物联网设备最受欢迎的目的地是遥测收集。 迄今为止，云物联网服务的价格已经下降了很多，甚至普通普通用户也负担不起使用它们的费用。 今天，我们将讨论如何使用Lua语言从NodeMCU板向云发送数据。
注意：我们将继续阅读Hacker杂志的文章的完整版本系列。 作者的拼写和标点符号得以保存。
我请作者发言。
由于我在Microsoft技术堆栈中工作，因此我使用Azure功能和表存储来创建IoT解决方案的云部分，但是我的NodeMCU和Lua的PoC也可以与其他IoT解决方案的云提供商一起使用。
资讯
Expressif NodeMCU是最便宜的主板之一，带有Wi-Fi，微型USB和板载编程器。 它基于ESP8266模块。 第二代板的价格约为6-7美元。 您可以通过Arduino IDE使用该板。 此外，该板还支持一种称为Lua的脚本语言（从葡萄牙语翻译为“ Moon”）。
连接并配置设备
为了在Windows下识别设备，您需要从以下链接下载驱动程序： CP210x USB至UART Bridge VCP驱动程序
NodeMCU的标准串行端口速度为115'200bps。 您可以设置不同的速度，在第一次重置设备时，它将返回到115200。
将驱动程序设置为完全相同的速度非常重要：
韧体
初始固件很可能会遗漏某些东西，因此理想情况下请自己刷新设备。 有几种构建固件映像的方法。 使用云服务 ， Docker映像或使用Linux的说明 。 我使用云服务收集了。 我也建议您使用此选项。
如果需要将数据发送到云，则选择所需的功能是SNTP，MQTT，HTTP（默认情况下已选择WiFi，计时器，文件，GPIO，网络，节点，UART）。 还需要在其他选项中标记为必需的TLS / SSL支持
带有bin文件的链接包含在邮件中。 更准确地说，即使有2个链接也会立即出现。 一个带有支持浮点运算的映像，第二个带有不支持浮点运算的映像。
刷新ESP8266之前，必须将其置于特殊模式。 板上有一个单独的FLASH按钮。 在加电期间按它或按复位会使设备进入引导加载程序模式。 如果您的电路板修改没有这样的按钮，则在闪烁之前，您需要将GPIO0连接至GND并按reset（此方法适用于ESP-12）。
可以使用PyFlasher实用程序来刷新固件。 名称中的Py表示应用程序是用Python编写的。 也有nodemcu-flasher ，但是很长一段时间没有更新。 我没有尝试过。
PyFlasher窗口如下所示：
根据使用的板卡选择闪光模式。 大多数基于ESP8266 ESP-12和ESP32模块的现代主板都使用DIO模式。 ESP8266 01到07适合更快的QIO模式。 ESP8285使用DOUT。
IDE设置
从ESPlorer链接下载免费的IDE。 另外，还有ZeroBrane Studio 。 我最喜欢ESPlorer，因此我将举一个使用它的示例。 ESPlorer用JAVA编写。 应用程序界面是
左侧是代码，设置和其他一些类似的功能。 右侧是监视窗口和设备管理命令。 打开应用程序，选择端口。 设置交换发生的速度（最有可能是115200），然后单击“打开”。
要预热，您可以运行一个简单的脚本，该脚本以内置的LED闪烁：
LED = 0 gpio.mode(LED, gpio.OUTPUT) function flash_led() gpio.write(LED, gpio.LOW) tmr.delay(500000) gpio.write(LED, gpio.HIGH) end tmr.alarm(1, 1000, tmr.ALARM_AUTO, flash_led)
如果您的板上没有内置LED（或者您完全厌倦了LED =闪烁的示例），那么您可以尝试执行一个更简单的脚本来显示该行：
print("Hello from Lua!")
创建.lua文件（例如test.lua）后，向其中添加代码并将其保存到磁盘，然后可以将其下载到设备中。 为此，请打开未打开的端口（“打开”按钮），然后单击“上载”按钮。 您可以在代码下方的按钮（左侧）中找到它。
下载文件后，您可以通过发送以下命令来执行该文件：
dofile("test.lua")
可以在显示器右下方的下部字段中手动输入命令。 或者，如果您不想输入任何文本，则可以单击“重新加载”按钮（右侧最右边的按钮）。 单击此按钮后，您将收到一个按钮列表，其中在板上加载了.lua文件。 单击带有文件名的按钮将启动该文件以执行。
如果要在打开主板后立即启动文件，请创建一个名为init.lua的文件。
配置云部分以使用设备
让我们离开设备一段时间，然后在云中创建它的两倍。 最近，可以使用新功能在Azure门户上直接创建双设备。 在名为“资源管理器”的IoT中心设置组中，您需要选择IoT设备并单击“ +添加”
要将设备连接到IoT中心，我们需要生成SAS（共享访问签名）。 为了生成SAS，使用了设备双键，可以使用一些辅助实用程序（设备资源管理器，iothub-explorer，用于Azure CLI 2.0的IoT扩展）来获得它。 但是最简单的方法是，通过转到IoT中心-> IoT设备，在Azure门户上的同一位置获取密钥。
SAS可以在设备上生成，也可以使用其任何在线服务生成。 如果您使用SDK，则它可以自动为您生成SAS（足以在代码中指定设备的双键）。
在特定的有限时间内由Web服务生成SAS令牌的方式稍微更安全。 虽然有一定的细微差别。 如果仅将设备名称发送到服务，则有人可以搜索名称以获取其他设备的令牌。 因此，为了使过程更加安全，我建议采用以下解决方案：让我们将设备双键的Azure哈希保存在设备上。 在服务代码中，在生成SAS之前，我们将检查哈希值是否与设备密钥的哈希值匹配。 因此，有可能仅知道设备名称和其密钥的哈希来获得SAS。
在设备上生成SAS的第一种方法更简单，更方便，但安全性稍差。 由于在获得对设备的访问权限之后，攻击者将能够获取密钥并自行生成SAS设备。 在第二种情况下，访问设备后，破解者将只能接收寿命有限的SAS令牌。
事实证明，如果黑客可以访问设备，那么这两种方法基本上都不理想。 即使使用VPN保护连接也无济于事。 在这种情况下，传输通道将受到保护，但是将设备拿到手中的人将可以访问该通道。 不幸的是，在NodeMCU，Arduino等设备上 无法将密钥/密码存储在任何安全存储中。 低成本物联网设备市场可能需要新的硬件功能。
为SAS生成创建Azure功能
作为一项在线服务，最容易使用Azure功能。 这些独特的片段可以立即在浏览器的Azure门户中编写。 开个玩笑，但您甚至可以通过智能手机进行编程。 当然，没有人禁止从Visual Studio创建和调试它们，然后才以编译形式将其发布到Azure。
该功能的任务是执行一些通常不是很复杂的操作。 根据微服务的想法，每个功能都可以做一件事，但这非常好（单责任原则）。
您可以通过填写简短的表格在门户上创建一个Azure Function应用
消费计划仅允许您为已落实的那些功能调用付费。 这是最便宜的选择。 目前，有100万个免费的功能调用。
请注意，随着功能的创建，还将创建辅助数据存储（存储）。
创建功能应用程序后，您可以创建功能本身。 在这种情况下，我们需要像Webhook + API这样的函数。 该功能可能对所有人开放（匿名访问），并且可能仅对特殊代码的所有者可用。 通过单击</>获取函数URL链接，可以从带有函数的窗口中获取代码：
函数可以用多种语言编写。 我更喜欢C＃。
using System.Net; using Microsoft.Azure.Devices; using Microsoft.Azure.Devices.Common.Security; using System.Globalization; using System.Security.Cryptography; using System.Text; public static async Task<HttpResponseMessage> Run(HttpRequestMessage req, TraceWriter log) { string deviceid = req.GetQueryNameValuePairs() .FirstOrDefault(q => string.Compare(q.Key, "deviceid", true, CultureInfo.InvariantCulture) == 0).Value; string hash = req.GetQueryNameValuePairs() .FirstOrDefault(q => string.Compare(q.Key, "hash", true, CultureInfo.InvariantCulture) == 0).Value; if (String.IsNullOrEmpty(deviceid)) return req.CreateResponse(HttpStatusCode.BadRequest, "device id missing"); if (String.IsNullOrEmpty(hash)) return req.CreateResponse(HttpStatusCode.BadRequest, "hash missing"); var resourceUri ="ArduinoDemoHub.azure-devices.net/devices/"+deviceid; // taken from IoT Hub user with Connect devices rights (not from Device Explorer) var connectionString = "HostName=ArduinoDemoHub.azure-devices.net;SharedAccessKeyName=iothubowner;SharedAccessKey=cuYBKc42lfJr4oSRGQGQ8IiKWxGQkLre7rprZDZ/ths="; var registryManager = RegistryManager.CreateFromConnectionString(connectionString); var device = await registryManager.GetDeviceAsync(deviceid); var key = device.Authentication.SymmetricKey.PrimaryKey; HMACSHA256 hmac = new HMACSHA256(Encoding.UTF8.GetBytes("somerandomkeyKJBWyfy4gski")); var hashedkey = Convert.ToBase64String(hmac.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(key))); if (hashedkey!=hash) return req.CreateResponse(HttpStatusCode.BadRequest, "wrong hash"); SharedAccessSignatureBuilder sasBuilder = new SharedAccessSignatureBuilder() { Key = key, Target = resourceUri, TimeToLive = TimeSpan.FromDays(Convert.ToDouble(7)) }; var SAS = sasBuilder.ToSignature(); return req.CreateResponse(HttpStatusCode.OK, SAS); }
我们创建project.json文件，并向其中添加以下内容：
{ "frameworks": { "net46":{ "dependencies": { "Microsoft.Azure.Devices": "1.4.1" } } } }
该代码使用到IoT中心的连接字符串。 可以将其与设备的连接字符串混淆。 为了让您不会感到困惑，让我提醒您在哪里得到它：
必须从具有设备连接权限的某些策略中获取连接字符串。
最好不要像我那样在代码中指定连接字符串本身。 我这样做仅仅是为了举例。 最好进入“应用程序设置”功能。
并在那里指定连接字符串。 之后，您可以使用以下方法从安全存储中“获取”它：
ConfigurationManager.ConnectionStrings["___"].ConnectionString
在设备上，我们需要保存哈希键。 但是首先，您需要对字符进行编码。 System.Web空间中的HttpUtility.UrlEncode将帮助我们解决此问题。
hashedkey = HttpUtility.UrlEncode(hashedkey);
我们将使用Get发送请求，但并非所有字符都可以作为参数值传递。
编写代码以将数据发送到云
我在Lua上编写了一些代码，将数据发送到云。 结果是一种PoC。 您可以使用它，并根据需要对其进行修改。
创建2个init.lua和SendDataToCloud.lua文件
第一个内容：
-- print('init.lua ver 1.2') wifi.setmode(wifi.STATION) print('set mode=STATION (mode='..wifi.getmode()..')') print('MAC: '..wifi.sta.getmac()) print('chip: '..node.chipid()) print('heap: '..node.heap()) -- Wifi station_cfg={} station_cfg.ssid="_SSID" station_cfg.pwd="___" station_cfg.save=false wifi.sta.config(station_cfg) wifi_status_codes = { [0] = "Idle", [1] = "Connecting", [2] = "Wrong Password", [3] = "No AP Found", [4] = "Connection Failed", [5] = "Got IP" } sntp_connect_status_codes = { [1] = "DNS lookup failed", [2] = "Memory allocation failure", [3] = "UDP send failed", [4] = "Timeout, no NTP response received" } -- Wi-fi ( ) tmr.alarm(6,1000, 1, function() if wifi.sta.getip()==nil then print("Waiting for IP address! (Status: "..wifi_status_codes[wifi.sta.status()]..")") else print("New IP address is "..wifi.sta.getip()) tmr.stop(6) -- NTP sntp.sync({'pool.ntp.org'}, function(sec, usec, server) print("Clock Synced: "..sec..", "..usec..", "..server) tls.cert.verify(false) -- dofile('SendDataToCloud.lua') end, function(error_code) print("Clock Sync Failed: "..sntp_connect_status_codes[error_code]) end, 1 -- ) end end )
如果连接成功，此文件将连接到网络并执行SendDataToCloud.lua文件中的代码。
您必须将Wi-Fi接入点的数据指定为station_cfg.ssid和station_cfg.pwd的值。
在以下文件中，您需要更改设备的名称和集线器的IoT（DEVICE和IOTHUB变量）。 funcurl变量包含SAS生成函数的地址和设备密钥的哈希（我们之前使用HttpUtility.UrlEncode对其进行编码）作为哈希参数的值
-- DEVICE = "LuaDevice" IOTHUB = "ArduinoDemoHub.azure-devices.net" PORT = 8883 USER = "ArduinoDemoHub.azure-devices.net/"..DEVICE.."/api-version=2016-11-14" telemetry_topic="devices/"..DEVICE.."/messages/events/" connected = false local headers = 'Content-Type: application/x-www-form-urlencoded\r\n'.. 'Accept: */*\r\n'.. 'User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; Win64; x64; rv:47.0) Gecko/20100101 Firefox/47.0' funcurl = "https://arduinofunction.azurewebsites.net/api/GenerateSASFunction?code=Jn7j54PbR31BSRa0UZrDwp4ZEltjmWHmblG9zLo0Ne0tyGM7w/wQ7w==" funcurl = funcurl.."&hash=oJzykimyQsTPtzgJxYq90Xfqmw1rZTPTCH%2bJ5sSurKI%3d" funcurl = funcurl.."&deviceid="..DEVICE tmr.alarm(1,5000, 1, function() http.get(funcurl, headers, function(code, data, header) if (code < 0) then print("HTTP request failed") else sas = true print(code, data) if string.match(data, "Shared") then tmr.stop(1) SAS = string.sub(data,2,string.len(data)-1) print(SAS) connect(SAS) end end end) end) function connect(SAS) -- MQTT client = mqtt.Client(DEVICE, 240, USER, SAS) -- IoTHub MQTT print ("Connecting to MQTT broker. Please wait...") tmr.alarm(2,1000, 1, function() client:connect(IOTHUB, PORT, 1, -- Callback function(client) tmr.stop(2) print("Connected to MQTT: "..IOTHUB..":"..PORT.." as "..DEVICE) connected = true senddata() end, -- Callback function(client, reason) print("Error Connecting: "..reason) end ) end) end function senddata() math.randomseed(1) tmr.alarm(3, 1000, tmr.ALARM_AUTO, publish_data) -- , callback client:on("offline", function(client) print("MQTT Disconnected.") connected = false end) end -- function publish_data() if connected == true then somedata = math.random(1,100) -- payload = "{ \"deviceId\" : \""..DEVICE.."\",".. "\"iotdata\" :"..somedata.."}" -- client:publish(telemetry_topic, payload, 1, 0, function(client) print("Data published successfully.") end) end end
无需使用Azure SDK即可发送数据，因此您不仅可以使用此代码将数据发送到Azure。 有很多选择：AWS，Google Cloud IoT，IBM Watson IoT Platform。
该示例使用MQTT（消息队列遥测传输）协议。 这是专门为物联网设备设计的开放协议。 数据以JSON格式发送。 在实际项目中，从传感器获取数据的地方，在示例中会生成一个随机数。
在设备与IoT中心之间的握手过程中，服务器可以发送其证书，也可以请求设备证书。 如果您还记得的话，这是我们上一次使用Arduino设备时，我们用证书对其进行了刷新。 现在，一个代码接收器就足够了：
tls.cert.verify(false)
我们仅限于服务器将发送给我们的证书。
资讯
使用以下OpenSSL命令，您可能对集线器的证书内容感兴趣。
openssl s_client -showcerts -connect ArduinoDemoHub.azure-devices.net:8883
为了准备材料，使用了实验室，可以通过以下链接获得这些实验室： 发送设备到云（D2C）消息
该代码不是最新的，我不得不对其进行一些更新，但是总的来说，该链接可能有用。
从Arduino IDE使用NodeMCU
我不能忽略使用SDK的主题。 您的解决方案很好，但是SDK是已经调试，简化并且可以使用的相同代码。 关于如何配置和使用Arduino IDE与NodeMCU一起使用的几句话。
安装Arduino IDE之后，您需要转到文件-首选项菜单
并添加指向其他董事会经理的链接-在“其他董事会经理URL”字段中输入以下地址： http : //arduino.esp8266.com/versions/2.4.0/package_esp8266com_index.json
然后转到工具-董事会xxx-Boardx Manager菜单并安装ESP8266
安装库AzureIoTHub，AzureIoTUtility，AzureIoTProtocol_MQTT。 在示例（文件菜单-示例-AzureIoTProtocol_MQTT）中安装最后一个库后，您可以找到ESP8266的示例simplesample_mqtt。
该示例已准备就绪。 只需在iot_configs.h文件中填写变量值
我提到一个小减号。 与Lua相比，编译项目并下载到开发板需要花费很长时间。
在Azure云中保存数据
通过数据发送，一切都变得清晰了，但是将数据保存到云中的成本却不高。
将数据从IoT中心发送到数据库的最便宜的方法是Azure Functions。 最便宜的数据存储是Azure表存储。
有趣的是，当您创建Function App时，也会自动创建Storage，而该功能本身需要使用。 如果创建单独的存储库，则建议进行如下基本设置：
LSR复制是当前最便宜的选择。 自动创建绑定到功能的存储库时，将选择该选项。
现在，我们需要从IoT中心接收数据并将其写入存储。 对于这种情况，在创建功能时，“快速入门”窗口将无法为我们提供所需的选项。
因此，单击位于底部的自定义功能链接，然后选择IoT中心（事件中心）选项。
该窗口将为我们打开：
在其中，我们可以通过简单的选择（单击“新建”）来填写“事件中心”连接字段。 但是要指示事件中心名称，您需要转到IoT中心。 在集线器中，您需要转到端点（端点）并从那里获取与事件中心兼容的名称
让我们继续进行功能代码。 以下代码段从IoT中心接收数据并将其存储在表存储中：
#r "Microsoft.WindowsAzure.Storage" #r "Newtonsoft.Json" using Microsoft.Azure; // Namespace for CloudConfigurationManager using Microsoft.WindowsAzure.Storage; // Namespace for CloudStorageAccount using Microsoft.WindowsAzure.Storage.Table; // Namespace for Table storage types using Newtonsoft.Json; public static void Run(string myIoTHubMessage, TraceWriter log) { var e = JsonConvert.DeserializeObject<EventDataEntity>(myIoTHubMessage); log.Info($"C# IoT Hub trigger function processed a message: {myIoTHubMessage}"); CloudStorageAccount storageAccount = CloudStorageAccount.Parse ("DefaultEndpointsProtocol=https;AccountName=iotdatademostorage;AccountKey=JgStNcJvlQYeNsVCmpkHQUkWlZiQ7tJwAm6OCL34+lGx3XrR+0CPiY9RoxIDA6VSvMKlOEUrVWL+KWP0qLMLrw==;EndpointSuffix=core.windows.net"); CloudTableClient tableClient = storageAccount.CreateCloudTableClient(); CloudTable table = tableClient.GetTableReference("iottable"); table.CreateIfNotExists(); EventDataEntity edata = new EventDataEntity("IOTpartition", Guid.NewGuid().ToString()); edata.DeviceId = e.DeviceId; edata.IotData = e.IotData; TableOperation insertOperation = TableOperation.Insert(edata); table.Execute(insertOperation); } public class EventDataEntity : TableEntity { public EventDataEntity(string pkey, string rkey) { this.PartitionKey = pkey; this.RowKey = rkey; } public EventDataEntity() { } public string DeviceId { get; set; } public int IotData { get; set; } }
如果要在实际项目中使用此代码，请不要忘记将连接字符串放在更安全的位置-在“应用程序”设置中（与第一个功能的连接字符串完全相同）。
连接字符串本身可以在名为访问键的设置项中获取：
使用免费的Azure Storage Explorer实用程序查看表内容
由于Azure表存储的成本非常低，并且Azure功能和IoT中心每月免费提供某些资源，因此每月整个解决方案的成本可以低于1美元。 当然，这取决于数据量。 为自己计数。 如今，1 GB的数据每月花费7美分，每百万笔交易您只需支付4美分。
资讯
使用任何提供商的云服务时，我始终建议您将金额最少的信用卡链接到您的帐户。 通过选择某种错误的设置，您付出的钱比预期的要多得多，这是很偶然的。
我们提醒您，这是《黑客》杂志上文章的完整版。 它的作者是Alexey Sommer 。
有用的材料
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