2021年8月5日 星期四

將ESP8266類比腳位的讀值做為模擬測資送到Google Forms儲存

 將ESP8266類比腳位的讀值做為模擬測資送到Google Forms儲存

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Aug. 5, 2021
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實驗目標

將ESP8266物聯網開發板讀取到的感測資料送至Google儲存,如圖1所示。




 圖1:本實驗架構圖。

材料

品名

數量

單位

備註

WeMos D1 WiFi UNO

1

*其它具有Arduino相容腳位及WiFi功能的開發板亦可

USB A公 對 Micro USB B公傳輸線

1

建議長度最好≥100 cm

*例如:D1 mini、…。

編程與開發環境建立步驟

請依照以下6個步驟,依序完成。

1. 安裝CH340 driver(驅動程式) 依照這篇 https://reurl.cc/7rQADb 提及的網址下載並裝妥開發板上晶片的硬體驅動程式。裝完後可以在device manager(裝置管理員)中看到它已被指定到一個特定的COM代號了。
2. 安裝Arduino IDE 從照這篇 https://reurl.cc/dGkbyq 的做法,先從Arduino官網上下載最新版的Arduino開發工具後安裝之。然後再讓Arduino IDE掛載上WeMOS D1 R1這塊板子的相關資訊。最後要記得選定它在步驟1拿到COM埠代碼(註:筆者在測試本文時發現,V1.8.15版的Arduino IDE已不會有先前版次埠偶而會有跑掉未勾選的情況)。
3. Arduino程式開發起手式:blink 將ESP8266接上電腦,再依筆者先前拙著 https://reurl.cc/XWMr2E 測試妥接下來的軟硬體開發環境是否備妥(板載的LED能正常閃爍)。註:步驟3~4(再到6)採取的是樣板程式碼的decomposition(拆解)。若讀者已確定您的軟硬體開發環境是正常的,可直接跳到步驟5。
4. WiFi connection(連接測試) 步驟4~7可參考這篇 https://reurl.cc/GmyqQW 的做法。將您的一段式(即裝置一開機後自動地讓程式傳送帳號及密碼後就可以連網)WiFi AP(筆者是開自己的手機hot spot(熱點)讓開發板連接上網的。讀者若要設定成非手機的WiFi AP,請查詢該WiFi AP的相關設定)帳號密碼填入下列template code(樣板程式)aaabbb處後燒入到開發板中即可如圖2~3的所示順利地連上網際網路。
  1. #include <ESP8266WiFi.h> //ESP8266連網用

  2. void setup() {
  3.   Serial.begin(9600);

  4.   WiFi.begin("aaa","bbb");
  5.   while(WiFi.status() != WL_CONNECTED) { //不斷重複等候WiFi AP連接上
  6.      delay(500);
  7.      Serial.print(".");
  8.   } //end of while

  9.   Serial.println(WiFi.localIP()); //顯示出開發板被配到的IP
  10. } //end of setup()

  11. void loop() { //沒用到,留個空殼即可
  12. } //end of loop()

  13. 圖2:開發板連上WiFi後會取得一個IP。

    圖3:在WiFi AP上可以看到該開發板已連接(筆者的開發環境是筆電亦連到手機熱點上網,故會顯示已有筆電和開發板共2個連線裝置)。

5. 建立Google Forms 建Google Forms的詳細過程已在步驟4中的YouTube影片網址中揭示。取得form的API key(金鑰)field id(表單內的欄位名稱代碼)如圖4及圖5所示。其中,知導了建好的Google Forms的這兩項資訊後,可直接在瀏覽器上下達 https://docs.google.com/forms/d/e/xxx/formResponse?entry.yyy=zzz 的HTTP GET命令手動傳測資zzz(如圖6所示)。同時,讀者可以檢查表單對應到Google Sheet上已成功將zzz寫入了。其中,Google網站提供的web services(網路服務)項目可查閱 https://reurl.cc/EnllOm 所示。
總結,上述的流程可以順利的產生一條完整的HTTP GET命令,執行它就能把一筆測資送到Google Forms儲存。接著,再把這個命令依照Google Forms的API呼叫格式填到程式碼裡(步驟6),就可以完整的串接讀取測資、送雲端存檔的整個自動化流程了。
  1. 設定Google Forms,以取得金錀與欄位代碼。
  2. 組成HTTP GET命令(可在瀏覽器上手動下達測試)。
  3. 用支援HTTP呼叫的程式語言程式拼成合法的API格式後反複自動執行。


圖4:Google自動產生的表單金鑰(藍色色塊處的字串)。

圖5:Google自動產生的欄位名稱代碼 1245404726。

圖6:手動下HTTP GET命令成功的網頁畫面。

6. 修改樣板程式中的參數  

  1. #include <ESP8266WiFi.h>
  2. #include <WiFiClientSecure.h> //下達HTTP GET用

  3. long  test_data; //存放類比腳位讀到的測資
  4. WiFiClientSecure Secure_client;

  5. //讀取類比腳位17測資
  6. void read_data() {
  7.    test_data = analogRead(17);
  8. }

  9. void upload2GoogleForms() {
  10.     Secure_client.setInsecure(); //[2]
  11.     if (Secure_client.connect("docs.google.com", 443)) {
  12.         Secure_client.println("GET /forms/d/e/xxx/formResponse?entry.yyy="+ String(test_data)+"&submit=Submit HTTP/1.1");
  13.         Secure_client.println("Host: docs.google.com");
  14.         Secure_client.println("Connection: close");
  15.         Secure_client.println();
  16.         Secure_client.stop();
  17.    } else { //Google returned 0
  18.       Serial.println("Google said no!");
  19.    } //end of if-else
  20. } //end of upload2GoogleForms()

  21. void setup() {
  22.    pinMode(17, INPUT);
  23.    Serial.begin(9600);
  24.    test_data = 0;
  25.    WiFi.begin("aaa","bbb");
  26.    while(WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
  27.        delay(500);
  28.        Serial.print(".");
  29.    } //end of while()

  30.    Serial.println(WiFi.localIP());
  31. } //end of setup()

  32. void loop() {
  33.     read_data();
  34.     Serial.println(test_data);
  35.     upload2GoogleForms();
  36.     delay(5000);
  37. } //end of loop()

7. 燒入開發板 當程式燒入完成後,在Arduino IDE的serial monitor(序列埠監看器)可看到類比讀值不斷的更新,並且透過網路將之記錄到Google Sheet上。

Advanced learning(進階學習)

  1. 後端database(資料庫) 開發板上傳測資到雲端資料庫的選擇還有Google Sheet(不透過Google Forms,但不確定現在是否可行,因為Google的開放策略總是改來改去的)、ThingSpeak、自架的資料庫、…。
  2.  HTTP、HTTPS protocol(通信協定) 在「編程與開發環境建立步驟」一節步驟6樣板程式的第13行,為什麼要設定成insecure(不安全的)?讀者可以試試,把此行comment(註解)掉後實驗是否依然會成功?
  3. 和WiFi AP建立連線  在「編程與開發環境建立步驟」一節步驟6樣板程式的第6~12行,begin()、status()、localIP()這三個method(方法)是定義在ESP8266WiFi.cpp這隻程式(在 C:\Users\User\AppData\Local\Arduino15\packages\esp8266\hardware\esp8266\3.0.2\libraries\ESP8266WiFi\src 這個path(路徑)下可找到它)中的,它是怎麼implement(實現)的?
  4. 從樣板到專業或應用 現今編程已變的十分簡化,跟著SOP(Standard Operation,標準化流程)123…就搞定。如果只是拿來快速應用,It's ok. Everything is fine. 否則,我們得細想:業餘 vs. 專業?我會套快速樣板,別人也一樣會套,那差別在哪裡?還有,樣板雖美,但當後續程式maintain(維護)發生問題時(很多時候會發生在某些API改版)要怎麼debug(除錯)?另一方面,從樣板內的基礎必要知識是哪些?要不要花時去了解?…學習是有層次的,端看我們的目的為何?
  5. 多欄位(multiple fields) HTTP GET命令 https://docs.google.com/forms/d/e/xxx/formResponse?entry.yyy1=zzz1&entry.yyy2=zzz2&entry.yyy3=zzz3 ,那「編程與開發環境建立步驟」歩驟6的程式要怎修改呢?
  6. 觸發條件(triggering conditions)設定 能否設定當某些條件成立時自動發出手機推播(push)警訊?例如:當Google Forms收到的溫度測值超過100度,可能這個感測器已燒毀…。
  7. 443 在「編程與開發環境建立步驟」步驟5樣板程式第14行的443是何意?(https://reurl.cc/gWAR4R


  1. 六種授權條款
  2. 筆者特別感謝慧手科技Lin Sam(https://reurl.cc/6aO3Gk)老板的大力協助,使得本實驗得以順利完成。

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