真理大學資訊工程學系物聯網系統與應用課程

1. 物聯網系統與應用
LinkIt Smart 7688 Series
真理大學資訊工程學系
黃信貿、蘇維宗
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2. 版本控制
• 2016/05/08: 第1.1版(加入HttpClient POST, MCS)
• 2016/03/10: 第1版(Arduino, MRAA, Yun Bridge)
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3. 簡介
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4. LinkIt Smart 7688 Serial
• 處理單元
 MPU: MediaTek MT7688 (580 MHz)
 MCU: Atmega32U4 (7688 Duo only)
 similar to Arduino Leonardo
• 記憶體
 ROM: 32MB
 RAM: 128MB DDR2
• 網路介面
 WiFi 802.11n (1T1R)
 Ethernet (extension board required)
• I/O介面
 Micro USB for PWR/MCU
 Micro USB OTG
 Micro SD card slot
 GPIO, I2C, I2S, SPI, UART, PWM
 USB 2.0 host (extension board required)
• 作業系統
 OpenWrt Linux
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5. MT7688 Functional Block*
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*有些功能在LinkIt Smart 7688中沒有把PIN腳拉出來

6. 開發環境設定
• 開發環境設定概述
 安裝Arduino IDE (建議安裝1.6.5版)
 Step 1. 加入開發版支援套件(將7688開發版資訊匯入Arduino IDE)
 開啟「File」>「Preferences」
 在Additional Boards Manager URL中輸入下列網址
 http://download.labs.mediatek.com/package_mtk_linkit_smart_7688_test_index.json
 Step 2. 安裝開發版支援套件
 開啟「Tools」>「Boards Manager」
 找到MediaTek LinkIt Smart Boards並安裝
 安裝COM Port驅動程式
 安裝SSH客戶端程式(例如，Putty或Tera Term)
• 詳細過程可參閱下列文件
 MediaTek LinkIt™ Smart 7688 Duo Get Started Guide
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7. 各種在7688 Duo開發的方式
• Programming Arduino (MCU)
• Programming Linux (MPU)
 MRAA
 UPM
• Programming between Arduino and Linux (MCU/MPU)
 Arduino Yun Bridge
 Firmata
 UART
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8. Programming Arduino
※ 開發版必須為LinkIt Smart 7688 Duo
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9. Programming Arduino
• 適用情境
 需要大量I/O控制而沒有複雜運算的物聯網應用
• 開發環境
 Arduino IDE
• 基本Arduino API請參閱
 https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePage
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10. Programming Arduino (續)
• Arduino基本程式架構(以範例Blink說明)
int led_pin = 13;
void setup(){ //當MCU啟動後會被執行一次
//將GPIO數位腳位13設定為輸出
pinMode(led_pin, OUTPUT);
}
void loop(){ //重複執行
//數位高電位(LED亮)
digitalWrite(led_pin,HIGH);
delay(1000); //延遲1000微秒(1秒)
//數位低電位(LED暗)
digitalWrite(led_pin,LOW);
delay(1000);
}
• 動手做做看
 結果是什麼?
 試著修改延遲時間
 試著修改腳位
 試著控制多顆LED燈
• 從序列埠輸出/出入資料
int led_pin = 13;
boolean isLedOn = false;
void setup(){
Serial.begin(9600);
pinMode(led_pin, OUTPUT);
digitalWrite(led_pin,LOW);
}
void loop(){
while(Serial.available()){
char cmd = Serial.read(); //從序列埠讀取資料
if(isLedOn == false && cmd == ‘1’){
Serial.println(“LED ON”); //寫入資料到序列埠
digitalWrite(led_pin, HIGH);
isLedOn = true;
}else if(isLedOn == true && cmd ==‘0’){
Serial.println(“LED OFF”);
digitalWrite(led_pin, LOW);
isLedOn = false;
}
}
}
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11. Programming Arduino (續)
• 如果是類比訊號輸入呢?
int light_pin = A0;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(light_pin, INPUT);
}
void loop()
{
//取得類比A0接腳的輸入
int light = analogRead(light_pin);
Serial.println(light);
delay(2000);
}
• 動手做做看
 偵測室內光源，如果
 光源不足，打開LED燈
 光源充足，關閉LED燈
 所需材料(想一想)
• 參考文件
 http://coopermaa2nd.blogspot.tw/2010/12/arduino-
lab8-led.html
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12. MRAA
※ 由Intel開發的C/C++函式庫(透過Python, JavaScript, Java來控制I/O)
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13. MRAA
• 適用情境
 需要複雜運算但少量I/O控制的物聯網應用
• 開發環境
 Python/Linux via SSH
• 要注意的事項
 MT7688沒有ADC
 MRAA對應腳位要查MT7688規格
• MRAA相關資訊請參閱
 http://iotdk.intel.com/docs/master/mraa/
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14. MRAA (續)
• MRAA基本程式架構(以範例Blink說明)
import mraa
import time
print (mraa.getVersion())
# GPIO 17對應到LinkIt Smart 7688 Duo的S0腳位
# 練習時可以試用GPIO 44(對應到LinkIt Smart 7688的WiFi LED)
pin = mraa.Gpio(17)
pin.dir(mraa.DIR_OUT) # 將GPIO設定為輸出
while True:
pin.write(1) #輸出高電位
time.sleep(1) #延遲1秒
pin.write(0) #輸出低電位
time.sleep(1)
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15. Arduino Yun Bridge
※ 由Arduino開發的函式庫
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16. Arduino Yun Bridge
• 開發環境
 Python/Linux via SSH
 Arduino IDE
• Arduino Yun Bridge相關資訊請參閱
 https://www.arduino.cc/en/Reference/YunBridgeLibrary
• 在OpenWrt Linux中啟用Arduino Yun Bridge
 $ uci set yunbridge.config.disabled=’0’
 $ uci commit
 $ reboot
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17. Arduino Yun Bridge
REST API / Internet
運作方向
Internet  HTTP Request  MPU  Bridge  MCU
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18. Arduino Yun Bridge - REST API
• 適用情境
 想從網際網路用簡單的HTTP要求進行大量I/O控制的物聯網應用
• 開發環境
 Arduino IDE
• 開發步驟
 設計自己的REST API，例如
 開啟數位腳位13的LED
 http://[URL]/arduino/led/13/on
 關閉數位腳位13的LED
 http://[URL]/arduino/led/13/off
 撰寫Arduino程式處理REST API
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19. Arduino Yun Bridge - REST API (續)
• #include<Bridge.h>
#include<YunServer.h>
#include<YunClient.h>
YunServer server;
void setup(){
Bridge.begin();
server.begin();
}
void loop(){
YunClient client = server.accept();
if(client){
process(client);
client.stop();
}
delay(50); //避免同時太多requests
}
• void process(YunClient client){
String cmd = client.readStringUntil(‘/’);
cmd.trim();
//處理led命令
if(cmd == ”led”){
int pin = client.parseInt(); //取得LED腳位
if(client.read()==‘/’) {
String act = client.readString();
act.trim();
if(act == “on”) { //開啟LED
digitalWrite(pin, HIGH);
} else if(act == “off”) {
digitalWrite(pin, LOW);
}
}
}
}
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20. Arduino Yun Bridge
REST API / Local
運作方向
Python/MPU  HTTP Request  MPU  Bridge  MCU
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21. Arduino Yun Bridge - REST API (續)
• 適用情境
 需要複雜運算且進行大量I/O控制的物聯網應用(限制: 控制頻率不能太高)
• 開發環境
 Python/Linux via SSH
• import httplib
import time
while True:
conn = httplib.HTTPConnection(‘127.0.0.1’)
conn.request(“GET”,”/arduino/led/13/on”)
response = conn.getresponse()
time.sleep(1)
conn = httplib.HTTPConnection(‘127.0.0.1’)
conn.request(“GET”,”/arduino/led/13/off”)
time.sleep(1)
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22. Arduino Yun Bridge
HTTP Client
運作方向
MCU  Bridge  MPU  HTTP Request  Internet
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23. Arduino Yun Bridge – HttpClient
GET方法
• 適用情境
 想將感測器數值透過HTTP GET Request傳送到
雲端伺服器進行儲存的物聯網應用
• 開發環境
 Arduino IDE
• 必要條件
 確定已經將7688設定成Station Mode並可以連接
上網際網路
• #include<Bridge.h>
#include<HttpClient.h>
void setup() {
Serial.begin(9600);
Bridge.begin();
}
void loop() {
HttpClient client;
client.get([URL]);
while(client.available()) {
char c = client.read();
Serial.print(c);
}
Serial.flush();
delay(5000);
}
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24. Arduino Yun Bridge – HttpClient
POST方法
• #include<Bridge.h>
#include<HttpClient.h>
void setup() {
Serial.begin(9600);
Bridge.begin();
}
void loop() {
HttpClient client;
// Set all header fields in one method
client.setHeader(“Host: api.mediatek.comrn”
“Content-type: application/json”);
client.post([URL],[DATA]);
while(client.available()) {
char c = client.read();
Serial.print(c);
}
Serial.flush();
delay(5000);
}
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25. Arduino JSON Library
• Arduino JSON library
 https://github.com/bblanchon/ArduinoJson
 下載原始碼解壓縮後放在Arduino/libraries目錄中
• JSON格式範例(以MediaTek Cloud Sandbox為例)
 {
datapoints:
[
{
“dataChnId”: “1”,
“timestamp”: 12345,
“values”: {
“value”: 20
}
}
]
}
 程式碼(接下頁)
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26. Arduino JSON Library (續)
• //產生JSON字串的緩衝區
StaticJsonBuffer<150> jsonBuffer;
//產生最外層的JSON Object
JsonObject& root = jsonBuffer.createObject();
//加入資料(key為datapoints, value為一個JSON Array)
//{“datapoints”:[]}
JsonArray& data = root.createNestedArray(“datapoints”);
//在JSON Array中加入一個JSON Object
//{“datapoints”:[{}]}
JsonObject& channel = data.createNestedObject();
//在此JSON Object中加入資料(key為dataChnId, value為1)
//{“datapoints”:[{“dataChnId”:”1”}]}
channel[“dataChnId”] = “1”;
//在此JSON Object中加入資料(key為timestamp, value為12345)
//{“datapoints”:[{“dataChnId”:”1”,“timestamp”:1235}]}
channel[“timestamp”] = 12345;
//在此JSON Object中加入資料(key為values, value為一個JSON Object)
//{“datapoints”:[{“dataChnId”:”1”,“timestamp”:1235,”values”:{}}]}
JsonObject& values = channel.createNestedObject("values");
//在此JSON Object中加入資料(key為value, value為20)
//{“datapoints”:[{“dataChnId”:”1”,“timestamp”:1235,”values”:{“value”:20}}]}
values["value"] = 20;
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27. Arduino Yun Bridge
HTTP Client with
MediaTek Cloud Sandbox (MCS)
運作方向
MCU  Bridge  MPU  HTTP Request  Internet
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28. MediaTek Cloud Sandbox (MCS)
• MCS是聯發科提供的物聯網雲端服務
 官方網站: https://mcs.mediatek.com/
• 如何將資料傳送到MCS?
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29. MCS設定
• Step 1: 產生原型
 點選「開發」>「原型」
 選「創建」產生新的原型
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30. MCS設定(續)
• Step 1: 產生原型
 點選「開發」>「原型」
 選「創建」產生新的原型
• Step 2: 新增資料通道
 以「顯示器」顯示溫度為例
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31. MCS設定(續)
• Step 1: 產生原型
 點選「開發」>「原型」
 選「創建」產生新的原型
• Step 2: 新增資料通道
 以「顯示器」顯示溫度為例
 “資料通道Id”之後會用到
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32. MCS設定(續)
• Step 1: 產生原型
 點選「開發」>「原型」
 選「創建」產生新的原型
• Step 2: 新增資料通道
 以「顯示器」顯示溫度為例
 “資料通道Id”之後會用到
• Step 3: 創建測試裝置
 “DeviceId”與”DeviceKey”
之後會用到
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33. 透過HTTP將資料傳送到MCS
• 只能用HTTP POST方法
 URL
 https://api.mediatek.com/mcs/v2/devices/[DeviceId]/datapoints
 Header
 deviceKey: [DeviceKey]
 Content-Type: application/json
 Body
 {
"datapoints":[
{ "dataChnId":"563T",
"timestamp":1432538716989,
"values":{"value":"26"}
}
]
}
• 參考資料
 https://mcs.mediatek.com/resources/zh-TW/latest/api_references/
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34. 透過HTTP將資料傳送到MCS(續)
以Arduino實作發出HTTP POST要求
• #include <ArduinoJson.h>
#include <Bridge.h>
#include <HttpClient.h>
#include <Time.h>
HttpClient http;
int tempPin = A0;
int value = 0;
void setup()
{
pinMode(A0, INPUT);
Serial.begin(9600);
Bridge.begin();
}
void loop()
{
http.setHeader(
“deviceKey: [DeviceKey]rn”
“Content-Type: application/json”);
value = analogRead(tempPin);
String url =
“https://api.mediatek.com/mcs/v2/devices/[DeviceId]/datapoints”;
String json = genJSON(value);
int result = http.post(url, json);
while(http.available()) {
char c = http.read();
Serial.print(c);
}
Serial.flush();
delay(10000);
}
• String genJSON(int value)
{
time_t unixtime = now();
StaticJsonBuffer<150> jsonBuffer;
JsonObject& root = jsonBuffer.createObject();
JsonArray& data =
root.createNestedArray("datapoints");
JsonObject& channel =
data.createNestedObject();
channel["dataChnId"] = “563T”;
channel["timestamp"] = unixtime;
JsonObject& values =
channel.createNestedObject("values");
values["value"] = value;
String temp;
root.printTo(temp);
return temp;
}
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35. Firmata
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36. 安裝firmata
• https://pypi.python.org/pypi/pyFirmata
• 為了讓python程式可以與Arduino溝通
• Arduino端
 寫入firmata sketch
• Linux端
 from firmata import Arduino, util
board = Arduino(‘/dev/ttyXXX’)
Dpin = board.get_pin(‘d:13:o’) #將數位接腳13設定為輸出
Dpin.write(1)
it = util.Iterator(board)
it.start()
Apin = board.get_pin(‘a:0:I’) #將類比接腳0設定為輸入
value = Apin.read()
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