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

片

*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

條

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）帳號及密碼填入下列template code（樣板程式）aaa及bbb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

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

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

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

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

    17. 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）和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

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

  7. //讀取類比腳位17測資
  8. void read_data() {
  9.    test_data = analogRead(17);
  10. }

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

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

  35.    Serial.println(WiFi.localIP());
  36. } //end of setup()

  38. void loop() {
  39.     read_data();
  40.     Serial.println(test_data);
  41.     upload2GoogleForms();
  42.     delay(5000);
  43. } //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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