Beaglebone Black– 智能家居控制系统 LAS - 网页服务器 Node.js 、Web Service、页面 和 TCP 请求转 UDP 发送...
上一篇,纯粹玩 ESP8266,写入了 init.lua 能收发 UDP。这次拿 BBB 开刀,用 BBB host 一个 web server ,用于与用户交互,数据来自 ESP8266 的 UDP 交互结果。本来,ESP8266 能直接用 TCP,但我希望广播 UDP 来做自动发现,那服务端和设备端统一全部用 UDP 交互吧,服务端再通过 HTTP 与客户端交互。
以下过程,与 Linux 上面搭 web 没有区别。我选择用 node.js,没有什么特殊原因,只是因为它本来就跟着 BBB debian distro 一起装好了的。为求快捷,也搭着 Express 一起用。我要用最高速度完成这个东西来,试试而已,Node + Express 很快能搞定。
安装
首先,BBB 上面要有 node,确认一下在不在:
node –v
当然在。然后当前看看端口
netstate –tlpn
这里看到,80,是 systemd 用掉,就是 bone101 那一页介绍页面,3000 也是,Cloud9 IDE 的。两者都可以关掉,关掉对应的服务即可(bonescript.socket 和 bonescript.service)。8080 端口,是 apache2 。那我用 4001 吧。也是没有原因的。好,继续。
在某某文件夹里面创建一个子文件夹 /root/lasapp,然后 npm init,按需输入一些参数,它会帮我生成 package 档,然后 npm install express –-save,其后等它安装就好了。具体方法请参看这里:http://www.expressjs.com.cn/starter/installing.html
热身, Hello World 一下,app.js:
var express = require('express'); var app = express(); app.get('/', function (req, res) {res.send('Hello World!'); }); var server = app.listen(4001, function () {var host = server.address().address; var port = server.address().port; });
然后 node app.js。用电脑打开浏览器输入对应地址 http://192.168.7.2:4001/ 就会看到 Hello World,十行代码不到,够快了吧。
我准备做的,整个过程,是由一个网页上的点击,触发服务器发送 UDP 广播,然后接上一篇的 ESP8266 UDP 接收。然后ESP8266,或者多个不同的 ESP8266,响应后把它们回传报上来的身份标识,服务负责处理回传保存到数据库,页面定时刷新从数据库取值。一个人项目,蓝图在心中。简单写一下的话,是分开前端,后台两个,后台分开静态页、UDP、和 web service 三个部分。随便从哪里开始,那就从前端那里,页面吧。
前端页面
IDE 我用 webstorm,在 windows 写好 cp 过去 BBB 上,随便拿个 Bootstrap 模板改就是:
模板来自一个什么二十分钟搭好 bootstrap 的博文,其实不需要二十分钟,Copy & Paste 然后改文字而已。任何模板都能做,甚至是直接手敲 HTML 也不会有问题。关键是中间的部分,将会用 JS 从 web service 获得 JSON (设备列表)把它填上。中间还有一个绿色按钮“重新搜索设备”,要有 web service 响应处理设备搜索(就是 UDP 广播)。
页面样式大概弄好了就拷过去 BBB 先。把档案打包成 lasapp.tar (在 windows 用 7z),然后 pscp (putty 自带的远程 copy、cp 工具)去 BBB 上。
pscp lasapp.tar root@192.168.7.2:/root/lasapp.tar
然后到 BBB 上 在 lasapp文件夹内,创建 public 文件夹:
mkdir public
在 public 文件夹内解压:
tar –xf ~/lasapp.tar
最后修改刚才hello world 那个例子的 app.js 加入静态文件把 public 文件夹放出来,和根目录 GET 时候传送 index.html:
var express = require('express'); var app = express(); app.use(express.static('public')); // 配置静态文件路径 app.get('/', function (req, res) {res.sendFile('index.html'); // 之前是 send(‘Hello World!’) }); var server = app.listen(4001, function () {var host = '192.168.7.2';var port = server.address().port; });
然后运行测试一下,没问题就下一步,web service。
后台服务
BBB 空间有限,UDP、网页服务器、Web Service 三者都能在 node 实现的话,那就不装其他,就用 node 。快速做一遍三个分别是怎样在 node 实现。
测试 Web Service 与发出 UDP
写个 api.js 先,创建一个 api 文件夹然后在里面 vim api.js :
exports.udpService = function(port,bc_addr){ var dgram = require('dgram'); var port = port; var bc_addr = bc_addr; var queryTxt = '{"cmd":"0"}'; var queryMsg = new Buffer(queryTxt); var client = dgram.createSocket('udp4'); client.bind(port, function(){ this.setBroadcast(true); this.setMulticastTTL(128); }); return { query : function(req,res){ client.send(queryMsg,0,queryMsg.length,port,bc_addr); res.sendStatus(200); } }; };
node 可以发 datagram(UDP),API 请参看这里:
https://nodejs.org/docs/latest-v0.10.x/api/dgram.html
代码 api.js 的 query 方法是接受到请求时候,对广播地址(bc_addr)的特定端口(port)以 UDP 包方式发出一个字符 {“cmd”:”0”}。注意 setBroadcast 和 setMulticastTTL 两个方法都必须在 bind 绑定完成后才能操作,所以我放了它在 callback 内。
完成需要告诉客户端,搞定了没问题,STATUS 200 OK。
关于广播
IPv4 中,掩码 subnet mask,是指定子网的方式。一个 192.168.7.0 作为 network prefix 指定了掩码 255.255.255.252,等于 2^8 – 252 = 4个地址,这四个 192.168.7.0 至 192.168.7.3 之中,第一个 192.168.7.0是 network prefix,最后一个 192.168.7.3 是 broadcast address 广播地址,只有余下的 192.168.7.1 和 192.168.7.2 两个地址可以用作 host 主机。博文中 BBB 插着 USB 不插网线默认就是这个网段,BBB 用 USB 共享网络时本身 IP 用 192.168.7.2,电脑这时候应该设置为 192.168.7.1,因为不改 BBB 地址网段的情况下,你别无选择,余下只有一个主机地址可用。用这个子网,要发广播,这子网的广播地址是 192.168.7.3 了。而 255.255.255.255 就是公网以外,全物理网段广播,不区分割开了多少个子网。
Multicast TLL 这 Multicast 这个字是来自 IPv6,IPv6地址分三类,Unicast、Anycast、Multicast。Unicast 是给单独一个主机接收,Anycast 是给最近的一个主机接收,Multicast 是给网段所有主机接收,Multicast 意义上就是 IPv4 的 Broadcast。TTL 全写是 Time To Live,意义是封包的存活时间,实际上实现的时候,它是每到达一个节点就会减一,直到 0 时候它就会不再被传送。所以它并不是一个实际时间值(多少毫秒等等)。直接插 USB 连然后对一个只有两个主机地址的网段广播而且设置 TTL 128 其实是没有任何意义,这里面没有 128 个节点。看不惯就把上面代码那句删掉吧。能设置的范围是 1-255,默认值是 OS 指定,我没有查看 BBB 的 Debian 默认值是多少,据说是 1。
有兴趣研究可以参考:
https://en.wikipedia.org/wiki/IP_address
https://en.wikipedia.org/wiki/Subnetwork
http://tools.ietf.org/html/rfc4291#section-2
书的话只需要一本,TCP/IP Illustrated Vol 1 The Protocols,Richard Stevens,ISBN: 9780321336316
要调用它,就需要在app.js那边开GET接口。/query 接到 GET 请求就调用这个 api.js 里面的 query 方法。现在修改 app.js:
var express = require('express'); var app = express(); var api = require('./api/api'); // 引用才能使用 api.js var svc = new api.udpService(4000,'192.168.7.3'); // 利用 api 创建 udpService 实例app.use(express.static('public'));app.get('/',function(req,res){ res.sendFile('index.html'); });app.get('/query', svc.query); // 调用 query 方法var server = app.listen(4001, function(){ var host = server.address().address; var port = server.address().port; console.log('app listening at http://%s:%s',host,port); });
下一步,修改 index.html 把图中绿色按钮的点击,用 ajax 请求发到 /query,就完成了。简单点比如就 <a …… οnclick="$.ajax({url:'/query'})"> … 。
最后一步,BBB 插上电源和网线,广播地址改为正确值。web 请求就是这样和 UDP 广播连在一起(/query 的 GET 请求收到后,触发 udpService 的 query 方法)。效果 ok 就来真的了。
整体后台代码
由于空间所限,数据量小,并发少,数据库用 Sqlite 我够了,喜欢其他的请自行修改。首先安装一下 Sqlite3,去到之前建的 lasapp 目录,然后:
npm install sqlite3 –-save
新版的 express 已经没有了内置 body parser,要自己装再自己加入中间件,这样安装:
npm install body-parser
然后可以写代码了,看看我的最终版代码:
/lasapp/app.js
var express = require('express'); var app = express(); var api = require('./api/api'); var bp = require('body-parser');var svc = new api.udpService(4000,'255.255.255.255');app.use(express.static('public')); app.use(bp.json()); app.get('/',function(req,res){ res.sendFile('index.html'); });app.get('/query', svc.query);app.get('/devices/getAll',api.deviceService().getAll);app.put('/devices', api.deviceService().save);var server = app.listen(4001, function(){ var host = server.address().address; var port = server.address().port; console.log('app listening at http://%s:%s',host,port); });
与之前代码区别有几个地方:
- 它引用了 body-parser 并且在 app.use 启用了 json 中间件,目的是对 body 解析 JSON https://www.npmjs.com/package/body-parser
- udp 广播地址用了 255.255.255.255 全物理网段广播
- 多了两个接口
- get /devices/getAll
- put /devices
- 两个接口对应调用了 deviceService 里面的两个方法
看看 api.js 里面是怎样的:
/lasapp/api/api.js
exports.dbHelper = function(){var sqlite = require('sqlite3').verbose();var db = new sqlite.Database('lasdb.db');db.serialize(function(){db.run("CREATE TABLE if not exists devices(guid TEXT, dType TEXT,displayName TEXT)");});return {saveOrUpdate: function(device,callback){db.get("SELECT guid FROM devices WHERE guid=?",device.guid,function(err,row){if(err===null && row === undefined) {db.run("INSERT INTO devices VALUES (?,?,?)",device.guid,device.dType,device.displayName);} else if (err===null) {db.run("UPDATE devices SET displayName=? WHERE guid=?",device.displayName,device.guid);} else {console.log(err);}});var getType={};if(callback && getType.toString.call(callback)==='[object Function]'){callback(device);}},getAll: function(callback){var result;db.all("SELECT guid,dType,displayName FROM devices", function(err,rows){if(err!==null){console.log(err);return;}var getType={};if(callback && getType.toString.call(callback)==='[object Function]'){callback(rows);}});},closeDB: function(){db.close();}}; };exports.deviceService = function(){return {getAll: function(req,res){var dbHelper = new exports.dbHelper();dbHelper.getAll(function(r){res.set({'Content-Type':'application/json'});res.send(r);dbHelper.closeDB();});},save: function(req,res){var dbHelper = new exports.dbHelper();dbHelper.saveOrUpdate(req.body,function(r){res.set({'Content-Type':'application/json'});res.send(r);dbHelper.closeDB();});}}; };exports.udpService = function(port,bc_addr){var dgram = require('dgram');var port = port;var bc_addr = bc_addr;var queryTxt = '{"cmd":"0"}';var queryMsg = new Buffer(queryTxt);var client = dgram.createSocket('udp4');client.bind(port, function(){this.setBroadcast(true);this.setMulticastTTL(128);});client.on('message', function(msgRec,remote){var msg = msgRec.toString();if(msg==queryTxt){return;}var cmdObj;try {cmdObj = JSON.parse(msg);} catch(e) {console.log('Improper JSON literial received.');console.log(msg);return;}if(!cmdObj.cmd){console.log('JSON object format error.');return;}console.log('From:'+remote.address+' Port:'+remote.port+' > '+msg);if(cmdObj.cmd==2 && cmdObj.dType){var dbHelper = new exports.dbHelper();dbHelper.saveOrUpdate(cmdObj,function(){dbHelper.closeDB();});} else {console.log('cmd code not recognize or dType missing.');}});return {query : function(req,res){client.send(queryMsg,0,queryMsg.length,port,bc_addr);res.sendStatus(200);}}; };
三大块,一个 dbHelper 做数据层用来和 Sqlite 数据库交互,数据层方法除了closeDB 其他全部有 callback可配置,两个服务分别负责 UDP 处理和 Web Service 的处理。
udpService 除了一些参数验证之外,就是 on(“message”,….) 监听 UDP 包到达,到达后调用 dbHelper 保存或更新值,最后 udpService 实例只开放一个方法,query,用来发出广播 UDP 包。
deviceService 只有 save 和 getAll,两者对应 dbHelper 里面的方法,查询完成后 res.send。
不复杂,然后测试一下:
整体集成测试
用node app.js 启动。
首先用 POSTMAN 对 /query 发 get 请求,另外用工具监听,看看 UDP 是否正常广播。
然后用工具,发三个 UDP ,分别是 guid:0001, 0002 和 0003,模拟 ESP8266 对 cmd:0 命令的响应。
{"cmd":"2","guid":"0001","dType":"powerPlug"}
{"cmd":"2","guid":"0002","dType":"powerPlug"}
{"cmd":"2","guid":"0003","dType":"powerPlug"}
或者再发多一次 guid 0003 看看它有没有重复插入(当然不会)。
然后 POSTMAN 模拟 /devices/getAll 的 GET 请求,看看返回值是否正常。
再试试 PUT,对 /device 发出 PUT 请求,模拟网页对 displayName,智能设备的显示名进行更新,PUT 的 body 为:
{"guid":"0003","dType":"powerPlug","displayName":"主卧插座1"}
记得 Header 加上 Content-Type = application/json
最后再对 /device/getAll 发出 GET 请求看看是否更新正确:
API 初稿就这样完成。改一下页面,让它触发对应的 web service ,或许加个定时自动刷新页面,整个项目初稿就搞定了。代码有太多的改善空间,太混乱半成品不放 GIT 出来了,做好先。
下一篇,智能插座接线,和加上从 UDP 包接收,触发 GPIO 高低电平控制电源开关。整个项目在下一篇就完成了。
重要参考
Node.js | http://nodejs.org/ |
SQLite | http://sqlite.org/ |
node-sqlite3 API | https://github.com/mapbox/node-sqlite3/wiki/API |
node-sqlite3 流控制、同步异步关闭等 | https://github.com/mapbox/node-sqlite3/wiki/Control-Flow |
Expressjs | http://expressjs.com/ |
Expressjs 中间件 | http://www.expressjs.com.cn/guide/using-middleware.html |
Expressjs 其他有用模块列表 | https://github.com/expressjs |
Expressjs Process Manager | http://expressjs.com/en/advanced/pm.html |
Project Style Template (仅供参考) | https://github.com/jshttp/style-guide/tree/master/template |
body-parser |
https://github.com/expressjs/body-parser https://www.npmjs.com/package/body-parser |
IP / Broadcasting / IPv6 |
https://en.wikipedia.org/wiki/IP_address |
Postman | https://www.getpostman.com/ |
网络调试助手 | http://www.onlinedown.net/soft/47906.htm |
Bootstrap 秒速入门(所谓的二十分钟打造站点) |
http://www.revillweb.com/tutorials/bootstrap-tutorial/ http://www.w3cplus.com/css/twitter-bootstrap-tutorial.html |
我曾经买过 Theme 的网站,有个别设计质量相当高 | http://themeforest.net/ |
我在这群里,欢迎加入交流:
开发板玩家群 578649319
硬件创客 (10105555)
转载于:https://www.cnblogs.com/leptonation/p/5181985.html
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