描述

為什么是網(wǎng)狀？

OpenThread 和 Particle 使創(chuàng)建一個廉價的協(xié)調(diào)圣誕燈展變得如此簡單和有趣！傳統(tǒng)的圣誕燈飾都需要連接到中央控制器。在我的設(shè)計中，每個網(wǎng)狀設(shè)備都是模塊化的，你只需要提供電源。燈光秀的時間是通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)的。安裝和拆卸非常容易，因為您需要做的就是提供電源。

對我來說，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的另一個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 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，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技術(shù)進(jìn)行更多的聯(lián)網(wǎng)家庭項目。這項技術(shù)也非常適合制造和其他企業(yè)項目，因為該解決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行多年
• 可擴(kuò)展性——Thread 網(wǎng)絡(luò)可以擴(kuò)展到數(shù)百個設(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。該網(wǎng)絡(luò)有兩種類型的設(shè)備：

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

網(wǎng)關(guān)節(jié)點

網(wǎng)關(guān)節(jié)點主要用于橋接 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)計簡單，不會阻止網(wǎng)關(guān)執(zhí)行其他任務(wù)。我計劃擴(kuò)展網(wǎng)關(guān)以用于我的家庭自動化，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)布消息以啟動新模式。
• 有一個粒子函數(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，云函數(shù)經(jīng)常會超時。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。網(wǎng)格有 15 種操作模式。大多數(shù)模式用于調(diào)試問題，例如點亮單個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)格移動到辦公室或在會議上以我的手機(jī)作為接入點進(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'>微控制器項目添加一個心跳 LED。這會添加一個快速視覺指示器，表明設(shè)備處于活動狀態(tài)且未掛起。Particle 原型設(shè)備都有一個 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

所有輕特性節(jié)點都運行相同的代碼副本。為每個設(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)錯誤時，我都會將更新部署到網(wǎng)絡(luò)上的所有輕功能節(jié)點。Particle 構(gòu)建了一個平臺，支持從 Particle 云通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備到網(wǎng)狀節(jié)點的無線 OTA 更新。網(wǎng)狀節(jié)點旨在安裝在高高的樹上，因此能夠在任何時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！粒子實時操作系統(tǒng) RTOS 存在一個問題，有時網(wǎng)格節(jié)點的 OTA 更新會因代碼運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)點的模式。我將更新所有燈光功能節(jié)點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)點的模式。我將更新所有燈光功能節(jié)點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)點的模式。我將更新所有燈光功能節(jié)點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)點都運行相同的代碼，但每個節(jié)點都知道自己的身份，并且可以根據(jù)自己的身份運行特殊的例程。當(dāng)代碼在 setup 方法中初始化時，燈光特征節(jié)點訂閱 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 在啟動時空閑或完成一個燈光模式后空閑時，向網(wǎng)關(guān)發(fā)送一條消息，告訴它是時候發(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)點幾乎同時接收消息，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洞來支撐這棵樹。這棵樹有 12 個固態(tài)繼電器通道，每個通道都有 100 個綠色燈泡串，我用一根繩子系在上面，并在每個角上串在地上。使用脈沖寬度調(diào)制來控制每個通道的亮度是最理想的，但是 Particle Xenon 沒有可用的 12 個 pwm 引腳，所以我編寫了自己的脈沖邏輯來控制每個通道的亮度在一個緊密的循環(huán)中。

二十英尺圣誕燈樹的建造

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20 英尺圣誕節(jié) OpenThread 網(wǎng)格樹

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圣誕舞會建設(shè)

我制作了 2 組 6 個圣誕球，每個球的直徑為 1 英尺，并有 200 個圣誕燈。每組 6 個球有 1 個粒子氙和一組控制每個球亮度的固態(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 個球位于不同的電路上，因此每組 6 個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

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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！