Arduino、Web到IoT

從程式人角度看Arduino這類開發板與相關電路模組，實際上可視為軟體的延伸，它們使得開發者可以與實體世界的資訊做連結，近來IoT概念興起，開啟了這類連結更多可能性。

姑且不論IoT背後一些被炒作的概念，網路應用程式開發，本就是程式人擅長之領域，若可以透過網路控制開發板，實際上就給了軟體開發者更多的可能性，而在實現這些可能性時，現階段無論軟硬體，都有非常多的資源可供選擇。

Arduino與Web伺服器

如果想透過瀏覽器來控制Arduino，基本上要有個Web伺服器進行請求處理與回應，若Arduino硬體上沒有網路支援（例如單純使用Arduion Uno），可透過電腦來運行Web伺服器，再由Web伺服器與Arduino進行溝通。

目前來說，有現成的一些軟體具有這類功能，像是為了降低孩子們接觸Arduino困難的S4A（Scratch for Arduino），就內建有Web伺服器（命名為遠端感應器），可透過瀏覽器傳送請求給Web伺服器，訊息在Scratch中以廣播方式，讓訂閱對應訊息的程式積木可以進行相關流程，例如，讓Arduino角色的積木，可以控制LED的開與關。

透過S4A內建的Web伺服器作代理，解決了自行撰寫伺服器的問題，不過，在網頁操作時的使用者介面設計上，必須自行處理，在網路上有幾個名稱同為WebDuino的專案，其中node-webduino是基於node.js實現，它使用http模組來建立Web伺服器，並使用socketstream作為Web框架，實現了現成的網頁操作介面，當然，因為操作介面本身就是HTML、JavaScript、CSS組成，讓前端工程師，可以只使用前端技術，就作出讓網頁（以及行動裝置）與Arduino互動的應用程式。

實際上，電腦上建立的Web伺服器是作為代理（Proxy），當接收到瀏覽器請求時，處理並轉發訊息給Arduino，在Arduino官方網站最新的〈Interfacing with Other Software〉文件中，提供了各種軟體與Arduino互動的方式，而電腦與Arduino的溝通方式，基本上是透過serial頻道，如果開發者熟悉某個語言，可以基於該語言，實現自己的Web伺服器。

比方說，在Arduino官方網站〈Arduino + Python〉文件中，提供了Python如何透過pySerial從Arduino讀取資料，以及如何將資料傳送給Arduino的範例，因而，開發者可以使用Python建立一個簡單的Web伺服器，結合pySerial，就可以實現一個透過瀏覽器，讀取相關感應器資訊，或者是設定Arduino相關腳位的應用程式。

當然，並不是每個語言，都能提供與serial頻道溝通的功能（像是Flash），這時可以透過現成的代理伺服器程式，例如在Arduino官方網站上的〈Serial-to-Network Proxies〉，就提供各種代理程式，有些本身很簡單並提供原始碼，像是〈JavaProxy〉，如果開發者熟悉Java，可以基於它來做與Arduino的進一步整合；實際上，若從不懂node.js的前端工程師角度來看，方才介紹的node-webduino，就是一種代理伺服器程式。

硬體上的網路支援

顯然地，無論透過以上何種方式，都得有個電腦執行Web伺服器，而Arduino板子必須與電腦銜接，如果想要獨立地運行Arduino，那麼Arduino板子就必須有硬體上的網路功能支援，這可以透過外接網路模組，或者使用內建網路連線能力的Arduino板子來達成。

舉例來說，在Arduino官方網站〈Web Server〉文件中，介紹了如何在Arduino Uno加上Arduino Ethernet Shield這塊板子之後，以Ethernet程式庫建立網路伺服器，Arduino Ethernet Shield必須透過有線網路連結，如果要透過無線網路，可以在Arduino Uno加上Arduino WiFi Shield，在Arduino官方網站〈WiFi Web Server〉文件中，就有如何透過Wifi程式庫建立網路伺服器的相關介紹；另一個也常見的ESP8266 WiFi模組，也有對應方式建立伺服器。

如果想在Wiznet-based Ethernet shields（像是Arduino Ethernet Shield）上頭，建立功能更豐富的Web伺服器，可以使用GitHub上sirleech/Webduino，這是個名稱同為WebDuino的專案，它進一步提供了JSON/RESTful介面，以及HTTP Basic Authentication等功能。

如果想要同時具備有線與無線功能，可以使用Arduino Yún這塊板子，除了提供有線與無線網路之外，這塊版子本身具有兩個微控制器，其中一個運行Linux發行套件Linino，這表示開發者可以在上頭運行Linux的各種功能，像是用Python寫好程式，在Linino上安裝，然後使用Arduino官方語言來呼叫。

使用Arduino Yún的話，可以透過YunServer程式庫建立Web伺服器，開發者基於這個伺服器設計REST API，比方說，可以設計為透過瀏覽器直接呼叫arduino.local/arduino/digital/13/1時，在Arduino執行digitalWrite(13, HIGH)，或是呼叫arduino.local/arduino/robot/turnright時，讓Arduino機器人右轉。

雲端IoT服務

Arduino硬體資源有限，雖然可以在板子上直接運行Web伺服器，但想要將所有功能都放上去是不可能的，目前有不少雲端服務，提供了應用程式常用的後端功能，可以將感應器的資料傳送至這類服務提供的IoT伺服器，由它們來記錄、儲存資料。

以Thingspeak為例，開發者可以為某個Arduino設備建立Channel，設定要儲存的資料欄位，取得API Key，之後就可以透過API Key與對應的欄位值，以HTTP方法將感應器的資料發送至Channel並儲存。

有些雲端服務更進一步地，提供了各種語言的API，而且提供了快速建立App的流程，例如開發者熟悉的Parse，在建立App並取得Application ID與Client Key之後，還提供了線上測試範例，開發者也可以直接複製程式碼加入自己的專案之中。

Parse日前在Facebook的F8開發人員年度會議上，發布了Parse for IoT，直接提供了對Arduino的支援（目前第一塊支援的板子是Arduino Yún），讓使用Arduino的開發者更為方便。

實際上，Arduino Yún是Temboo與Arduino聯合開發的板子，自然地，Temboo提供了對Arduino Yún最直接的支援，Temboo提供與多種熱門網路服務的連結，開發者可以將資料發布至Google試算表，或者是Twitter等服務，除了GitHub、Google Docs、Gmail、Twitter、Facebook等服務的串接之外，Temboo也提供了與Parse的API整合。

務實的物物相聯

當然，就現今IoT概念中，希望進一步做到的一點，是能夠物物相聯，每個物品與另一個物品直接溝通，而不單只是由人透過Web來操作相關設備。

以S4A的作法為參考的話，可以由一臺電腦當作廣播伺服器，而其他電腦連接至廣播伺服器，這麼一來，任一臺電腦發出廣播訊息，其他電腦都能收到，從而使得與電腦連接的各個Arduino設備，可以實現彼此溝通的效果，在不使用S4A的情況下，也可以使用熟悉的語言來實現類似的概念。

至於Arduino板子銜接網路模組，或者是直接使用Arduino Yún，由於本身具備網路功能，只要透過相對應的網路程式庫，就可以做到彼此溝通。

就現今而言，想要讓Arduino（或其他開發板）能結合網路，無論是軟體、硬體模組或者是後端服務，幾乎就是一個要什麼有什麼的狀態，而且都包裝為簡便易用的軟體介面，姑且不論IoT背後有一些被炒作的概念（像是BigData等），程式人可以透過網路控制板子，真的就可以玩好多東西，因此，下次如果又想到「若是能直接透過網路控制某個物品就好了」的時候，那就動手試試看吧！