說到 IoT （物聯網）很多人第一時間就會想起 Google Home ，Apple HomeKit，Amazon Echo 之類的智能喇叭（音箱），但是他們並不是真的跟 IoT 有關，他們比較像是一個輸入裝置或是一個 gateway 去控制其他裝置而已。

另外比較有技術背景的人可能會想起一些 IoT 的技術，好像說 Bluetooth BLE，Zigbee，2.4Ghz RF 跟 IR 之類的傳輸技術，也有另外一些人會想起 IFTTT、MQTT 之類的通訊協議。可是我們這次不是要說這個，而是

怎樣從零開始自己幹一套 IoT 控制系統出來

嘛，雖然說是從零開始但是總不能從沙開始煉硅晶吧？所以這裡的零界定為：

不使用任何專門為 IoT 設計的產品或軟件來制作這套 IoT 系統。

托比

因為之前我在高中畢業到大一之間的暑假我也曾經研究過一套叫 Home Dynamic 的 IoT 系統，所以這套東西就沿用這個名字叫做 Home Dynamic v2 吧！

選擇硬體平台

如果要開發物聯網系統，最基本的話就是需要有「物聯網」中「物」的部分吧？所以我就先由硬體開始選擇。這裡我有幾個要求

1. 便宜，而且容易買到
2. 體積要夠小，而且輕便
3. 省電（因為要 24/7 的運作）

所以這裡就直接省卻了基於 ARM 處理器的開發板了。剩下的就只有 Arduino 系列用的 ATmega 或是更省電的 ATtiny 或者 ESP 系列的 ESP8266 或 ESP32

選擇連接協議

到了「物聯網」中「聯」的部分，到底要怎樣讓這塊板子連接到其他裝置上？市面上有很多不同的 IoT 連接協議及相關的硬體，常見的包括：

• Zigbee （通常用在 Mesh 網絡上 ）
• Bluetooth BLE （通常用在需要超省電的裝置上）
• LoRa （通常用作長距離通訊）
• 2.4Ghz RF （通常用作即時控制，如搖控車）
• WiFi （對，就是你手機筆電在用的那個 WiFi）

這裡的選擇其他也滿簡單的。首先，LoRa 一定用不上，香港的房子連轉身的空間也沒有，能連接數公里距離的 LoRa 一點用途都沒有。 Zigbee 的確是其中一個可以考慮的選擇，但是因為我也想透過現有的 ArozOS 系統控制它，而 Android、Windows 等作業系統都沒有原生支援 Zigbee，所以在這裡也不作考慮。

最後只剩下 3個選擇：BLE，2.4Ghz RF 跟 WiFi ，不過反正大家都是 2.4Ghz，而且因為我的 IoT 裝置都是用來控制電源、或是用來檢測太陽能板等很容易都抓到電源的地方，那當然選擇最容易可以透過不同手提裝置控制的選擇：WiFi

選擇網絡連接方式

說到「物聯網」的「網（絡）」，既然都跑 WiFi 了當然是用 HTTP 啊！雖然也有其他連接方式例如 MQTT 之類的，但是在選擇這個技術之前要考慮到幾點

1. 這種技術會不會有 SPOF （Single Point of Failure）
2. 這種技術會不會需要額外的伺服器 / 硬體
3. 這種技術開發起來方不方便（畢竟是寫給自己用，賺不了錢所以太複雜了反而沒意思）

所以就用最簡單的 GET request 就好了啦。而且這方法也不需要 ESP32 內置的藍牙硬體，所以我們可以直接選擇最便宜的 ESP01 來做我們的控制器，一石二鳥。

可是，我們怎樣從網絡中找到 IoT 裝置？

這是一個好問題，而且之前我在開發 Home Dynamic 系統的時候也遇過類似的問題。但是作為剛剛升大學的我，當時我使用了一個最原始的方法：每個 IP ping 一次

但是在這次的開發計劃中（我把它叫做 Home Dynamic v2），我打算使用 mDNS 來取代這個（爛）IP 掃描方法。畢竟比起一次過把整個區網 ping 一次，例不如讓裝置自己 broadcast 自己的信息好了。剛好 ArozOS 也有內置到 mDNS 掃描器，所以就直接拿來做 IoT 掃描器不就行了嗎？

於是，我把 mDNS 的 transponder 塞到 ESP8266 裡面，然後跟據 ArozOS 的 mDNS transponder 結構寫了個這樣的 metadata 到 transponder 的回應信息裡面。以下為 hdsv2 的電源開關控制器的代碼：

//Inject zeroconf attr into the MDNS respond (For scanning by ArozOS)
void MDNSDynamicServiceTxtCallback(const MDNSResponder::hMDNSService p_hService) {
    //Define the domain of the HDSv2 devices
    MDNS.addDynamicServiceTxt(p_hService, "domain","hds.arozos.com");
    MDNS.addDynamicServiceTxt(p_hService, "protocol","hdsv2");

    //Define the OEM written values
    MDNS.addDynamicServiceTxt(p_hService, "uuid",getMacAddress());
    MDNS.addDynamicServiceTxt(p_hService, "model","Test Unit");
    MDNS.addDynamicServiceTxt(p_hService, "vendor","HomeDynamic Project");
    MDNS.addDynamicServiceTxt(p_hService, "version_minor","0.00");
    MDNS.addDynamicServiceTxt(p_hService, "version_build","0");
}

然後在 ArozOS 啟動 console 模式，並在 terminal 中輸入

scan all

便得到了區網內的 mDNS 回傳

這個時候我們就有辦法找到 IoT 裝置的 IP 地址了。

安全性問題？不會被人入侵嗎？

這也是一個好問題，但是作為開發者，我自己寫的 IoT 裝置是一定不會讓它連到外網的。所以這樣想的話，既然都是把所有東西放在 NAT 路由器後面，而且家裡都是認識的人，應該不用甚麼密碼才能控制裝置的設計吧？如果你還是不放心的話就再加一個 IoT 專用的 NAT WiFi 路由器就好了啦

噢，你問怎樣在家外面控制家裡面的 IoT 裝置？這就要說到我準備要解釋的 IoT Gateway – ArozOS 的部分了。

與 ArozOS 連接及產生控制界面

甚麼是 ArozOS

ArozOS 是一套也是由我開發的雲端桌面系統，可以架設在 Raspberry Pi 上並透過 uPnP 穿透到外網，讓我自己在外面都可以透過網頁桌面存取到我放在 Rpi 上的文件。

這東西也是開源的，可以在這裡找到：

https://github.com/tobychui/arozos

ArozOS 上的 hdsv2 控制器

ArozOS 上面有一個叫 IoT Hub 的綜合控制器，可以讓開發者把自己寫的 IoT 系統與 ArozOS 的 IoT Hub 控制界面連接。它的 Go Struct 看上去像這樣：

type ProtocolHandler interface {
	Start() error                                                                         //Run Startup check. This IoT Protocl Handler will not load if this return any error (e.g. required wireless hardware not found) **TRY NOT TO USE BLOCKING LOGIC HERE**
	Scan() ([]*Device, error)                                                             //Scan the nearby devices                                                        //Return the previous scanned list
	Connect(device *Device, authInfo *AuthInfo) error                                     //Connect to the device
	Status(device *Device) (map[string]interface{}, error)                                //Get status of the IoT device
	Execute(device *Device, endpoint *Endpoint, payload interface{}) (interface{}, error) //Execute an endpoint for a device
	Disconnect(device *Device) error                                                      //Disconnect from a device connection
	Stats() Stats                                                                         //Return the properties and status of the Protocol Handler
	Icon(device *Device) string                                                           //Get the icon of the device, see iot/hub/img/devices for a list of icons
}

只要我們把裡面要求的 function 都寫出來它就會接受這個新模組為新的 IoT 掃描器了。於是我便跟著它的架構寫了一個 hdsv2 的控制器。完整代碼可以在下面找到 （在 hdsv2 資料夾裡面）：

https://github.com/tobychui/arozos/tree/master/src/mod/iot

然後順便在 ArozOS 核心中（iot.go）加入一行以登錄這個新的控制器

https://github.com/tobychui/arozos/blob/master/src/iot.go

//Home Dynamic v2
hdsv2Handler := hdsv2.NewProtocolHandler(MDNS)
iotManager.RegisterHandler(hdsv2Handler)

這樣 ArozOS 就能使用這個控制器來掃描跟控制這套新的 IoT 系統了。

ESP8266 上的資訊接點

然後為了讓 ESP8266 可以告訴我寫的控制器這個裝置是幹麼的，到底怎樣才能控制到它，所以我特別設計了幾個 endpoint 並讓伺服器可以要求這些節點以了解系統應該怎樣控制那個裝置。以下為一個很簡單開關的 endpoint respond （在 C++ 裡寫 JSON 真的很麻煩啊）

void handle_endpoints() {
  server.send(200, "application/json", "[{\
  \"Name\": \"ON\",\
  \"RelPath\":\"on\",\
  \"Desc\":\"Switch on the device attached to the switch\",\
  \"Type\":\"none\",\
  \"AllowRead\":false,\
  \"AllowWrite\":true\
},{\
  \"Name\": \"OFF\",\
  \"RelPath\":\"off\",\
  \"Desc\":\"Switch off the device attached to the switch\",\
  \"Type\":\"none\",\
  \"AllowRead\":false,\
  \"AllowWrite\":true\
}\
]"); 
}

由於這部分實在太技術性了所以我就直接把它放到 Github，你們有興趣可以看這裡：

https://github.com/tobychui/Home-Dynamic/tree/master/Home%20Dynamic%20v2

簡單來說就是它會讓掃描器存取它的狀態（status）跟接入點（endpoints），然後讓 ArozOS 前端去產生一個對應的 UI 給使用者控制。

運作原理

而最後這系統的運作原理簡化之後大約是這樣

完成~

系統完成之後大約長這樣子

源碼與架設教學

可以在這裡找到

ArozOS 雲端桌面系統（安裝到 Raspberry Pi 上當 IoT 控制器）

https://github.com/tobychui/arozos

Home Dynamic v2 的源碼及 Arduino IDE 例子

https://github.com/tobychui/Home-Dynamic