當(dāng)JavaScript 遇上物聯(lián)網(wǎng)（IoT）
1995年，當(dāng)工作于 Netscape 的 Brendan Eich著手為Netscape Navigator 2.0 開(kāi)發(fā)一個(gè)稱之為 LiveScript 的腳本語(yǔ)言時(shí)，沒(méi)有人會(huì)想到avascript將在今天的互聯(lián)網(wǎng)軟件開(kāi)發(fā)中發(fā)揮重要作用。如今，Javascript已經(jīng)在越來(lái)越多的領(lǐng)域攻城略地，web工程構(gòu)建，后端服務(wù)器開(kāi)發(fā)，三維圖像，AR，VR等等等。甚至，在近幾年我們也驚喜的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)JS可以用來(lái)開(kāi)發(fā)硬件設(shè)備。今天，就跟大家聊聊用JS進(jìn)行簡(jiǎn)單物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)的心得與體會(huì)。
凡是可以用 JavaScript 來(lái)寫的應(yīng)用，最終都會(huì)用 JavaScript ——Atwood定律
什么是IOT
我們總說(shuō)IOT，那到底什么是IOT?IOT是Internet of Things的縮寫，字面翻譯是“物體組成的因特網(wǎng)”，準(zhǔn)確的翻譯應(yīng)該為“物聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)又稱傳感網(wǎng)，簡(jiǎn)要講就是互聯(lián)網(wǎng)從人向物的延伸。
其實(shí)物聯(lián)網(wǎng)可以從兩個(gè)方向進(jìn)行拆分，即由“物”向“網(wǎng)”，或者是由“網(wǎng)”向“物”。由物向網(wǎng)可以理解為人跨越空間和自身?xiàng)l件的局限對(duì)物體進(jìn)行感知的過(guò)程。由“網(wǎng)”向“物”是人跨越空間對(duì)物體進(jìn)行控制的過(guò)程。
IoT應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介
在IoT應(yīng)用開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中，大家熟知的開(kāi)發(fā)平臺(tái)主要有如下幾類：
- 嵌入式操作系統(tǒng)，包括VxWorks、FreeRTOS、LiteOS等;
- 極客硬件平臺(tái)，包括樹(shù)莓派、Arduino等;
- JavaScript IoT應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，包括Ruff、Tessel、JerryScript、Johnny-Five等。
嵌入式操作系統(tǒng)，從功能的角度上來(lái)說(shuō)，能夠滿足目前的絕大多數(shù)需求。但是：
- 其入門門檻極高，開(kāi)發(fā)者想要成為優(yōu)秀的嵌入式開(kāi)發(fā)工程師，需要學(xué)習(xí)大量軟硬件知識(shí)。相較于軟件行業(yè)，嵌入式領(lǐng)域的人才數(shù)量受到了限制。
- 嵌入式領(lǐng)域在開(kāi)發(fā)方法上已經(jīng)大幅度落后于整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。敏捷軟件開(kāi)發(fā)方法以及精益創(chuàng)業(yè)的理念，受到工具所限，在嵌入式領(lǐng)域極少得到應(yīng)用，所以該領(lǐng)域在工程方法上發(fā)展緩慢。
- 這些操作系統(tǒng)的編程概念通常屬于專用領(lǐng)域，所以知識(shí)很難在行業(yè)中共享，開(kāi)發(fā)者在行業(yè)中流動(dòng)也相對(duì)困難，造成的結(jié)果是，嵌入式領(lǐng)域?qū)τ诂F(xiàn)代軟件開(kāi)發(fā)理念的理解也整體上落后于軟件行業(yè)。
極客硬件平臺(tái)，其初衷是降低開(kāi)發(fā)門檻，讓更多開(kāi)發(fā)者得以進(jìn)入到硬件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中。但是：
- 它只是在操作方面的入門難度上在努力，而開(kāi)發(fā)真正困難的部分在編程概念。對(duì)于大多數(shù)軟件開(kāi)發(fā)者而言，難點(diǎn)在于硬件中的編程概念。各種各樣的接口及參數(shù)，這是軟件開(kāi)發(fā)者難于理解和掌握的。
- 更關(guān)鍵的因素是，這些平臺(tái)只解決了原型開(kāi)發(fā)的問(wèn)題。開(kāi)發(fā)者即便能夠通過(guò)它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)產(chǎn)品原型，也很難將它用到真正的產(chǎn)品中。應(yīng)用到產(chǎn)品中，往往要重新設(shè)計(jì)硬件，這些平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)就蕩然無(wú)存了。
- 二者最本質(zhì)的復(fù)雜度在于其編程模型，對(duì)于軟件開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，GPIO、I2C之類硬件接口完全是另一種語(yǔ)言，除了要了解接口的編程方法，還要針對(duì)每個(gè)硬件，閱讀其數(shù)據(jù)手冊(cè)，了解參數(shù)細(xì)節(jié)。
目前為止，諸位會(huì)想，IoT行業(yè)對(duì)軟件工程師簡(jiǎn)直猶如另一個(gè)世界，一點(diǎn)都不友好。是的，很多人都是這么想的，于是，有人想用更高級(jí)的語(yǔ)言改變這個(gè)世界，這其中最為活躍的便是JavaScript社區(qū)。
本節(jié)內(nèi)容參考Ruff CTO 鄭曄的相關(guān)文章
JavaScript IoT應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)
JavaScript IoT應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，其建設(shè)初衷是讓開(kāi)發(fā)者能夠用JavaScript開(kāi)發(fā)IoT應(yīng)用，一方面可以更好地構(gòu)建抽象，另一方面，可以將比較現(xiàn)代的開(kāi)發(fā)方式引入到硬件研發(fā)中。JavaScript IoT應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)目前主要分為幾大類：
- 在硬件上運(yùn)行JavaScript，如JerryScript、Espruino等;
- 提供硬件抽象能力，比如Tessel、Johnny-Five、Cylon.js等;
- 面向生產(chǎn)的能力，如Ruff。
Ruff的優(yōu)勢(shì)
Ruff與Arduino相比更貼近網(wǎng)絡(luò)，由于Arduino的誕生較早，標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)板并沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)通信方式，雖然可以通過(guò)擴(kuò)展的形式添加，但是上手略微復(fù)雜。而Ruff天生支持Wifi通信，使用Ruff進(jìn)行http通信和使用普通nodejs的http通信方式?jīng)]有什么區(qū)別，上手極為簡(jiǎn)單。當(dāng)然，由于Arduino發(fā)布較早，而且一開(kāi)始就為模塊化開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，感覺(jué)Arduino的第三發(fā)模塊相對(duì)簡(jiǎn)單，就像搭積木一樣一層層安裝即可，而ruff的硬件模塊相對(duì)較少，生態(tài)和Arduino相比不是那么成熟完善。
Ruff與樹(shù)莓派相比更加貼近物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)。樹(shù)莓派的本質(zhì)是個(gè)濃縮的但是相對(duì)完整的操作系統(tǒng)，你在樹(shù)莓派上可以干任何事情，可以瀏覽網(wǎng)頁(yè)，可以編寫web服務(wù)端程序，當(dāng)然也可以直接編寫樹(shù)莓派的I/O接口(定時(shí)啟動(dòng)咖啡機(jī)、給狗狗喂食。。。)而Ruff的功能相對(duì)簡(jiǎn)單很多，簡(jiǎn)單的可以認(rèn)為Ruff的功能是單片機(jī)，部署各web server還有可能實(shí)現(xiàn)，但是想訪問(wèn)瀏覽器等圖形界面就不可能實(shí)現(xiàn)了，但是它的核心目標(biāo)就是針對(duì)硬件來(lái)編程，功耗更低效率更高?？偠灾莾烧咴O(shè)計(jì)初衷的差異。樹(shù)莓派要做電腦，如果太弱了，很多功能做不了，而 Ruff 開(kāi)發(fā)套件是為了做硬件應(yīng)用，太強(qiáng)了反而不能體現(xiàn)真實(shí)的場(chǎng)景。
Ruff上手
Ruff的入門上手極為簡(jiǎn)單。通過(guò)官網(wǎng)教程我們可以迅速的使用Javascript寫出個(gè)簡(jiǎn)單的點(diǎn)亮
- 'use strict';
- $.ready(function (error) {
- if (error) {
- console.log(error);
- return;
- }
- $('#led-r').turnOn(); //點(diǎn)亮小燈
- });
- $.end(function () {
- $('#led-r').turnOff();
- });
然后連接Ruff自帶wifi熱點(diǎn)。
通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，使用命令 rap deploy -s 將程序下載到開(kāi)發(fā)板。整個(gè)過(guò)程極為簡(jiǎn)單，自然。不比配置個(gè)前端工程復(fù)雜太多。
Ruff擁抱Internet
如果ruff只能簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)小燈亮滅這樣的簡(jiǎn)單程序，只能作為個(gè)玩具。而只用真正接入到廣闊的互聯(lián)網(wǎng)中才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的“物聯(lián)網(wǎng)”。后面將介紹如何將ruff接入阿里云物聯(lián)網(wǎng)套件，實(shí)現(xiàn)信息的上報(bào)與獲取，實(shí)現(xiàn)由“物”向“網(wǎng)”的信息感知和由“網(wǎng)”向“物”的遠(yuǎn)程控制。
阿里云物聯(lián)網(wǎng)套件是阿里云專門為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)人員推出的，其目的是幫助開(kāi)發(fā)者搭建安全性能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)通道，方便終端(如傳感器、執(zhí)行器、嵌入式設(shè)備或智能家電等等)和云端的雙向通信。全球多節(jié)點(diǎn)部署讓海量設(shè)備全球范圍都可以安全低延時(shí)接入阿里云IoT Hub，安全上提供多重防護(hù)保障設(shè)備云端安全，性能上能夠支撐億級(jí)設(shè)備長(zhǎng)連接，百萬(wàn)消息并發(fā)。物聯(lián)網(wǎng)套件還提供了一站式托管服務(wù)，數(shù)據(jù)從采集到計(jì)算到存儲(chǔ)，用戶無(wú)需購(gòu)買服務(wù)器部署分布式架構(gòu)，用戶只需在web上配置規(guī)則即可實(shí)現(xiàn)采集+計(jì)算+存儲(chǔ)等全棧服務(wù)?？偠灾谖锫?lián)網(wǎng)套件提供的服務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)者可以快速搭建穩(wěn)定可靠的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。
當(dāng)然各位看官可以訪問(wèn)阿里云物聯(lián)網(wǎng)套件的產(chǎn)品詳情頁(yè)來(lái)探索物聯(lián)網(wǎng)套件的強(qiáng)大功能，阿里云 – 物聯(lián)網(wǎng)套件 – 產(chǎn)品詳情
從架構(gòu)圖上我們也可以看出，紅色的消息發(fā)布通道即為我們前文談到的由“物”向“網(wǎng)”感知過(guò)程，而藍(lán)色的訂閱消息服務(wù)則是我們前文談到的由“網(wǎng)”向“物”的控制過(guò)程。
阿里云物聯(lián)網(wǎng)套件目前沒(méi)有官方的JS SDK。但是物聯(lián)網(wǎng)套件使用的MQTT協(xié)議是通用的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，我們可以根據(jù)Java的SDK，接入阿里云產(chǎn)品的通用Openapi。
ruff程序代碼示例：
- 'use strict';
- var fs = require('fs');
- var os = require('os')
- var mqtt = require('mqtt')
- var productKey = '填寫在阿里云物聯(lián)網(wǎng)套件中申請(qǐng)的productKey'
- var deviceName = '填寫在阿里云物聯(lián)網(wǎng)套件中申請(qǐng)的deviceName'
- var deviceSecret = '填寫在阿里云物聯(lián)網(wǎng)套件中申請(qǐng)的deviceSecret'
- var targetServer = "tcp://" + productKey + ".iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com:1883"
- var port = 1883
- var host = productKey + '.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com'
- var clientId = os.hostname();
- var timestamp = (new Date()).valueOf()
- var mqttClientId = clientId + "|securemode=3,signmethod=hmacsha1,timestamp=" + timestamp + "|";
- var mqttUsername = deviceName + "&" + productKey
- var content = 'clientId' + clientId + 'deviceName' + deviceName + 'productKey' + productKey + 'timestamp' + timestamp
- // var forge = require('forge')
- // var hmac = forge.hmac.create();
- // hmac.start('sha1', deviceSecret);
- // hmac.update(content);
- // var mqttPassword = hmac.digest().toHex();
- // console.log(mqttPassword)
- // 目前ruff上無(wú)法使用crypto等包，可以自行實(shí)現(xiàn)一個(gè)hmac sha1加密
- var mqttPassword = '生成的秘文';
- var puburl = "/" + productKey + "/" + deviceName + "/update"
- var suburl = "/" + productKey + "/" + deviceName + "/get"
- var tsl_options = {
- port: port,
- host: host,
- rejectUnauthorized: false,
- keepalive: 100,
- clientId: mqttClientId,
- username: mqttUsername,
- password: mqttPassword
- }
- $.ready(function (error) {
- if (error) {
- console.log(error);
- return;
- }
- var mqttClient = mqtt.connect(targetServer, tsl_options)
- mqttClient.on('connect', function () {
- console.log('********** Connected **********')
- //當(dāng)按鍵被按下時(shí)，通過(guò)mqtt協(xié)議，向阿里云mns服務(wù)發(fā)送消息
- $('#button').on('push', function () {
- var data = { ts: (new Date()).valueOf(), deviceName: deviceName }
- mqttClient.publish(puburl, JSON.stringify(data))
- console.log(JSON.stringify(data))
- });
- //level 0：最多一次的傳輸
- //level 1：至少一次的傳輸
- //level 2：只有一次的傳輸
- mqttClient.subscribe(suburl, {qos:1})
- //當(dāng)接受到消息時(shí)控制小紅燈亮滅
- mqttClient.on('message', function (topic, message) {
- var msg = message.toString()
- console.log('您接收到的消息為: ' + msg)
- if(msg=='turn_on_led'){
- $('#led-r').turnOn();
- setTimeout(function(){
- $('#led-r').turnOff();
- }, 500)
- }
- })
- })
- mqttClient.on('error', function (error) {
- console.log(error)
- })
- });
服務(wù)端代碼示例：
- const RPCClient = require('@alicloud/pop-core').RPCClient;
- const MNSClient = require('@alicloud/mns');
- const Base64 = require('js-base64').Base64;
- var iotClient = new RPCClient({
- accessKeyId: '阿里云accessKeyId',
- secretAccessKey: '阿里云accessKeySecret',
- endpoint: 'https://iot.cn-shanghai.aliyuncs.com',
- apiVersion: '2017-04-20'
- });
- var mnsClient = new MNSClient('阿里云賬戶id', {
- region: 'cn-shanghai',
- accessKeyId: '阿里云accessKeyId',
- accessKeySecret: '阿里云accessKeySecret',
- });
- const queueName = 'aliyun-iot-xGEDKBE*****' //開(kāi)通阿里云物聯(lián)網(wǎng)套件生成MNS消息隊(duì)列
- //從隊(duì)列中消費(fèi)消息
- setInterval(async ()=>{
- try{
- var receiveRes = await mnsClient.receiveMessage(queueName)
- var deleteRes = await mnsClient.deleteMessage(queueName, receiveRes.body.ReceiptHandle);
- var payload = JSON.parse(Base64.decode(receiveRes.body.MessageBody))
- var data = Base64.decode(payload.payload)
- console.log('從IoT設(shè)備接受到的數(shù)據(jù)為：' + data)
- } catch(err) {
- console.log(err)
- }
- }, 500)
- const productKey = '**********' //阿里云物聯(lián)網(wǎng)套件productKey
- const deviceName = '**********' //阿里云物聯(lián)網(wǎng)套件deviceName
- const iotClientParams = {
- ProductKey: productKey,
- TopicFullName: `/${productKey}/${deviceName}/get`,
- MessageContent: Base64.encode('turn_on_led'),
- }
- //向ruff發(fā)送消息
- setInterval(async ()=>{
- try{
- var sedRes = await iotClient.request('Pub', iotClientParams)
- }catch(err){
- console.log(err)
- }
- }, 2000)
*附注：服務(wù)端程序無(wú)需購(gòu)買阿里云的ECS，在本地即可測(cè)試，物聯(lián)網(wǎng)套件和MNS按量服務(wù)，非生產(chǎn)環(huán)境下幾乎不會(huì)產(chǎn)生費(fèi)用，注冊(cè)阿里云賬號(hào)即可使用。以上代碼示例寫的比較簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與服務(wù)端程序的雙向通信，拋磚引玉，期待大家一起實(shí)踐起來(lái)!
