掌控板結合APP Inventor2玩轉物聯網

謝作如

通俗地講，物聯網（Internet of Things）就是“物物相連的因特網”，其目標是讓萬物溝通對話。比如在電視機上裝傳感器，可以用手機通過網絡控制電視的使用；在空調、電燈上裝傳感器，計算機可以精確調控、開關，實現有效節能；在窗戶上裝傳感器，你就可以坐在辦公室里通過計算機打開家里的窗戶透氣；等等。

物聯網是創客空間中學生最喜歡挑戰的新技術之一，如用Arduino來做一個基于物聯網的自動澆花系統，遠程獲取傳感器信息等。相對來說，用Arduino或者micro：bit設計物聯網作品的難度還是有點高，需要借助于特定的物聯網模塊才能實現。而隨著掌控板的出現，開源硬件連接網絡變得容易，在TingWebIO庫的支持下，開發物聯網作品也越來越簡單了。

技術分析

掌控板是創客教育專家委員會提出和設計的國產開源硬件。因其采用的ESP32芯片，是樂鑫最新的WIFI+藍牙低功耗物聯網芯片，性能十分強大，所以能夠直接作為一個網絡服務器運行。而APP Inventor是一個基于云端的，以圖形化形式編程的安卓手機應用程序開發環境。它能將枯燥的代碼編程方式轉變為積木式的圖形化編程，即使不懂得編程語言的人，也可以開發出屬于自己的手機應用程序。

從技術上看，只要掌控板運行一個Web服務器，APP Inventor通過Web瀏覽框或者Web客戶端組件，就能訪問掌控板的資源。無論是感知還是控制，只要雙方設定一個協議即可。但是TingWebIO的作者張路老師認為，完全可以用更加簡單的方式，如將掌控板模擬為一個TingWebDB（微型網絡數據庫）服務器，那么用戶只要記住關鍵詞，就能用寫入數據庫的方式實現“控制”，用讀取數據庫的方式實現“感知”。

如圖1所示，當客戶端發出保存數據請求時，請求信息中會攜帶兩個參數——標記和數據，服務器會將“標記”解釋為掌控板上的輸出資源，如當標記為“buzz”時，輸出資源為蜂鳴器，并將“數值”解釋為具體的輸出值，如蜂鳴器的鳴響頻率。同樣，當客戶端發出讀取數據請求時，會攜帶一個“標記”參數，服務器會將參數解釋為掌控板上的某個資源，并將該資源的狀態返回給客戶端，如當標記為“buttona”時，掌控板將返回按鍵A的狀態（1為斷開，0為接通）。

如果想在安卓APP中獲取掌控板的狀態數據，或控制掌控板的輸出，就必須清楚地知道掌控板上各項資源的標記、名稱，以及接收數據的規格。表1中列出的相關信息，可以幫助開發者實現安卓應用與掌控板之間的協作。

注：表1中出現的為相應資源編號，編寫時需替換為具體數值（0、1、2等）。例如，模擬引腳0寫作“pina0”，三個LED燈珠分別寫作“rgb0”“rgb1”“rgb2”等。

功能測試

使用TinyWebIO功能比較簡單，只要讓掌控板運行這個程序即可。大致步驟如下：

（1）下載原生開發工具mpython2及驅動程序，用戶可根據自己的操作系統版本選擇下載不同的文件（下載網址：https：//mpython.readthedocs.io/zh/latest/board/software.html）。

（2）下載TinyWebIO庫文件及啟動文件。其中tinywebio.py為庫文件，main.py為啟動文件樣例（下載網址：https：//gitee.com/roadlabs/TinyWebIO）。

（3）安裝并啟動mpython2，將tinywebio.py和main.py（需要修改代碼中的SSID名稱和密碼）兩個文件分別寫入掌控板。

雖然很多版本都可以給掌控板升級固件或者刷寫程序，但推薦使用mpythonX軟件。mpythonX軟件中的固件已經整合了tinywebio.py，升級固件后，只要編寫連接WIFI代碼，然后在oled上顯示IP地址，再啟動appserver服務即可。mian.py的參考代碼如表2所示。

安裝TinyWebIO庫中包含的“測試.apk”文件，設置好掌控板顯示屏上的IP地址，就可以測試功能了。如上頁圖2所示，讀取“light”即可獲得光線值，寫入“buzz”和“on”，掌控板上的蜂鳴器就會響起。

應用拓展

在APP開發中，只要對服務器地址是掌控板IP的TinyWebDB進行操作，即可實現手機和掌控板的互動。其實，TinyWebIO作用并不局限于APP Inventor2，還有很多有趣的玩法。

（1）用瀏覽器（手機、電腦）和掌控板互動。在瀏覽器中輸入掌控板的IP地址，端口8888，就能看到一個簡單的功能引導界面（如圖3）。

點擊“/storeavalue”可以控制掌控板，點擊“/getvalue”可以讀取掌控板的傳感器信息，具體的使用方法和APP Inventor一致。這樣，手機即使不安裝APP，也能夠和掌控板互動。

（2）PC端編程和掌控板互動。TinyWebIO實質上就是一個標準的Web服務器，可以使用任何一種編程語言，發送標準的HTTP請求，即可實現和掌控板的互動。參考Python代碼如表3所示。

相對于其他開源硬件，掌握板的優勢在于其天然支持WIFI，因為ESP32原本就是工業級的物聯網芯片。借助TinyWebIO庫，掌握板不僅和APP Inventor2無縫連接，還能用各種編程語言編寫各種應用程序，遠程獲取各種傳感器的信息，或者控制LED或繼電器，讓中小學生也能輕易完成一個“聯通萬物”的物聯網作品，相信老師們開發物聯網課程又有了新的選擇。