使用 Electric Imp 平臺(tái)快速啟動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)

設(shè)計(jì)互聯(lián)網(wǎng)連接產(chǎn)品需要掌握眾多技能。開發(fā)人員必須知道如何編寫嵌入式軟件和構(gòu)建電路板，還要了解如何保護(hù)設(shè)備安全，以及如何將設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)以便進(jìn)行遠(yuǎn)程更新和管理。

為單個(gè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)原理和建立架構(gòu)可能具有很大挑戰(zhàn)，且非常耗時(shí)，成本昂貴。開發(fā)團(tuán)隊(duì)需要一種方法，能夠快速啟動(dòng)開發(fā)，最大程度減少在典型設(shè)計(jì)周期中需要完成的工作，從而可以滿足成本和上市時(shí)間要求。

現(xiàn)在已出現(xiàn)了許多不同的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，但 Electric Imp 提供的平臺(tái)尤其引人注目，因?yàn)樵撈脚_(tái)集成了所有必要的硬件和軟件，可讓開發(fā)人員快速啟動(dòng)開發(fā)。

本文將介紹 Electric Imp 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)及其使用方法。

定義 Electric Imp 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

Electric Imp 平臺(tái)是一個(gè)為開發(fā)人員提供完整物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接和管理解決方案的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。該平臺(tái)包含了開發(fā)團(tuán)隊(duì)需要的所有構(gòu)件，可幫助他們快速開發(fā)產(chǎn)品并投入生產(chǎn)。這些構(gòu)件包括：

全集成硬件

嵌入式操作系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)器

API

云服務(wù)

代碼庫

安全解決方案

首先，開發(fā)人員將其傳感器和專有硬件連接到 Electric Imp 無線電模塊，該模塊不僅包含定制軟件，還包含管理到 Imp Cloud 的安全連接的 ImpOS（圖 1）。最終用戶和開發(fā)人員都能通過移動(dòng)設(shè)備使用一個(gè)稱作 BlinkUp 的應(yīng)用，將其 Wi-Fi 設(shè)置提供給產(chǎn)品或開發(fā)平臺(tái)。一旦 Imp 硬件獲取了 Wi-Fi 信息，即可安全地與 Imp Cloud 直接通信，還可通過云與互聯(lián)網(wǎng)連接。

圖 1：Electric Imp 平臺(tái)提供了成熟的全集成硬件、軟件、操作系統(tǒng)、API、云服務(wù)和安全功能，可快速將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接到云。（圖片來源：Electric Imp）

使用像 Electric Imp 這樣的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，可為開發(fā)人員帶來多種優(yōu)勢：

顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間

專注于公司的核心專業(yè)技術(shù)，而非互聯(lián)網(wǎng)連接

提升產(chǎn)品價(jià)值并增強(qiáng)產(chǎn)品差異

無需構(gòu)建連接基礎(chǔ)架構(gòu)和掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)

Electric Imp 硬件

Electric Imp 硬件為開發(fā)人員提供了一組標(biāo)準(zhǔn)硬件，包括：

802.11 b/g/n or a/b/g/n Wi-Fi 收發(fā)器

32 位 ARM? Cortex? 處理器

堅(jiān)固耐用的嵌入式操作系統(tǒng)，提供故障保護(hù)固件更新

用戶可選的 I/O 接口，例如 GPIO、PWM 和 Analog In

通過 SPI、UART 和 I2C 進(jìn)行通信

這些模塊由 Murata Electronics 制造。對(duì)設(shè)計(jì)人員而言，主要的區(qū)別在于內(nèi)部處理器、Wi-Fi 連接選項(xiàng)以及封裝。例如，imp005 (LBWA1UZ1GC) 基于 320 MHz ARM Cortex-R4 處理器，可同時(shí)在 2.45 GHz 和 5 GHz 頻段工作。而 imp003 (LBWA1ZV1CD) 基于 144 MHz ARM Cortex-M4F 處理器，僅可在 2.45 GHz 頻段工作。它們都采用表面貼裝式封裝（圖 2）。

圖 2：imp005（左）和 imp003（右）模塊集成了 Wi-Fi 模塊和 ARM Cortex 微控制器，以最大程度地減小設(shè)備尺寸。（圖片來源：Murata Electronics）

沒有分線板，表面貼裝式封裝將難以訪問。imp003 采用了 IMP003-BREAKOUT，它是一種簡單的分線裝置，包括一個(gè) USB 接口（可供開發(fā)人員用于為設(shè)備供電）、模塊編程所需的光電晶體管（使用 Electric Imp 獨(dú)有的 BlinkUp 方法設(shè)置 Wi-Fi），以及一些其他支持元件（圖 3）。

圖 3：imp003 分線模塊是一種低引腳數(shù)的開發(fā)板，能夠讓開發(fā)人員輕松地熟悉和使用將用于最終產(chǎn)品的 Electric Imp 硬件。（圖片來源：Murata Electronics）

imp005 分線板有些復(fù)雜，因?yàn)?imp005 模塊不僅有更多的引腳數(shù)，而且還有性能更加強(qiáng)大的 ARM Cortex-R4 處理器（圖 4）。imp005 分線板還包括了以太網(wǎng)支持、一個(gè)用于設(shè)備供電和連接到主機(jī)的標(biāo)準(zhǔn) USB 接口以及光電晶體管。

圖 4：imp005 分線模塊讓開發(fā)人員能夠使用性能更加強(qiáng)大的 imp005，它包含 ARM Cortex-R4 微控制器，還包括高級(jí)連接選項(xiàng)，例如 USB 和以太網(wǎng)。（圖片來源：Murata Electronics）

使用 BlinkUp 設(shè)置 Electric Imp

所有物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備面臨的一個(gè)共同問題是如何利用本地 Wi-Fi 路由器信息為設(shè)備編程。Electric Imp 通過一種獨(dú)特的方法解決了這個(gè)問題，它使用光電晶體管，為設(shè)備進(jìn)行 SSID 和密碼信息的編程。

平臺(tái)和最終產(chǎn)品的用戶將 Electric Imp BlinkUp 應(yīng)用下載到移動(dòng)設(shè)備上，然后將其網(wǎng)絡(luò)信息輸入該應(yīng)用中。收到提示時(shí)，用戶對(duì)準(zhǔn)光電晶體管按一下移動(dòng)設(shè)備。接著，移動(dòng)設(shè)備的屏幕會(huì)閃爍一個(gè)命令序列，它可為 Electric Imp 硬件進(jìn)行編程（圖 5）。編程完成之后，即可開始開發(fā)工作。

警告！在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息編程時(shí)，不要盯著移動(dòng)設(shè)備屏幕。這樣可能導(dǎo)致劇烈頭痛或癲癇發(fā)作。

圖 5：使用 BlinkUp 應(yīng)用，開發(fā)人員或用戶可輸入 Wi-Fi SSID 和密碼，并通過從移動(dòng)設(shè)備到光電晶體管的一系列閃爍，輕松將這些信息傳輸?shù)?Electric Imp 模塊。這種方法無需藍(lán)牙或 USB 等額外連接。（圖片來源：Electric Imp）

開發(fā)人員將 Electric Imp 模塊連接到互聯(lián)網(wǎng)之后，該模塊將向 Imp Cloud 注冊(cè)一個(gè)唯一的 ID。在 BlinkUp 應(yīng)用中可以找到這個(gè) ID。這個(gè)唯一 ID 可用于標(biāo)識(shí)模塊身份，并將模塊連接到在線開發(fā)環(huán)境。該 ID 還可用于將固件更新推送至產(chǎn)品以及管理設(shè)備。用戶可以登錄到開發(fā)環(huán)境，然后創(chuàng)建新的軟件應(yīng)用（也稱為“模型”），再將模塊 ID 與該模型相關(guān)聯(lián)，通過這種方式將模塊連接至云（圖 6）。

圖 6：要通過云將模塊連接到軟件模型，只需查看可用 Imp 模塊列表，然后將現(xiàn)有軟件模型或新模型連接到設(shè)備即可。（圖片來源：Electric Imp）

一旦創(chuàng)建好模型，開發(fā)人員即可訪問在線開發(fā)環(huán)境。通過這種方式，他們可為 Electric Imp 模塊編寫軟件和要在云中運(yùn)行的代碼，以便與模塊進(jìn)行通信。服務(wù)器和模塊應(yīng)用代碼使用名為 Squirrel 的腳本語言編寫。Squirrel 的表示法類似于 C 編程語言，因此對(duì)于大多數(shù)嵌入式開發(fā)人員而言，這種轉(zhuǎn)換是非常自然的。

開發(fā)環(huán)境分為三個(gè)主要部分。第一個(gè)部分是服務(wù)器端代碼，也稱為代理代碼。第二個(gè)部分是設(shè)備代碼，一旦編譯好腳本，即可部署到模塊并由 Imp Cloud 進(jìn)行管理。第三個(gè)部分是日志，可用于監(jiān)控代理和設(shè)備行為，還可用于調(diào)試。

圖 7：Electric Imp 開發(fā)環(huán)境是一種完全集成的環(huán)境，能夠讓開發(fā)人員通過單個(gè)視圖，同時(shí)處理其設(shè)備固件和云軟件。（圖片來源：Electric Imp）

使用閃爍 LED 程序顯示“Hello World”

在 Electric Imp 模塊上構(gòu)建和運(yùn)行應(yīng)用非常簡單。我們可從較高的抽象層級(jí)，將對(duì)象分配給硬件功能。這樣一來，Imp 模塊和底層微控制器將變成一個(gè)黑盒。

開發(fā)人員采取的第一個(gè)步驟是通過終端或閃爍 LED 打印“Hello World”。我們看一下閃爍 LED 所需的代碼。

首先，開發(fā)人員需要登錄開發(fā)環(huán)境，并創(chuàng)建“Hello World”或“Blinky”模型，然后將其分配給目標(biāo)模塊。如任何應(yīng)用一樣，開發(fā)人應(yīng)該分配和配置引腳及變量。在本例中，如果 LED 連接到引腳 5，則開發(fā)人員可以編寫相應(yīng)代碼，以配置 LED 并創(chuàng)建狀態(tài)變量（列表 1）。

// Create a global variable called 'led' and assign the 'pin' object to it

led <- hardware.pin5;

// Configure 'led' to be a digital output with a starting value of digital 0 (low, 0V)

led.configure(DIGITAL_OUT, 0);

// Create a global variable to store current state of 'led‘

state <- 0;

列表 1：為 Electric Imp 模塊編寫軟件非常簡單，只需使用預(yù)先存在的庫和 Squirrel 腳本語言即可。此腳本可配置 LED 及創(chuàng)建狀態(tài)變量。（代碼來源：Electric Imp）

然后可以編寫簡單的應(yīng)用功能，讓 LED 閃爍（列表 2）。

function blink()

{

// Invert the value of state:

// when state = 1, 1-1 = 0

// when state = 0, 1-0 = 1

state = 1 - state;

// Write current state to 'led' (which is pin9)

led.write(state);

// Schedule the imp to wakeup in 0.5 seconds and call blink() again

imp.wakeup(0.5, blink);

}

列表 2：通過一組可簡化開發(fā)的庫，可以讓 LED 閃爍或控制硬件，從而大幅縮短開發(fā)時(shí)間。在本例中，我們使用了一個(gè)簡單函數(shù)來訪問 LED 資源，并通過 ImpOS 將函數(shù)執(zhí)行延遲 500 毫秒（代碼來源：Electric Imp）

大功告成！這就是配置 LED 并讓它在硬件上閃爍所需的全部 Squirrel 代碼。LED 程序的代碼長度不足十行，開發(fā)人員也不需要知道任何 ARM 內(nèi)核寄存器。如此一來，便可輕松訪問高級(jí) API，從而減少開發(fā)人員的工作負(fù)擔(dān)。

將外部傳感器集成到 Electric Imp 模型中

將外部傳感器和元器件集成到 Electric Imp 平臺(tái)也比較簡單。平臺(tái)允許開發(fā)人員使用 #require 指令包括一個(gè)已經(jīng)開發(fā)好的庫，與 C 編程語言中的 #include 指令相似。我們已經(jīng)開發(fā)了多種類型的庫，可供開發(fā)人員隨時(shí)使用。這些庫包括：

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

實(shí)用工具

硬件驅(qū)動(dòng)程序

產(chǎn)品開發(fā)人員可將繼電器、加速計(jì)、磁力儀等各種器件連接到 Electric Imp 模塊，然后使用已為這些元器件編寫的庫，從而快速啟動(dòng)設(shè)計(jì)。這些庫可從 Electric Imp 開發(fā)中心網(wǎng)站獲取。

圖 8：Electric Imp 提供了各種各樣的庫，從啟動(dòng)開發(fā)的那一刻即可隨時(shí)使用。這些庫可以加快開發(fā)速度，讓用戶能夠非常便利地使用常用硬件設(shè)備和軟件服務(wù)。（圖片來源：Electric Imp）

Electric Imp 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)使用技巧與竅門

在使用像 Electric Imp 這樣的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)時(shí)，開發(fā)團(tuán)隊(duì)必須考慮多個(gè)注意事項(xiàng)。首先，Electric Imp 模塊在單個(gè)封裝中集成了兩個(gè)主要元器件（Wi-Fi 無線電和微控制器）。這種集成可以節(jié)省成本和板空間。第二，在為產(chǎn)品選擇元器件時(shí)，開發(fā)人員應(yīng)該查看現(xiàn)有的硬件和驅(qū)動(dòng)程序庫。使用現(xiàn)有庫有助于加快開發(fā)周期。

最后，開發(fā)人員必須牢記：Electric Imp 不直接連接到互聯(lián)網(wǎng)。所有通信都必須先通過到 Imp Cloud 的安全連接方可執(zhí)行。然后使用代理，將信息傳送到更大范圍的網(wǎng)絡(luò)。開發(fā)人員在云側(cè)還可以使用第三方服務(wù)庫，例如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析。應(yīng)該盡可能使用庫提供的現(xiàn)有代碼。

總結(jié)

如果設(shè)計(jì)人員使用現(xiàn)有技術(shù)，并且充分利用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，他們將能非常快速地開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。通過充分利用市場上的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，開發(fā)人員能夠?qū)Ｗ⒂谧约旱膶I(yè)領(lǐng)域，從而將基礎(chǔ)架構(gòu)問題留給其他公司處理。正如我們所看到的那樣，Electric Imp 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是一種獨(dú)特而有趣的解決方案，值得我們進(jìn)一步深入研究。獨(dú)特有趣