利用 Electric Imp 平台快速開始進行 IoT 產品開發

設計網際網路連線的產品需要具備多種技能。開發人員必須知道如何撰寫嵌入式軟體、打造電路板、瞭解如何確保裝置安全並且連接網路，以便遠端更新與管理裝置。

針對單一 IoT 產品構建專業知識與基礎架構，不僅具有挑戰性、耗時且成本高昂。開發團隊需找到方法快速開始開發，並且在典型設計週期內減少所需作業，以便符合成本和上市時間的要求。

目前有越來越多不同的 IoT 平台陸續推出，其中特別引人注目的是 Electric Imp 推出的產品，其中整合了必要的軟硬體，能讓開發人員快速備妥並進行開發。

本文將介紹 Electric Imp 的 IoT 平台，並概述使用方法。

Electric Imp 的 IoT 平台內涵

Electric Imp 的 IoT 物聯網平台能為開發人員提供完整的解決方案，以便連接與管理物聯網裝置。此平台含有開發團隊所需的所有建構模塊，藉此快速備妥產品並運行。這些建構模塊包括：

• 全整合式硬體
• 嵌入式作業系統
• 驅動程式
• API
• 雲端服務
• 程式碼庫
• 安全解決方案

若要開始，開發人員將感測器與自行研發的硬體連接到 Electric Imp 無線電模組，其中不僅含有自訂軟體，更提供 ImpOS，可管理連接到 Imp Cloud 的安全連線 (圖 1)。最終使用者與開發人員都能在行動裝置上使用稱為 BlinkUp 的應用程式，為產品或開發平台提供 Wi-Fi 設定。當 Imp 硬體取得 Wi-Fi 資訊後，就可直接並安全地與 Imp Cloud 通訊，並藉此連接廣大的網際網路。

圖 1：Electric Imp 平台具有經過實證的全整合式軟硬體、作業系統、API、雲端服務以及安全性，能讓 IoT 裝置快速連線到雲端。(圖片來源：Electric Imp)

使用 Electric Imp 等平台，能讓開發人員享有多項優勢，包括：

• 大幅縮短上市時間
• 專注於公司的核心專業，無需分心處理網際網路連線
• 更高的產品價值與差異化
• 無需構建連線基礎架構與專業知識

Electric Imp 硬體

Electric Imp 的硬體為開發人員提供一套標準硬體，包括：

• 802.11 b/g/n 或 a/b/g/n Wi-Fi 收發器
• 32 位元 ARM® Cortex® 處理器
• 完備的嵌入式作業系統，含自動防故障韌體更新
• 使用者可選擇 I/O 選項，例如 GPIO、PWM 和類比輸入等
• 可透過 SPI、UART 和 I²C 進行通訊

模組由 Murata Electronics 製造。對設計人員來說，最主要的差異在於內部處理器、Wi-Fi 連線選項以及封裝。例如 imp005 (LBWA1UZ1GC-901) 採用 320 MHz ARM Cortex-R4 架構處理器，並可在 2.45 GHz 與 5 GHz 頻段下運作。另一方面，imp003 (LBWA1ZV1CD-716) 則採用 144 MHz ARM Cortex-M4F 架構處理器，但僅可在 2.45 GHz 頻段下運作。兩者皆採用表面黏著封裝 (圖 2)。

圖 2：imp005 (左) 與 imp003 (右) 模組整合了 Wi-Fi 模組與 ARM Cortex 微控制器，將裝置覆蓋區縮減至最小。(圖片來源：Murata Electronics)

若是沒有分接板，表面黏著的型態會難以取用某些元件。imp003 擁有自己的簡單分接板 IMP003-BREAKOUT，其中含有一個 USB 介面 (能讓開發人員為裝置供電)、光電電晶體 (透過 Electric Imp 獨特的 BlinkUp 方法將 Wi-Fi 設定寫入模組)，以及一些其他的支援元件 (圖 3)。

圖 3：imp003 分接模組是低引腳數的開發板，能讓開發人員快速熟悉並使用 Electric Imp 的硬體，最後再應用到最終產品上。(圖片來源：Murata Electronics)

imp005 分接板則較為複雜，因為 imp005 模組擁有更多的引腳，並且採用了更強大的 ARM Cortex-R4 處理器 (圖 4)。imp005 分接板還包含乙太網路、標準 USB 介面 (為裝置供電並連接到主機)，以及光電電晶體。

圖 4：imp005 分接模組能讓開發人員取用更強大的 imp005，其中包含 ARM Cortex-R4 微控制器，以及進階連接選項，例如 USB 和乙太網路。(圖片來源：Murata Electronics)

使用 BlinkUp 設定 Electric Imp

每個 IoT 裝置都會遭遇的問題就是，該如何為裝置設定本地 Wi-Fi 路由器的資訊。Electric Imp 運用獨特方法解決此問題：採用光電電晶體將 SSID 與密碼資訊寫入裝置。

平台與最終產品的使用者可將 Electric Imp 的 BlinkUp 應用程式下載到行動裝置中，然後將網路資訊編程到應用程式內。收到提示後，使用者即可將行動裝置放置在光電電晶體上。行動裝置的螢幕會閃爍一系列指令，對 Electric Imp 的硬體進行編程 (圖 5)。編程完成後，就可開始進行開發。

警告！在編程網路資訊時，請勿直視行動裝置的螢幕。否則可能會導致嚴重頭痛甚至癲癇發作。

圖 5：BlinkUp 應用程式能讓開發人員或使用者輸入 Wi-Fi SSID 與密碼，並透過行動裝置對光電電晶體進行一連串閃爍，藉此輕易將資訊傳送到 Electric Imp 模組。如此一來，就無需藍牙或 USB 等額外的連線。(圖片來源：Electric Imp)

開發人員將 Electric Imp 模組連線到網際網路後，模組會在 Imp Cloud 中註冊一個唯一識別碼。亦可在 BlinkUp 應用程式中找到此識別碼。此唯一識別碼可用來辨識模組，並將其連接到線上開發環境。此識別碼亦可用來將軔體更新推送至產品，並且管理裝置。登入開發環境，模組便能連線至雲端並建立新的應用程式 (又稱之為「模型」)，然後將模組識別碼與此模型連結 (圖 6)。

圖 6：只要查看可用的 Imp 模組列表，然後將現有的軟體模型或新的模型指定到裝置，便能透過雲端將模組連線到軟體模型。(圖片來源：Electric Imp)

模型建立後，開發人員即可存取線上開發環境。如此即可編寫 Electric Imp 模組用的軟體，以及可在雲端執行的程式碼，以便與模組進行通訊。伺服器與模組的應用程式程式碼，是使用稱為 Squirrel 的指令碼語言進行撰寫。Squirrel 的標註方式類似於 C 程式語言，因此對多數嵌入式開發人員來說，可輕鬆轉換。

開發環境區分為三個主要的區塊。首先是伺服器端程式碼，又稱為代理程式碼。再來是裝置程式碼，能夠在指令碼編譯完成後部署至模組，並且透過 Imp Cloud 進行管理。第三個區塊是記錄，能用來監測代理程式與裝置的行為並且用於除錯。

圖 7：Electric Imp 開發環境是全整合式環境，能讓開發人員在單一畫面當中，同時操作裝置軔體與雲端軟體。(圖片來源：Electric Imp)

使用 Blinky LED 程式來顯示「Hello World」

在 Electric Imp 模組上能以直覺方式開始開發應用程式並運作。能透過高階擷取，將物件指派到硬體功能。如此就能將 Imp 模組與底層的微控制器轉變成「黑盒子」。

開發人員的第一個步驟，要不就是透過終端機顯示「Hello World」，不然就是讓 LED 燈閃爍。我們來看看讓 LED 燈閃爍的必要程式碼。

首先，開發人員必須登入開發環境，並且建立「Hello World」或「Blinky」模型，並將其指派到目標模組。就像任何其他應用程式一樣，開發人員會指派並設定引腳和變數。在此案例中，若 LED 連接到引腳 5，開發人員可以撰寫程式碼來設定 LED，然後建立建立狀態變數 (列表 1)。

// 建立稱為「led」的全域變數，然後將「pin」物件指定至此變數。

led <- hardware.pin5;

// 將「led」設定為起始值為數字 0 的數位輸出 (低、0 V)

led.configure(DIGITAL_OUT, 0);

// 建立一個全域變數來儲存「led」目前的狀態

state <- 0;

列表 1：運用既有的函式庫以及 Squirrel 指令碼語言編寫 Electric Imp 模組用的軟體相當容易。此指令碼會設定 LED，並且建立狀態變數。(程式碼來源：Electric Imp)

然後就可撰寫簡易的應用程式功能，讓 LED 閃爍 (列表 2)。

function blink()

{   

  // 反轉狀態值：   

  // 當狀態 = 1，1-1 = 0   

  // 當狀態 = 0，1-0 = 1   

  state = 1 - state;     

  // 將目前的狀態寫入「led」(即引腳 9)   

  led.write(state);   

  // 對 imp 進行排程，在 0.5 秒內喚醒，然後再次呼叫 blink()        

  imp.wakeup(0.5, blink);

}

列表 2：LED 閃爍或硬體控制是透過一組函式庫達成，可藉此簡化開發作業，並可大幅縮短開發時間。在此範例中，會使用簡易功能來存取 LED 資源，並透過 ImpOS，讓功能延遲 500 毫秒執行 (程式碼來源：Electric Imp)

這是這樣！以上就是在硬體上設定 LED 燈，並使其閃爍的所有必要 Squirrel 程式碼。LED 程式碼的編寫長度不用十行，而且開發人員無需瞭解任何 ARM 核心的暫存器。可輕鬆存取高階 API，讓開發人員迅速上手。

將外部感測器整合到 Electric Imp 模型

將外部感測器與元件整合到 Electric Imp 平台中也相當簡單。此平台能讓開發人員使用 #require 指令來收錄已開發的函式庫，類似於在 C 程式語言中所使用的 #include 指令。目前已經開發多種函式庫，隨時能讓開發人員立即使用。這些函式庫包括：

• 網路服務
• 公用程式
• 硬體驅動程式

產品開發人員能將繼電器、加速計以及磁力計等元件介接至 Electric Imp 模組，然後使用針對這些元件撰寫的函式庫，快速開始進行設計。這些函式庫可從 Electric Imp 開發中心網站取得。

圖 8：Electric Imp 提供多種函式庫，您可在開始進行開發時立即取用。這些函式庫能加速開發時間，並讓您取用熱門的硬體裝置與軟體服務。(圖片來源：Electric Imp)

使用 Electric Imp 物聯網平台的秘訣和技巧

在使用 Electric Imp 等平台時，開發團隊需要考量一些事項。首先，Electric Imp 模組在單一封裝內整合了兩大元件：Wi-Fi 無線電以及微控制器。透過整合就能節省成本以及板空間。接著，開發人員在選擇產品要用的元件時，應該檢視既有的硬體與驅動程式函式庫。利用現成的函式庫有助於加速開發週期。

最後，開發人員務必記得，Electric Imp 平台不會直接連線到網際網路。所有的通訊都會先透過與 Imp Cloud 的安全連線進行。接著再使用代理程式，將訊息導向到更龐大的網路。此外，還提供像是資料儲存與分析等第三方服務的函式庫，能讓開發人員在雲端使用。請盡可能利用函式庫當中現成的程式碼。

結論

若是設計人員採用現有的技術，並且運用物聯網平台，便能相當快速地開發物聯網裝置。利用目前市面上眾多的平台之一，就可協助開發人員專注在專業技術，讓其他公司處理基礎架構事宜。誠如之前所述，Electric Imp 的物聯網平台是引人注目且獨特的解決方案，值得進一步研究。