神奇的OpenThread網(wǎng)狀圣誕燈

對我來說，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)主要好處是它可以將網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到我的 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)范圍之外。前幾年我制作的設(shè)備都使用 Wi-Fi。我的院子里有盲區(qū)和 Wi-Fi 超出范圍的區(qū)域。OpenThread 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)非常智能，沒有單點(diǎn)故障，擴(kuò)頻技術(shù)提供抗干擾能力。

為什么是粒子？

Particle 提供了一個(gè) IoT 平臺，可以更輕松地創(chuàng)建網(wǎng)格和其他產(chǎn)品。當(dāng)您不需要從頭開始開發(fā)管道和架構(gòu)時(shí)，開發(fā)效率會高得多。我已經(jīng)開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)解決方案很長時(shí)間了，并且從頭開始構(gòu)建自己的平臺，但現(xiàn)在我比以往任何時(shí)候都更有效率地專注于產(chǎn)品的業(yè)務(wù)邏輯，而不是花時(shí)間構(gòu)建平臺。Particle 的第三代設(shè)備采用了 OpenThread 網(wǎng)格。

什么是開放線程？

OpenThread 由 Google 發(fā)布，作為 Google 為 Nest 創(chuàng)建的 Thread 的開源實(shí)現(xiàn)。谷歌發(fā)布的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加速了聯(lián)網(wǎng)家庭產(chǎn)品的開發(fā)，以使用Thead。（OpenThread 網(wǎng)站： https ://openthread.io/ ）

我的公司正在利用這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行更多的聯(lián)網(wǎng)家庭項(xiàng)目。這項(xiàng)技術(shù)也非常適合制造和其他企業(yè)項(xiàng)目，因?yàn)樵摻鉀Q方案的安裝比通過在設(shè)備或控制器之間連接電線的傳統(tǒng)方法簡單得多。

OpenThread 是基于 IPv6 的低功耗，主要功能包括：（摘自 OpenThread 網(wǎng)站： https ://openthread.io/guides/thread-primer ）

• 簡單性——安裝、啟動(dòng)和操作簡單
• 安全性——Thread 網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備都經(jīng)過身份驗(yàn)證，所有通信都經(jīng)過加密
• 可靠性——自愈網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，無單點(diǎn)故障，擴(kuò)頻技術(shù)提供抗干擾能力
• 效率——低功耗 Thread 設(shè)備可以休眠并依靠電池供電運(yùn)行多年
• 可擴(kuò)展性——Thread 網(wǎng)絡(luò)可以擴(kuò)展到數(shù)百個(gè)設(shè)備

OpenThread 將開發(fā)人員已知的 IPv6 和網(wǎng)絡(luò)/Web 協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

我創(chuàng)建了一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，可以輕松擴(kuò)展以每年添加新的光功能節(jié)點(diǎn)。該網(wǎng)絡(luò)有兩種類型的設(shè)備：

• 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn) - 粒子氬（Wi-Fi + OpenThread）
• 光特征節(jié)點(diǎn) - 粒子氙氣（僅限 OpenThread）

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主要用于橋接 Internet 與 OpenThread 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。Particle 制造 Argon 和 Boron 網(wǎng)關(guān)設(shè)備。Argon 專為 Wi-Fi 而建，而 Boron 專為蜂窩網(wǎng)絡(luò)而建。我為網(wǎng)關(guān)編寫的代碼設(shè)計(jì)簡單，不會阻止網(wǎng)關(guān)執(zhí)行其他任務(wù)。我計(jì)劃擴(kuò)展網(wǎng)關(guān)以用于我的家庭自動(dòng)化，并且不希望圣誕燈的邏輯產(chǎn)生明顯的延遲或禁止我的家庭自動(dòng)化中的其他功能。

網(wǎng)關(guān)代碼執(zhí)行以下功能：

• 訂閱來自圣誕樹的網(wǎng)格消息 - 圣誕樹發(fā)布網(wǎng)格消息以宣布它已完成其燈光模式。網(wǎng)關(guān)偵聽此消息，收到消息后會等待一秒鐘，然后會向所有光功能設(shè)備發(fā)布消息以啟動(dòng)新模式。
• 有一個(gè)粒子函數(shù)的處理程序來更新模式。粒子函數(shù)從云中觸發(fā)，然后本地網(wǎng)關(guān)處理程序通過網(wǎng)格中繼模式消息。最初，我在燈光特征節(jié)點(diǎn)上只有粒子函數(shù)處理程序，但當(dāng)設(shè)備處于執(zhí)行燈光顯示的緊密循環(huán)中時(shí)，云函數(shù)經(jīng)常會超時(shí)。在網(wǎng)關(guān)上設(shè)置處理程序可以快速響應(yīng)云確認(rèn)調(diào)用了該功能，并且網(wǎng)格確保將消息傳遞到所有輕型特征節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)格有 15 種操作模式。大多數(shù)模式用于調(diào)試問題，例如點(diǎn)亮單個(gè)通道以放置功能或查找需要更換的燈泡。
• 為我通常連接的所有接入點(diǎn)設(shè)置 Wi-Fi 憑據(jù)。這包括我的房子、我的電話和辦公室。這使得將網(wǎng)格移動(dòng)到辦公室或在會議上以我的手機(jī)作為接入點(diǎn)進(jìn)行演示變得容易。
• 心跳指示燈。我?guī)缀蹩偸菫槲业?a target='_blank' class='arckwlink_none'>微控制器項(xiàng)目添加一個(gè)心跳 LED。這會添加一個(gè)快速視覺指示器，表明設(shè)備處于活動(dòng)狀態(tài)且未掛起。Particle 原型設(shè)備都有一個(gè) LED 連接到 PCB 上的 D7 引腳，所以我通常將其用于心跳 LED。

燈光特征節(jié)點(diǎn)

所有輕特性節(jié)點(diǎn)都運(yùn)行相同的代碼副本。為每個(gè)設(shè)備部署不同的代碼或具有不同版本的代碼將是代碼維護(hù)的噩夢。每次我添加新功能或修復(fù)錯(cuò)誤時(shí)，我都會將更新部署到網(wǎng)絡(luò)上的所有輕功能節(jié)點(diǎn)。Particle 構(gòu)建了一個(gè)平臺，支持從 Particle 云通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備到網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)的無線 OTA 更新。網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)旨在安裝在高高的樹上，因此能夠在任何時(shí)間和惡劣天氣下從我舒適的客廳或任何有互聯(lián)網(wǎng)連接的地方更新固件是非常好的和安全的。操作系統(tǒng)的版本和在設(shè)備上運(yùn)行業(yè)務(wù)邏輯的固件都可以從粒子云推送到 OpenThread 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備！粒子實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) RTOS 存在一個(gè)問題，有時(shí)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的 OTA 更新會因代碼運(yùn)行光模式特征的緊密循環(huán)而出現(xiàn)問題。簡單的解決方法是首先通過上面網(wǎng)關(guān)部分討論的粒子函數(shù)更新網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的模式。我將更新所有燈光功能節(jié)點(diǎn)上的模式以退出緊密循環(huán)并打開所有燈光。一旦我看到所有的燈都亮了，我就會運(yùn)行 OTA 更新，并且每次都會可靠地更新固件。簡單的解決方法是首先通過上面網(wǎng)關(guān)部分討論的粒子函數(shù)更新網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的模式。我將更新所有燈光功能節(jié)點(diǎn)上的模式以退出緊密循環(huán)并打開所有燈光。一旦我看到所有的燈都亮了，我就會運(yùn)行 OTA 更新，并且每次都會可靠地更新固件。簡單的解決方法是首先通過上面網(wǎng)關(guān)部分討論的粒子函數(shù)更新網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的模式。我將更新所有燈光功能節(jié)點(diǎn)上的模式以退出緊密循環(huán)并打開所有燈光。一旦我看到所有的燈都亮了，我就會運(yùn)行 OTA 更新，并且每次都會可靠地更新固件。

所有網(wǎng)格光特征節(jié)點(diǎn)都運(yùn)行相同的代碼，但每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道自己的身份，并且可以根據(jù)自己的身份運(yùn)行特殊的例程。當(dāng)代碼在 setup 方法中初始化時(shí)，燈光特征節(jié)點(diǎn)訂閱 Particle, particle/device/name, api 返回友好的設(shè)備名稱。然后代碼可以根據(jù)設(shè)備的友好名稱標(biāo)識進(jìn)行切換。到目前為止，代碼中只有一個(gè)基于設(shè)備身份的開關(guān)。christmasTree 設(shè)備是特殊的，被視為領(lǐng)導(dǎo)者，當(dāng) christmasTree 在啟動(dòng)時(shí)空閑或完成一個(gè)燈光模式后空閑時(shí)，向網(wǎng)關(guān)發(fā)送一條消息，告訴它是時(shí)候發(fā)送同步網(wǎng)格消息了。如果網(wǎng)關(guān)被拔掉，christmasTree 將繼續(xù)每秒發(fā)送消息。一旦網(wǎng)關(guān)確認(rèn) christmasTree 空閑，它就會發(fā)送關(guān)于 christmasLights 主題的網(wǎng)格消息。所有燈光功能節(jié)點(diǎn)都訂閱了 christmasLights 主題，并在收到消息后開始燈光秀。所有網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)幾乎同時(shí)接收消息，并且?guī)缀跬昝琅判颉?/font>可以注意到小至 20 毫秒的排序延遲，因此所有設(shè)備似乎完全一致地工作真是太棒了。

圣誕樹建造

我用一些固態(tài)繼電器、圣誕燈和黑鐵 1/2 英寸管道建造了 20 英尺高的樹。黑色鐵管可以從五金店購買，每段 10 英尺，因此您還需要使用耦合器配件連接兩段管道。我將 3/4 英寸的 PVC 管錘入地面約 1.5 英尺，這樣我就不需要每年挖一個(gè)洞來支撐這棵樹。這棵樹有 12 個(gè)固態(tài)繼電器通道，每個(gè)通道都有 100 個(gè)綠色燈泡串，我用一根繩子系在上面，并在每個(gè)角上串在地上。使用脈沖寬度調(diào)制來控制每個(gè)通道的亮度是最理想的，但是 Particle Xenon 沒有可用的 12 個(gè) pwm 引腳，所以我編寫了自己的脈沖邏輯來控制每個(gè)通道的亮度在一個(gè)緊密的循環(huán)中。

二十英尺圣誕燈樹的建造

?

20 英尺圣誕節(jié) OpenThread 網(wǎng)格樹

?

圣誕舞會建設(shè)

我制作了 2 組 6 個(gè)圣誕球，每個(gè)球的直徑為 1 英尺，并有 200 個(gè)圣誕燈。每組 6 個(gè)球有 1 個(gè)粒子氙和一組控制每個(gè)球亮度的固態(tài)繼電器。一半的球是用紅燈做的，另一半是用綠燈做的。兩組 6 個(gè)球位于不同的電路上，因此每組 6 個(gè)球可以安裝在不同的樹上或展示在院子的不同區(qū)域。

圣誕舞會的施工圖

?

?

結(jié)論

OpenThread 提供了一種同步圣誕燈的絕佳方法，您無需將所有燈連接到中央控制器。彈性網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)比 Wi-Fi 可靠得多。Particle 提供了一個(gè)平臺，使使用 OpenThread 和做 IoT 變得更容易，也更有趣！我希望您喜歡這篇文章并構(gòu)建一些您自己的 OpenThread 圣誕魔法燈！