使用 NODE-RED 開發物聯網讓你輕鬆 EASY 好上手

(photo by Tim Regan)

Node-Red 是一個使用瀏覽器介面的強大物聯網 (IoT) 開發工具，其視覺開發環境以流程 (flows) 為基礎，使應用程式撰寫更加簡易。本文將探索如何使用 Node-RED 以及 flows 開發 IoT 應用程式。
其程式語言涵蓋範圍相當廣，包含了多種的程式設計風格以及範例。其中以指令式以及物件導向程式設計主宰這個領域，但也有為生產軟體以及快速將點子原型化的替代選擇。
Node-RED 採取另一種方式來開發軟體。首先，它是一個視覺開發語言。 Node-RED 致力於流程化程式設計，替代以逐行的文字語句敘述撰寫程式。
這些流程由相連的節點構成，每一個節點代表特定的功能 (見圖一)。雖然 Node-RED 是用來設計物聯網的程式語言，但其應用範圍不限於此。

圖一 Node-RED 開發之示範流程

Node-RED 相對來說是較年輕的環境，源於 IBM ，隨後於 2013 年被釋放為 open source 。這個工具當初被設計為物聯網程式設計工具，但由於他的簡便以及廣泛的可用性而使其成長。接下來讓我們探討 Node-RED 的精神，以及如何在物聯網設計上，迸濺出新的火花。

以 Node-RED 設計一個簡單流程

讓我們回到圖一，以了解 Noed-Red 的程式設計概念。
左邊是節點面板，列出了您的程式可用的節點選項。中央面板則是編寫您的流程的位置。在這個範例中兩個節點已被定義，第一個是一個輸入節點，他會在一個自定的時間間隔創造訊號（我把他配置成每 5 秒產生一個時間戳記訊號，如圖二）這個節點連接著一個 debug 節點，您可以由此擷取資料到 log 。這個節點名為 msg.payload ，標示著將被擷取的資料。最後，在最右側是 debug 輸出。圖中三個區塊都是自 debug 獨立輸出的結果，您可以發現時間戳記恰好是五秒為間隔。

圖二輸入節點的設定

這是一個簡易的流程，展示了 Node-RED 的開發精神。一個輸入節點產生時間戳記訊息，以及一個 debug 節點接收訊息並顯示於 debug log 。

節點與節點種類

Node-RED 包含了相當豐富的節點，會讓您馬上具備生產力。圖三是輸入以及輸出節點，其允許 MQTT 訂閱與接收主題 (topics) 、輸出 MQTT 主題至中介器 (broker) 、透過 HTTP requests（以及建構 HTTP response）設計網路服務，以及可以創建伺服器的低階 TCP 、 UDP 服務，接收輸入以及產生輸出。

圖三：Node-RED 輸入和輸出節點

圖四為過程節點。透過這些節點，您可以（用 JavaScript）撰寫自己的節點功能，產生用作定時觸發的訊息，以及限制流量的延遲訊息。您也可以經由 switch 節點和其他豐富的條件表達節點，基於訊息的內容改變其途徑（或刪除訊息），並且端看使用者自行定義的動作重新佈建數字訊號的範圍。最後，解譯多種類的輸入資料格式，並轉換他們。

最後一組節點名為進階節點（圖五）。這些節點涵括多種的應用方案，包括收發電子郵件，和執行敏感推特文章掃描。您可以自存放區收發訊息並自檔案系統監看變化。最後，您可以監看 RSS / Atom feed，甚至在作業系統 spawn（執行多工副本）或執行指令。

圖五 Node-RED 進階節點

要是您沒找到需要的節點（例如臉部辨識系統，或是其他物理裝置介面）您也可以下載新的節點。現在，讓我們看看較為複雜的流程設計。

於 Node-RED 建造一個較為複雜的流程

Node-RED 真正的力量在於其物聯網上的應用程式。在這個範例中，您將讀取嵌入式裝置感應器，並將其資料分散使用。在接下來的流程中，如圖六，您第一會注意到的是，針對兩個您要監控的感應器，會有兩條流程而非一個。第一個感應器會有週期性的搜集資料，並只在超越一定的範圍時啟動功能（用作警報）。當超過範圍時，同時將訊息結果繞至 MQTT 作為警報標題，以及 log 檔案。
第二個感應器也是週期性的搜集的資料。請總是 route 到 MQTT 為另外一個主題，以及一個 log 檔案。 Node-RED 為您提供這種平行方式作為其程式設計樣板。

圖六較為複雜的輪詢流程

Node-RED 允許以許多節點建構許多流程，因此您可以用做執行搜集本地資料，並於嵌入式裝置中操作，或於伺服器中接收資料，甚至更複雜的操作。

使用樣板

Node-RED 是基於 Node.js ，一個伺服器端執行時開源開發環境。
它支援事件驅動導向樣板（event-driven），適合於 Node-RED 非同步的流程導向環境。
您可在 Node-RED 上建造流程並執行於嵌入式裝置，例如 Intel® Edison 運算模組以及 Arduino- Intel® Galileo 認證的開發板。這些裝置走在物聯網生態的尖端，並與最新的硬體介面直接互動，如溫度感應器，以及 drive motors 。
您也可以在閘道裝置上執行 Node-RED ，例如 Intel® IoT Gateway 。在這個樣板中，您可使用 Node-RED 與許多本地 edge 運算裝置溝通，以搜集運算其資料，分發這些資料到 MQTT 中介器作為進一步用途。
在這兩種使用樣板中， Node-RED 執行於這些裝置上：只需將瀏覽器自網路連接到裝置上以建構測試流程。如此，開發與測試環境以及運行皆在裝置上。

結論

在視覺方面， Node-RED 是一個串接功能強大，流程搜集、處理並分發資料的程式撰寫工具。 Node-RED 提供豐富的節點組，引領您進入這邊寫樣板，同時您可以下載大量的節點和流程以套用於您的應用程式。最好的是，您可以帶著最喜歡的 Intel 開發板或物聯網閘道器，安裝 Node-RED 並以最少的時間和精力執行。這個使得 Node-RED 成為物聯網生態中必要的部分。

【IoT應用開發】Node-RED的特色:
1.視覺化開發:用拖拉圖型的方式撰寫簡單的程式
2.串接節點即可構成流程:可快速地建立IoT應用雛型

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