Python可以這樣玩(26)：Arduino 與 IoT

物聯網的定義是：當今的電腦以及網際網路幾乎完全依賴於人類來提供資訊。網際網路上大約有50 petabytes（petabyte為1,024 terabytes）的資料，其中大部分最初由人來取得和建立的，通過打字、錄音、照相或掃描條碼等方式。傳統的網際網路藍圖中忽略了為數最多並且最重要的節點，人。

如果我們將這些節點換成 “物”，就不難想像何謂物聯網了，更簡潔的概念是：「物聯網是一個『物』(Things) 能自動對電腦通信，物件本身也能彼此互通的世界，它以人類利益為服務要件。」

台灣有一個i236計畫，政府自2002年以來引領企業從E化、M化、逐漸走向i-Taiwan，再加上自從2005年到現在所推動的RFID，很自然的將科技產業應用推向智慧化，並且落實於在地生活運用。

i236計畫於2010形成，內容包括「Smart Town」與「Intelligent Park」 2 個示範場域，建置發展 3 種網路：「數位網路」、「寬頻網路」與「感知網路」，主推 6 大領域含農業休閒、安全防災、醫療照護、節能永續、智慧便捷、舒適便利等。

如果要讓 Arduino 可以連上 IoT，當然要先連上Internet，在Maker圈，大概沒人不知道ESP8266吧，基於這個Wi-Fi晶片發展出的開發套件系列，這一、兩年紅透半邊天，甚至給其他通訊晶片大廠很大的壓力，想不通為什麼ESP8266會突然這麼火紅呢？的確，ESP8266的崛起走的並非晶片商所熟悉的途徑，而是站在社群的力量下異軍突起，以下提出一些觀察心得，或許能給晶片商不一樣的思維。

開宗明義地說，就是：「便宜」！去光華商場，只要199元台幣就可以買到ESP8266。第二就是豐富的支援，例如ESP8266的程式開發原本需要了解FreeRTOS即時作業系統，並用專業C語言撰寫，但之後有人為其開發撰寫Arduino IDE的外掛，如此一來只要用Arduino IDE開發環境就能撰寫ESP8266控制程式，大幅降低其程式開發的進入門檻。長相如下：

一般的書都會先介紹 ESP8266 如何接線，如何使用，這是因為這類書籍都是以電路學為出發點，目的是介紹 ESAP8266，但是我的目的不同，我是從 IoT 的觀點去討論有什麼電子元件可以使用，所以決定反過來，先從 IoT 開始。

既然是從 IoT 出發，就可以省略討論如何自己建站，取得公有IP等等步驟，我們要考慮的事情很簡單，就是申請一個現有 IoT 雲帳號，然後把感應器例如溫度濕度的值傳到這個 IoT 平台上面，可以讓我們用手機登入看到數據就行了。

十大 IoT 平台

既然要開始玩 IoT，當然必須知道目前有哪些 IoT 的平台可以用，下面的分享節錄於 DigiTime 的 “能改變企業營運方式的十大IoT平台” 這篇文章：

聯網(IoT)平台正在成為連網裝置、感測器及網路服務的樞紐。各行各業藉分析IoT平台收集的數據來設計更高效的產品、改善商業模式、提高生產力，來產生更多現金流及保持競爭優勢。然而，現今IoT平台市場高度碎片化，據估有350多種專用IoT平台。SDxCentral特別從中整理出十大能改變企業營運方式的IoT平台。

IoT研調公司MachNation預估，到2025年IoT平台產生的營收將由2016年的20億美元成長到834億美元。MachNation總裁表示，許多IoT平台被視為綜合資料和設備管理的應用支持平台(AEP)。其中最主要的十大IoT平台分別詳述如下。

一、AT&T IoT平台

AT&T IoT平台已連接逾3,000萬個IoT裝置，服務遍及200多個國家／地區。AT&T表示，其IoT平台不僅能管理大量裝置，且具靈活性和擴展性。用戶毋須重新設計核心IoT平台，即可嘗試不同類型的裝置、網路、應用程式、應用程式介面(API)和雲端環境。

AT&T IoT平台包括AT&T Flow和M2X資料服務。Flow是基於Web的開發環境，供開發者設計和部署應用程式；M2X資料服務為託管服務，能讓用戶建構服務及共享連網裝置資料，並附帶開發者工具、API存取、測試工具和SIM卡。

二、亞馬遜AWS IoT平台

於2015年推出的AWS IoT為AWS的託管雲平台，可讓連網裝置與雲端應用和其他裝置安全互動。其目標是讓硬體開發人員更輕易在產品中連結AWS Lambda、S3、Kinesis等功能，在受託管的基礎架構中創建可收集、處理和及分析資料的IoT應用。AWS IoT還有用於將裝置連接到雲端的軟體開發套件(SDK)。

三、Azure IoT Suite

微軟(Microsoft)Azure IoT Suite主要功能是作為Azure雲端服務其他Azure IoT Suite服務的入口。Azure IoT Suite可處理傳入的遙測、聚合數據及檢測事件，也能處理包括資訊和裝置的指令回應。

例如，Azure IoT Suite的Connected Factory平台即針對想將物件鏈接與嵌入控制(OPC)裝置連線到Azure的製造商而設計。Azure已與Unified Automation、 Softing和HPE等多家OPC公司合作，簡化Connected Factory平台的操作。

四、博世(Bosch)IoT Suite

博世IoT Suite基於開放原始碼標準，並提供建構IoT應用所需的中間軟體功能。博世表示，該公司已管理全球500多萬個IoT裝置，並擁有4,000多名專注於IoT的軟體工程師。

博世正在與開放原始碼軟體社區Eclipse基金會合作，以鼓勵創新及提高互通性(interoperability)。博世還與通用電器(GE)合作，增加其IoT平台的互通性，並減少IoT核心技術的碎片化。

五、思科(Cisco)Jasper

思科於2016年2月收購IoT新創公司Jasper Technologies，取得Jasper的3,500家企業客戶，為其IoT戰略奠定基礎。到2017年2月，Jasper客戶數已成長到9,000家。

思科希望藉由讓Jasper提供行動網路以外的Wi-Fi、低功耗廣域(LoRa)無線網路等連線選項，讓客戶能在相同介面下使用其他網路，進一步擴大客源。Jasper平台具備監控功能，可管理和監控裝置連線和資料用量，讓企業能預測電信費支出。

六、GE Predix

Predix為GE的工業物聯網(IIoT)平台，目前已有1.1萬多名開發人員。GE預測，在2020年之前，Predix營收將達150億美元。GE自推出Predix以來，一直藉購併擴大Predix平台的功能，並於2016年11月收購Bit Stew和Wise.io這兩家AI新創公司以強化Predix。

專注於即時數據處理的Bit Stew，適用於資料不斷被饋送到應用程式中的IoT系統；Wise.io則將機器學習應用於大量數據，並開發出可解釋客戶問題的工具，以加快解決時間。

七、Google Cloud Platform IoT Core

Google Cloud IoT Core是一種託管服務，可協助企業利用工業設備上的感測器所收集的數據。Cloud IoT Core能讓企業將其分布在全球的設備連線到Google Cloud Platform進行集中管理。客戶還能建構應用程式並將其與Google的資料分析服務進行整合。

八、IBM Watson

IBM Watson致力於為自駕車、製造業及醫療業的大量客戶創建IoT服務，目前已有6,000多名客戶使用Watson的認知安全、分析和人工智慧(AI)服務。IBM德國慕尼黑IoT總部有約1,000名研究人員、工程師、開發人員和業務經理，IBM還擁有一系列認知IoT實驗室來為客戶開發IoT方案。

九、西門子(Siemens)MindSphere

MindSphere跟奇異的Predix同樣專注於IIoT。MindSphere是開放式IoT PaaS雲端服務，能讓用戶將機器、設備、第三方應用程式和服務，以及物理基礎架構連接到平台。客戶可與西門子或第三方供應商整合，取得預測性維護服務和能源資料管理。MindSphere還提供生命週期管理軟體。

MindSphere平台客戶主要為想收集和分析營運資料的製造業客戶。例如，渦輪機製造商能使用MindSphere的資料模型深入了解其設備如何運作及客戶如何使用其產品。

十、Verizon ThingSpace

ThingSpace於2015年推出。Verizon表示，截至2016年底，其IoT業務已產生近10億美元營收。該平台有1.6萬開發人員，而Verizon已與約1,000個IoT通路夥伴合作。

Verizon已透過內部開發和購併來擴充ThingSpace的服務。例如，Verizon以24億美元收購Fleetmatics的GPS追蹤系統，使車隊營運商能監控車輛位置、燃料使用率、速度和里程。

為擴大智慧社區產品，Verizon在2016年還收購LED照明公司Sensity Systems。Verizon專注於IoT領域的五個不同市場，包括智慧社區、交通運輸、智慧電網、智慧追蹤和無人機操作。ThingSpace平台支援LTE、Wi-Fi、Zigbee和藍牙網路。

之前我買的IoT相關書籍中，介紹做多的就是 Xively ，但是很不幸的(或許應該說很幸運) Xively被 Google 收購了，也順利地讓 Google 擠進了前十大 IoT平台。不過對我們這些玩家而言，就沒有辦法再繼續使用 Xively 了。不過還好，原本的第二選擇 ThingSpeak 現在變成了第一選擇，我最近買的書裡面發現，大家都不約而同地使用 ThingSpeak，我們就直接開始吧。

ThingSpeak

我們就從申請帳號開始，請進入 ThingSpeak.com 之後，選取 Sign up 即可已開始申請帳號：

申請好了之後，還需要透過 E-mail 認證，認證之後就可以 Sign In 了，如下圖：

輸入您的帳號密碼之後，就會進入您的首頁：

建立通道

何謂通道？我們可以這樣想，如果您用 Arduino 搭配 DHT11 製作了一個溫度濕度監控器，希望定時把溫度濕度的數值傳上 IoT 雲端平台，這樣一組數值就必須透過一個通道來傳送。

雖然我們現在還沒有製作感應設備，但是可以先建立一個 Channel 來測試，請按下 New Channel 按鈕：

填完名稱之後，其他欄位可以先不要填，按下下面的  Save Channel 按鈕即可。這時 Channel 就建立完畢，首先，會看見剛才所建立的 Channel 名稱為 MyDHT11Tester。如下圖：

上圖中左下角的 Access: Private 就代表剛才所建立的 Channel 是屬於個人的，只有自己可以看見，Channel ID 則需要把它紀錄下來，未來會用到。

再往下看，就會看到目前處於 Private View 這個標籤頁，下面就會顯示剛才我們創建的兩個欄位：

API Key

接下來進入重點，我們如果要讀取或是寫入 ThingSpeak IoT 平台的時候，必須透過 API Key，所以 ThingSpeak 提供了兩組 API，如下圖：

左邊的兩個 API Key 也請複製起來並貼在某處，右邊則是說明如何下 API Request 來跟 ThingSpeak 溝通。

Update a Channel Feed 的範例如下：

GET https://api.thingspeak.com/update?api_key=MSFPC7MCUNU9K2KN&field1=0

請開啟一個瀏覽器，在網址框中貼上(GET不需要)：

https://api.thingspeak.com/update?api_key=MSFPC7MCUNU9K2KN&field1=24.7&field2=69

結果如下，出現一個1就代表成功了：

接下來回到剛才您的 ThingSpeak 首頁，切換到 Private View，就可以看到下面的結果：

在輸入一次，這時網頁會回復 2，代表輸入了第二筆，再看一次結果：

到目前為止，我們已經可以用手動的方式將溫度濕度寫入 ThingSpeak 了，改成傳感器，只不過是用程式將我們剛才輸入的字串改成電腦輸入而已。另外，我們也已經知道如何使用 DHT11，所以剩下的部分，就是如何讓我們的感應器連上網路了。

待續...