一个网络服务器运行。而APP Inventor是一个基于云端的,以图形化形式编程的安卓手机应用程序开发环境。它能将枯燥的代码编程方式转变为积木式的图形化编程,即使不懂得编程语言的人,也可以开发出属于自己的手机应用程序。
  从技术上看,只要掌控板运行一个Web服务器,APP Inventor通过Web浏览框或者Web客户端组件,就能访问掌控板的资源。无论是感知还是控制,只要双方设定一个协议即可。但是TingWebIO的作者张路老师认为,完全可以用更加简单的方式,如将掌控板模拟为一个TingWebDB(微型网络数据库)服务器,那么用户只要记住关键词,就能用写入数据库的方式实现“控制”,用读取数据库的方式实现“感知”。
  如图1所示,当客户端发出保存数据请求时,请求信息中会携带两个参数——标记和数据,服务器会将“标记”解释为掌控板上的输出资源,如当标记为“buzz”时,输出资源为蜂鸣器,并将“数值”解释为具体的输出值,如蜂鸣器的鸣响频率。同样,当客户端发出读取数据请求时,会携带一个“标记”参数,服务器会将参数解释为掌控板上的某个资源,并将该资源的状态返回给客户端,如当标记为“buttona”时,掌控板将返回按键A的状态(1为断开,0为接通)。
  如果想在安卓APP中获取掌控板的状态数据,或控制掌控板的输出,就必须清楚地知道掌控板上各项资源的标记、名称,以及接收数据的规格。表1中列出的相关信息,可以帮助开发者实现安卓应用与掌控板之间的协作。
  注:表1中出现的为相应资源编号,编写时需替换为具体数值(0、1、2等)。例如,模拟引脚0写作“pina0”,三个LED灯珠分别写作“rgb0”“rgb1”“rgb2”等。
  功能测试
  使用TinyWebIO功能比较简单,只要让掌控板运行这个程序即可。大致步骤如下:
  (1)下载原生开发工具mpython2及驱动程序,用户可根据自己的操作系统版本选择下载不同的文件(下载网址:https://mpython.readthedocs.io/zh/latest/board/software.html)。
  (2)下载TinyWebIO库文件及启动文件。其中tinywebio.py为库文件,main.py为启动文件样例(下载网址:https://gitee.com/roadlabs/TinyWebIO)。
  (3)安装并启动mpython2,将tinywebio.py和main.py(需要修改代码中的SSID名称和密码)两个文件分别写入掌控板。
  虽然很多版本都可以给掌控板升级固件或者刷写程序,但推荐使用mpythonX软件。mpythonX软件中的固件已經整合了tinywebio.py,升级固件后,只要编写连接WIFI代码,然后在oled上显示IP地址,再启动appserver服务即可。mian.py的参考代码如表2所示。
  安装TinyWebIO库中包含的“测试.apk”文件,设置好掌控板显示屏上的IP地址,就可以测试功能了。如上页图2所示,读取“light”即可获得光线值,写入“buzz”和“on”,掌控板上的蜂鸣器就会响起。
  应用拓展
  在APP开发中,只要对服务器地址是掌控板IP的TinyWebDB进行操作,即可实现手机和掌控板的互动。其实,TinyWebIO作用并不局限于APP Inventor2,还有很多有趣的玩法。
  (1)用浏览器(手机、电脑)和掌控板互动。在浏览器中输入掌控板的IP地址,端口8888,就能看到一个简单的功能引导界面(如图3)。
  点击“/storeavalue”可以控制掌控板,点击“/getvalue”可以读取掌控板的传感器信息,具体的使用方法和APP Inventor一致。这样,手机即使不安装APP,也能够和掌控板互动。
  (2)PC端编程和掌控板互动。TinyWebIO实质上就是一个标准的Web服务器,可以使用任何一种编程语言,发送标准的HTTP请求,即可实现和掌控板的互动。参考Python代码如表3所示。
  相对于其他开源硬件,掌握板的优势在于其天然支持WIFI,因为ESP32原本就是工业级的物联网芯片。借助TinyWebIO库,掌握板不仅和APP Inventor2无缝连接,还能用各种编程语言编写各种应用程序,远程获取各种传感器的信息,或者控制LED或继电器,让中小学生也能轻易完成一个“联通万物”的物联网作品,相信老师们开发物联网课程又有了新的选择。
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