搭建Node-RED環(huán)境，將開(kāi)發(fā)板變身為工業(yè)控制網(wǎng)關(guān)——米爾基于NXP LS1028A開(kāi)發(fā)板

由測(cè)評(píng)者HonestQiao提供

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這篇分享，內(nèi)容較長(zhǎng)，涉及知識(shí)點(diǎn)多，需耐心閱讀，目錄如下：

前言

一、安裝node-red

二、系統(tǒng)命令控制LED

三、LED權(quán)限設(shè)置

四、Node-RED控制系統(tǒng)LED

五、系統(tǒng)命令控制GPIO

六、Node-RED控制GPIO

七、開(kāi)發(fā)板上的S3按鍵使用

八、在Node-RED中使用S3按鍵控制LED

九、Node-RED使用I2C接口讀取SHT30溫濕度傳感器數(shù)據(jù)

十：Node-RED使用儀表盤(pán)顯示溫濕度傳感器數(shù)據(jù)

十一：總結(jié)

前言：

如果有心查看米爾MYC-J1028X核心板及開(kāi)發(fā)板的官方界面：

你會(huì)發(fā)現(xiàn)，介紹中透露出濃厚的工業(yè)味兒。工業(yè)！工業(yè)！工業(yè)！

今天，我們就在MYC-J1028X開(kāi)發(fā)板上，搭建Node-RED環(huán)境，將開(kāi)發(fā)板變身為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)控制網(wǎng)關(guān)。

很多人了解或者知道Node-RED，是從智能家居或者小型物聯(lián)網(wǎng)控制開(kāi)始的，有的人認(rèn)為只是一個(gè)類(lèi)似的圖形界面編程的工具。

其實(shí)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，Node-RED可以用于數(shù)據(jù)收集、關(guān)聯(lián)性觸發(fā)控制、儀表呈現(xiàn)等，在低成本投入的情況下，也能獲得較好的效果。

一、安裝node-red

安裝node-red，可以參考官方的文檔：https://nodered.org/docs/getting-started/raspberrypi

雖然這篇文檔，是針對(duì)樹(shù)莓派的，但是對(duì)于Debian系的系統(tǒng)，都是可以參考的。

bash <(curl -sL https://raw.githubusercontent.com/node-red/linux-installers/master/deb/update-nodejs-and-nodered)

執(zhí)行上述命令后，將自動(dòng)下載安裝腳本，啟動(dòng)安裝進(jìn)程，安裝過(guò)程中的問(wèn)題，一律選y即可。

安裝過(guò)程可能耗時(shí)比較長(zhǎng)，先沏一杯茶或者咖啡，等著吧：

首次安裝，可能會(huì)遇到莫名其妙的Node-RED core沒(méi)裝上，核心都沒(méi)裝上，怎么玩？

不管，再次執(zhí)行安裝命令，就能好了：

如果提示那個(gè)shortcut有問(wèn)題，先不管，不影響使用。

因?yàn)槭鞘状伟惭b，所以執(zhí)行node-red admin init進(jìn)行初始化：

初始化完成后，就可以執(zhí)行 node-red start 啟動(dòng)Node-RED了。

正常啟動(dòng)后，就可以通過(guò)網(wǎng)址 http://開(kāi)發(fā)板IP:1880/ 進(jìn)行訪問(wèn)了：

輸入初始化的時(shí)候設(shè)置的賬戶密碼，登錄后，按照下面的設(shè)置，即可切換到中文界面：

設(shè)置完成后，需要刷新頁(yè)面，才能正式生效。

二、系統(tǒng)命令控制LED

現(xiàn)在，我們就可以開(kāi)始在Node-RED中，開(kāi)始進(jìn)行外設(shè)控制了。

第一個(gè)控制邏輯，還是點(diǎn)燈，能點(diǎn)燈，我們就成功一大半了。

通過(guò)查看官方的手冊(cè)，可以了解到：

這個(gè)LED，系統(tǒng)已經(jīng)做好了設(shè)備關(guān)聯(lián)，不能通過(guò)GPIO進(jìn)行控制。

我們可以先使用上面的指令，測(cè)試能否控制系統(tǒng)的D22-LED。

echo 0 | sudo tee /sys/class/leds/d22/brightness

echo 1 | sudo tee /sys/class/leds/d22/brightness

三、LED權(quán)限設(shè)置：

通過(guò)查看Node-RED的文檔資料，可以了解到，有一個(gè)Exec Node，可以用于執(zhí)行系統(tǒng)的命令，那我們正好可以使用其來(lái)執(zhí)行上面手冊(cè)中，控制D22的指令。

要使得普通用戶運(yùn)行的Node-RED能夠控制系統(tǒng)LED，需要在udev中，添加對(duì)應(yīng)的權(quán)限處理規(guī)則，否則操作時(shí)將會(huì)提示沒(méi)有權(quán)限。

sudo groupadd -f -r leds

sudo usermod -a -G leds $USER

sudo vim /etc/udev/rules.d/99-leds.rules

SUBSYSTEM=="leds", ACTION=="add", RUN+="/bin/chgrp -R leds /sys%p", RUN+="/bin/chmod -R g=u /sys%p"

SUBSYSTEM=="leds", ACTION=="change", ENV{TRIGGER}!="none", RUN+="/bin/chgrp -R leds /sys%p", RUN+="/bin/chmod -R g=u /sys%p"

將上面的最后兩行設(shè)置，添加到/etc/udev/rules.d/99-leds.rules 后，需要重啟系統(tǒng)才能生效。

友情提醒：類(lèi)似在udev中進(jìn)行普通用戶權(quán)限的設(shè)置，后續(xù)還有很多次，一定要仔細(xì)設(shè)置。

重啟后(sudo reboot)，可以測(cè)試使用普通用戶權(quán)限，來(lái)操作LED：

echo 0 | tee /sys/class/leds/d22/brightness

echo 1 | tee /sys/class/leds/d22/brightness

四、Node-RED控制系統(tǒng)LED

先在Node-RED界面中，參考下圖，添加兩個(gè)inject node，再添加兩個(gè)Exec Node。

Exec Node的命令部分，參考下圖填寫(xiě)，記住一個(gè)為echo 0，一個(gè)為echo 1，對(duì)應(yīng)熄滅和點(diǎn)亮LED

兩個(gè)injection Node的設(shè)置，分別如下：

上面的邏輯表示：

injection 0于第0秒開(kāi)始執(zhí)行，觸發(fā)echo 0對(duì)應(yīng)的Exec，熄滅LED

injection 1于第1秒開(kāi)始執(zhí)行，觸發(fā)echo 1對(duì)應(yīng)的Exec，點(diǎn)亮LED

第2秒，injection 0再次執(zhí)行，熄滅LED

第1+2秒，injection 1再次執(zhí)行，點(diǎn)亮LED

因?yàn)樵O(shè)置了周期執(zhí)行，所以上面兩個(gè)觸發(fā)器，交替執(zhí)行，就實(shí)現(xiàn)了LED的亮滅效果。

五、系統(tǒng)命令控制GPIO：

在官方手冊(cè)上，有說(shuō)明如何操作GPIO：

結(jié)合開(kāi)發(fā)板和原理圖上我們可以了解到，J18是我們可以方便使用的引腳區(qū)域：

J18上可供使用的GPIO對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

J18 - Pin 32 - GPIO3_5：421

J18 - Pin 22 - GPIO3_6：422

J18 - Pin 29 - GPIO3_8：424

J18 - Pin 31 - GPIO3_9：425

J18 - Pin 33 - GPIO3_10：426

J18 - Pin 36 - GPIO3_12：428

類(lèi)似系統(tǒng)LED，如果要在普通用戶下控制GPIO，也需要在udev中進(jìn)行一些設(shè)置，具體設(shè)置如下：

sudo groupadd -f -r gpio

sudo usermod -a -G gpio $USER

sudo vim /etc/udev/rules.d/99-gpio.rules

SUBSYSTEM=="gpio", KERNEL=="gpiochip*", ACTION=="add", RUN+="/bin/chgrp -R gpio /sys/class/gpio/export /sys/class/gpio/unexport", RUN+="/bin/chmod -R g=u /sys/class/gpio/export /sys/class/gpio/unexport"

SUBSYSTEM=="gpio*", KERNEL=="gpio*", ACTION=="add", RUN+="/bin/chgrp -R gpio /sys%p", RUN+="/bin/chmod -R g=u /sys%p"

SUBSYSTEM=="gpio*", KERNEL=="gpio*", ACTION=="change", ENV{TRIGGER}!="none", RUN+="/bin/chgrp -R gpio /sys%p", RUN+="/bin/chmod -R g=u /sys%p"

將上述最后三行內(nèi)容寫(xiě)入/etc/udev/rules.d/99-gpio.rules，然后重啟開(kāi)發(fā)板即可生效。

重啟完成后，我們就可以現(xiàn)在命令行下進(jìn)行測(cè)試。

首先按照原理圖，將可以用3.3V驅(qū)動(dòng)的LED，連接到GPIO3_9引腳上。

然后使用下面的命令進(jìn)行測(cè)試：

echo 425 > /sys/class/gpio/export

echo out > /sys/class/gpio/gpio425/direction

for i in {1..100};do

echo $((i%2)) > /sys/class/gpio/gpio425/value

sleep 1

done

執(zhí)行完命令后，連接到GPIO3_9引腳上的LED，將每秒閃爍一次。

測(cè)試控制成功后，我們就可以到Node-RED中進(jìn)行控制了。

六、Node-RED控制GPIO

要在Node-Red中控制GPIO，可以安裝OPI-GPIO插件，按照以下步驟安裝即可：

安裝完成后，在右邊組件選擇欄，就會(huì)出現(xiàn)Orange Pi，選擇其中的output pin，然后將之前設(shè)置的injection 0和1連接到新添加的控件上，再按照下面的步驟，設(shè)置對(duì)應(yīng)的GPIO端口號(hào)。

因?yàn)镚PIO3_9對(duì)應(yīng)425，所以pin填寫(xiě)425即可。但Orange Pi在填寫(xiě)后，再次打開(kāi)的時(shí)候，界面會(huì)變成初始狀態(tài)，所以務(wù)必仔細(xì)填寫(xiě)。

填寫(xiě)完成，點(diǎn)擊右上角的部署，連接到GPIO3_9上的LED，就會(huì)開(kāi)始閃爍了，和板子上的D22-LED同步。

七、開(kāi)發(fā)板上的S3按鍵使用：

在開(kāi)發(fā)板上，有一個(gè)可供用戶編程使用的按鍵S3：

具體位置如下：

S3按鍵，使用系統(tǒng)/dev/input/event0來(lái)監(jiān)聽(tīng)接收，普通用戶使用，需要做如下設(shè)置：

sudo usermod -a -G input $USER

sudo vim /etc/udev/rules.d/99-event.rules

KERNEL=="event[0-9]*", SUBSYSTEM=="input", TAG+="uaccess"

設(shè)置好以后，重啟才能生效。

重啟后，使用evtest指令測(cè)試：

S3按鍵后，就能夠收到按鍵的消息了。

為了能夠更好的接收到按鍵信息，我們需要使用Python去進(jìn)行檢測(cè)，這需要使用到python3-evdev庫(kù)，先安裝：

pip3 install evdev

然后，使用下面的python腳本進(jìn)行測(cè)試：

from evdev import InputDevice

from select import select

dev = InputDevice('/dev/input/event0')

while True:

r,w,x=select([dev],[],[])

for event in dev.read():

print(event)

按下S3按鍵然后釋放，就會(huì)收到信息了：

需要注意的是，S3按鍵使用系統(tǒng)Event接收，按下去和釋放，都會(huì)觸發(fā)一次。

按下去對(duì)應(yīng)：

event at 1664670749.634839, code 02, type 01, val 01

event at 1664670749.634839, code 00, type 00, val 00

釋放對(duì)應(yīng)：

event at 1664670750.350823, code 02, type 01, val 00

event at 1664670750.350823, code 00, type 00, val 00

我們可以將程序完善一下，直接按鍵輸出1，釋放輸出0：

from evdev import InputDevice

from select import select

dev = InputDevice('/dev/input/event0')

while True:

r,w,x=select([dev],[],[])

for event in dev.read():

if event.code == 2 and event.type == 1:

print("value: %d" % event.value)

按下S3按鍵然后釋放，就會(huì)收到下面的信息了：

這樣，我們就準(zhǔn)備好將按鍵值提供給Node-RED使用了。

八、在Node-RED中使用S3按鍵控制LED：

要在Node-RED中，獲取到Python提供的按鍵值，然后控制LED，需要使用下面的邏輯：

在Node-RED中的控制邏輯如下：

下面進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

首先，我們?cè)俅握{(diào)整上面的監(jiān)控腳本，使得監(jiān)控按鍵的邏輯，符合實(shí)際需要，即：

根據(jù)按鍵次數(shù)，奇數(shù)次按鍵輸出1(用于點(diǎn)亮LED)，偶數(shù)次按鍵輸出0(用于熄滅LED)

默認(rèn)輸出0

注意：這里是根據(jù)按鍵奇偶次數(shù)來(lái)輸出1或者0，而不是根據(jù)按下和釋放來(lái)輸出1或者0

具體代碼如下：

from evdev import InputDevice

from select import select

dev = InputDevice('/dev/input/event0')

keypress_times = 0

print(keypress_times % 2)

while True:

r,w,x=select([dev],[],[])

for event in dev.read():

if event.value == 1:

keypress_times = keypress_times + 1

print(keypress_times % 2)

將上述代碼保存到/home/HonestQiao/Projects/event/evdev_key.py (具體路徑，請(qǐng)根據(jù)你的實(shí)際情況設(shè)定)，然后運(yùn)行測(cè)試：

測(cè)試無(wú)誤后，就可以在Node-RED中真正調(diào)用了。

要在Node-RED中，啟動(dòng)運(yùn)行上面的監(jiān)聽(tīng)腳本，需要使用到node-red-node-daemon插件，安裝即可：

然后，按照下面的方式，使用daemon控件并進(jìn)行設(shè)置：

因?yàn)閑vdev_key.py輸出的內(nèi)容，為【0或者1 并附帶回車(chē)】，所以Node-RED收到后，需要進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，才能使用。

按照下面的步驟，添加轉(zhuǎn)換控件，并設(shè)置好轉(zhuǎn)換邏輯即可：

然后，添加GPIO3_10對(duì)應(yīng)426引腳控制，并與轉(zhuǎn)換為數(shù)字控件進(jìn)行關(guān)聯(lián)：

忘記說(shuō)了，我在J18的GPIO3_10對(duì)應(yīng)的引腳，連接了第二個(gè)LED：

然后，再添加一個(gè)debug控件，以便能夠查看到中間過(guò)程的數(shù)據(jù)信息：

將S3的三個(gè)輸出、轉(zhuǎn)換數(shù)字控件的輸出，都連接到debug控件。

點(diǎn)擊部署后，在右邊，就能看到調(diào)試輸出信息了。

嘗試一下按鍵，就能夠看到腳本輸出的字符串信息，已經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并且GPIO3_10連接的黃色LED，也能夠被正?？刂屏?。

九、Node-RED使用I2C接口讀取SHT30溫濕度傳感器數(shù)據(jù)：

前面的部分，都是LED控制、GPIO控制、按鍵讀取，相對(duì)比較簡(jiǎn)單。

下面，再來(lái)一個(gè)感覺(jué)稍微提高一點(diǎn)點(diǎn)的實(shí)例，就是使用I2C接口讀取SHT30溫濕度傳感器。

在之前看過(guò)的電路原理圖中，J18接口上，就有I2C接口。

將I2C接口的SHT30，連接到J18對(duì)應(yīng)的接口上：

要在普通用戶權(quán)限下，使用i2c接口，我們又需要在udev中做一些設(shè)置：

sudo vim /etc/udev/rules.d/99-i2c.rules

KERNEL=="i2c-[0-9]*", GROUP="i2c"

將這行內(nèi)容，寫(xiě)入到/etc/udev/rules.d/99-i2c.rules，然后重啟生效。

重啟完成后，在命令下下，測(cè)試是否能夠找到SHT30：

先使用 i2cdetect -l 命令查看一下可供使用的i2c接口：

從上面可以看到，i2c-0、i2c-1可供使用。

然后，再使用 i2cdetect -y 0 和 i2cdetect -y 1 查看i2c掛載的設(shè)備：

在i2c-1中，有一個(gè)44的設(shè)備，這個(gè)正是 SHT30的默認(rèn)i2c通訊地址。

可以嘗試，把SHT30連線斷開(kāi)，再使用 i2cdetect -y 1 查看，有什么不同。

在Node-RED中，要讀取SHT3X的數(shù)據(jù)，可以使用 node-red-contrib-sht 插件：

然后，按照如下步驟，先添加一個(gè)injection控件，用于周期性觸發(fā)，再掛一個(gè)SHT3X控件，用于讀取SHT3X的數(shù)據(jù)，最后再掛一個(gè)debug模塊，輸出調(diào)試信息：

邏輯設(shè)置完成，點(diǎn)擊右上角的部署后，調(diào)試區(qū)域，就會(huì)打印出來(lái)，實(shí)際讀取到的溫濕度信息了。

對(duì)著溫濕度傳感器哈哈氣，就會(huì)發(fā)現(xiàn)讀取到的數(shù)值，發(fā)生了變化。

十：Node-RED使用儀表盤(pán)顯示溫濕度傳感器數(shù)據(jù)：

Node-RED還有一個(gè)迷人又強(qiáng)大的地方，那就是它不僅能夠方便你用圖形界面設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的控制交互流程，還能夠很方便的使用儀表盤(pán)，提供數(shù)據(jù)查看界面。

下面，我就在上一步讀取到溫濕度傳感器的基礎(chǔ)上，再做一個(gè)，可以在手機(jī)界面上查看訪問(wèn)的儀表盤(pán)。

首先，安裝一個(gè)dashboard儀表盤(pán)控件：

有好多可供選擇的，我直接安裝了第一個(gè)dashboard-evi。其他的，大家也可以嘗試一下。

然后，在SHT3X空間上，掛兩個(gè)change，用于轉(zhuǎn)換溫濕度值：

上述兩個(gè)change，一個(gè)用于將溫度值轉(zhuǎn)換為只有1位小數(shù)，一個(gè)將濕度值轉(zhuǎn)換為無(wú)小數(shù)。

而溫濕度值，各掛一個(gè)gauge，用于顯示最終的數(shù)據(jù)，其內(nèi)容，參考如下設(shè)置即可：

溫度gauge：

濕度gauge：

注意，務(wù)必需要設(shè)置Range，也就是數(shù)值范圍，否則可能不會(huì)正常顯示。

在第一次設(shè)置gauge的時(shí)候，如上面的溫度gauge，要點(diǎn) (4) 進(jìn)入，設(shè)置group節(jié)點(diǎn)和Tab節(jié)點(diǎn)，具體如下：

經(jīng)過(guò)以上設(shè)置，就能夠?qū)貪穸戎?，輸出到儀表盤(pán)上了。

為了效果更好，我再添加一個(gè)當(dāng)前日期時(shí)間轉(zhuǎn)換，并使用文本控件顯示。

先按照下面的步驟，添加一個(gè)function控件，別編寫(xiě)轉(zhuǎn)換代碼：

function formatDate(value) {

var date = new Date(value);

var y = date.getFullYear(),

m = date.getMonth() + 1,

d = date.getDate(),

h = date.getHours(),

i = date.getMinutes(),

s = date.getSeconds();

if (m < 10) { m = '0' + m; }

if (d < 10) { d = '0' + d; }

if (h < 10) { h = '0' + h; }

if (i < 10) { i = '0' + i; }

if (s < 10) { s = '0' + s; }

var t = y + '-' + m + '-' + d + ' ' + h + ':' + i + ':' + s;

return t;

}

return { payload: formatDate(msg.payload) };

其中的 formatDate() 函數(shù)，就是一個(gè)js中標(biāo)準(zhǔn)的把當(dāng)前時(shí)間戳轉(zhuǎn)換為YYYY-mm-dd HHSS格式的函數(shù)。

這也是Node-RED的一個(gè)強(qiáng)大之處，除了編寫(xiě)好的控件，還可以使用腳本進(jìn)行中間過(guò)程的處理。

設(shè)置好了日期時(shí)間轉(zhuǎn)換，再在其后掛一個(gè)text控件，用作顯示即可：

全部設(shè)計(jì)完成后，點(diǎn)擊右上角的部署，就可以使用手機(jī)進(jìn)行查看了。

在手機(jī)上，訪問(wèn)網(wǎng)址 http://開(kāi)發(fā)板IP:1880/ui ，就能看到如下的界面了：

十一、總結(jié)：

這篇分享，基于米爾MYC-J1028X開(kāi)發(fā)板，結(jié)合Node-RED，將其變身為工業(yè)控制網(wǎng)關(guān)。

看到這里，看似分享了不少內(nèi)容，但涉及到Node-RED的部分，只有Node-RED全部功能的萬(wàn)分之一都不到，而且都是非常基礎(chǔ)的使用。

對(duì)于米爾MYC-J1028X開(kāi)發(fā)板的使用，也是用到了實(shí)際功能的百分之一都不到。

Node-RED還有很多很多很多強(qiáng)大的功能，可以方便我們快速的獲取外部設(shè)備的數(shù)據(jù)，并編寫(xiě)合適的邏輯處理流程來(lái)規(guī)整數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)，或者對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行控制。

而這一切，并不需要特別專(zhuān)業(yè)的編程技能，就能夠完成。

基于米爾MYC-J1028X開(kāi)發(fā)板強(qiáng)勁的運(yùn)算能力，以及豐富的外設(shè)接口，結(jié)合Node-RED所構(gòu)建的工業(yè)控制網(wǎng)關(guān)，完全可以應(yīng)用在實(shí)際場(chǎng)合中，發(fā)揮重大的作用。

將其部署在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，用于收集、存儲(chǔ)、處理和分析網(wǎng)絡(luò)邊緣的數(shù)據(jù)，能夠減輕對(duì)云和數(shù)據(jù)中心的壓力。

這套系統(tǒng)，可以通過(guò)靈活的I/O簡(jiǎn)化通信和控制，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主動(dòng)采集、解析及過(guò)濾、匯聚，來(lái)可視化現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和控制邏輯，既能方便預(yù)測(cè)性維護(hù)，又能開(kāi)展實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理與決策。