物聯網之 NodeMCU：無線灌溉控制器
物聯網之NodeMCU
2017年10月24日星期二
《使用mongoos-os系列》
目 錄
一、 NodeMCU的選擇 3
二、 韌體的選擇 3
三、 UI（使用者介面） 4
四、 進一步 12
五、 程式碼修改 15
一、NodeMCU的選擇
1、NodeMCU V2
核心是ESP-12E，CPU速度80MHZ和160MHZ，SRAM包括64KB指令和96KB資料，外接4MB位元組的Flash儲存。
2、NodeMCU-32S
核心是ESP-32S，雙核CPU，SRAM總數是520KB，接有4MB位元組的Flash儲存。
以上配置的硬體，價格便宜，記憶體卻是很大，用來執行http server綽綽有餘。
NodeMCU V2價格一般為23元，NodeMCU-32S價格為39元，配合I2C介面的IO板，完全可以用於小型應用。
二、韌體的選擇
選擇Mongoose-OS，它以Mongoose庫為基礎實現了常用的網路服務：http，mqtt，sntp，rpc。最終商業化時，程式語言應選C，它速度快，佔用RAM空間少。mJs用於快速產品原型和做Demo演示。
如下資源剩餘，是在開啟http, mqtt, sntp, rpc服務之後，並週期讀取sth10溫溼度資料。
如果使用lua韌體，執行http server很容易記憶體不足，甚至註釋都要佔用記憶體。使用eLua的好處是，不必考慮記憶體管理，只管用，不用考慮回收。
Mongoose-OS的example，混雜著mongoos lib函式，官方的社群文件不齊全。若是檢視其lib，可以發現它只是對mongoos庫做了一個封裝，我們可以根據業務情況，寫自己的lib，譬如讀取sht20溫溼度資料。進一步功夫可花在mongoos庫的使用上，它是背後的神仙。
三、UI（使用者介面）
以NodeMCU為例，其4MB的FLAH儲存空間，足夠我們揮霍程式碼和HTML頁面。當前應用，只使用到純文字，尚未使用圖文並茂的形式。
2014年10月29，W3C正式釋出html5標準，它帶來許多新特性和便利性，至今已經是扔掉IE這個包袱，使用新技術來開發頁面的時候了。
儘管大膽使用新技術，因為在我們中國，智慧手機基本人均
利用現有ESP8266的硬體，不額外增加SRAM和外接FLASH，通過HTML技術，你仍然可以把NodeMCU裝扮的珠翠羅綺，把你的小清新風格展示的完完整整。
頁面需要css樣式美化介面，使用ajax與NodeMCU進行互動。
官方有一個wifi-setup-web例子，用來設定wifi的資訊。它使用了XMLHttpRequest來進行ajax讀寫，在檔案<head>標籤內做css定義。
<style>
...
.form-control { margin: 0.5em 0; }
.form label { min-width: 8em; display: inline-block; }
...
</style>
<script>
var ajax = function(opts) {
var xhr = window.XMLHttpRequest ? new XMLHttpRequest() : new ActiveXObject("Microsoft.XMLHTTP");
xhr.onreadystatechange = function() {
if (xhr.readyState != 4) return;
if (xhr.status == 200) {
(opts.success || function() {})(xhr.responseText, xhr);
} else {
(opts.error || function() {})(xhr.responseText, xhr);
}
};
...
</script>
這種寫法，單個檔案的響應時間要快，上面這個html才5.9KB。
但是要做的完善一些，要考慮加上正則驗證，原始寫法的繁瑣還是比較令人頭疼。
我們決定使用bootstrap框架和jquery，可以在網站上進行定製，去掉不必要的元件。
最節省記憶體和儲存空間，而且頁面響應速度最快的做法是使用CDN加速，在/fs目錄下的html頁面檔案中引用：
<head>
...
<link href="https://cdn.bootcss.com/bootstrap/3.3.7/css/bootstrap.min.css rel="stylesheet">
...
若是NodeMCU總是可以連入網際網路，那麼本文至此就可以閱讀結束了。UI框架可隨心所願的選擇，怎一個爽快了得。
不過，考慮到非Internet連線下，還要有一個好看的介面，則要把樣式檔案拷貝到/fs目錄下。而後咱html中引用即可，mongoose的filesystem（檔案系統）會響應http請求，將.css和.js檔案傳送給客戶端。
大小合計167KB，esp8266的無線傳輸速度夠快，慢在從flash讀取檔案資料，第1次載入耗時20多秒，以後再呼叫會使用快取，基本上是秒開。
最初的想法是，尋找它們的迷你版本，既有其效果、功能，又有小尺寸。
還真是可以找到：
miinicss，網站：http://minicss.org/
可以使用它的預定義版本（http://minicss.org/flavors）。文件很齊全，有線上預覽效果功能，漂亮度小於bootstrap。但比pure等要好看，而且全面。
zeptojs， 網站：http://zeptojs.com/
有中文版本的網頁可以看：http://www.css88.com/doc/zeptojs_api/
這個js的使用，和jquery差別不大，很容易遷移。但不支援偽選擇部分功能，在除錯時，使用firefox或者chrome瀏覽器，按F12調出除錯頁面，可以看到響應、錯誤。
這兩個檔案尺寸小許多，而且minicss不需要jqeruy來支援：
尺寸小了2/3，頁面載入速度已經可以接受了，畢竟我們是個32位小微控制器模樣。
四、進一步
在minicss和zeptojs官方頁面上：
但是上圖可以看到它是39KB。
那就是，把它們壓縮一下，做到gzip格式。
壓縮工具，就是gzip，下載地址：http://www.gzip.org/#exe
我們是win7系統，從列表第1個下載。
在執行裡鍵入cmd，進入命令視窗，敲入：
gzip zepto.js
即可，它自動生成.gz檔案。有個-9最好壓縮的選項，沒有多大影響，因為js檔案已經是mini版本了。
我們自己生成的檔案比官方標的尺寸大小基本一致。
現代瀏覽器，應支援gzip，不支援的瀏覽器棄用。正常做法是維護兩個版本的檔案，壓縮和未壓縮的，判斷瀏覽器header，不支援gzip的，傳送原版；支援gzip的，則傳送壓縮版本。我們採用非正常做法，只是使用gzip版本檔案。
第一步，修改html檔案中的引用，在原先的引用程式碼檔名後面加上.gz即可，如：
...
<script src="zepto.js.gz"></script>
<link rel="stylesheet" href="mini-nord.css.gz">
...
第二步，修改http_server初始化函式。
我們只對js和css進行壓縮，而且檔案只有2個。所以只需要在HTTP事件中判斷到，客戶端請求的是zepto.js.gz和mini-nord.css.gz，響應對應的content-type和conten-encoding即可。
來看一下，Chrome的除錯臺（F12調出）：
General下，請求了http://192.168.100.102/zepto.js.gz，狀態碼是200，成功。有時是304，這是系統快取，強制更新按Ctrl+F5。響應頭Reponse Headers裡面，可以看到正確的返回了內容型別和內容編碼。
而第3項請求頭裡，說了接受任何型別的檔案，接受的編碼有gzip。
這樣mongoose-os, js的gzip檔案和瀏覽器，三者達成一致，頁面正常沒有錯誤。頁面初次載入速度也很快。基本上和引用CDN加速效果相當（後者還是要快點，網路快於flash讀取）。
那麼mongoose-os服務端，怎麼處理呢？
它幾個模組之間耦合性大，鬆散性不足。
若你用過STM32的HAL庫，會發現它有的函式使用weak定義，可以進行覆蓋（Override），但是mongoose-os不行，或者是它想著讓大家用它的企業版。
五、程式碼修改
http_server模組中的全域性變數s_listen_conn是靜態的，不能外部extern引用，而RPC模組要註冊mgos_rpc_http_handler這個事件處理，我們才能使用/rpc這個URL來做一些操作，包括websocket。
所以，拷貝http_server到專案目錄下，做程式碼修改；關閉http.enable，手動呼叫函式mgos_http_server_init，http服務可以用，但是websocket等不可以用。
而且其他庫裡都有庫依賴，依賴github上的連結。在專案的mos.yml使用name: http-server-1.18指定使用本地lib，編譯上,mos總去呼叫https://github.com/mongoose-os-libs/http-server，然後就提示no rule make http-server。
...
至此，NodeMCU 即可以隨心所欲的更換自己的服裝，其他UI框架定製並壓縮以後，尺寸也是大幅度變小。Html檔案也可以壓縮，/fs目錄下都是.gzip時，可以省卻判斷語句。
這種做法簡單、粗暴，若是想同時提供未壓縮版，也是在這個位置上做判斷，截獲並修改path即可。
利用成品的UI框架，犧牲一點速度，得到的效果還是很不錯的。
龍口
2017年10月24日星期二
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