描述

為什么是網狀？

OpenThread 和 Particle 使創建一個廉價的協調圣誕燈展變得如此簡單和有趣！傳統的圣誕燈飾都需要連接到中央控制器。在我的設計中，每個網狀設備都是模塊化的，你只需要提供電源。燈光秀的時間是通過網狀網絡協調的。安裝和拆卸非常容易，因為您需要做的就是提供電源。

對我來說，網狀網絡的另一個主要好處是它可以將網絡擴展到我的 Wi-Fi 網絡范圍之外。前幾年我制作的設備都使用 Wi-Fi。我的院子里有盲區和 Wi-Fi 超出范圍的區域。OpenThread 網狀網絡非常智能，沒有單點故障，擴頻技術提供抗干擾能力。

為什么是粒子？

Particle 提供了一個 IoT 平臺，可以更輕松地創建網格和其他產品。當您不需要從頭開始開發管道和架構時，開發效率會高得多。我已經開發物聯網解決方案很長時間了，并且從頭開始構建自己的平臺，但現在我比以往任何時候都更有效率地專注于產品的業務邏輯，而不是花時間構建平臺。Particle 的第三代設備采用了 OpenThread 網格。

什么是開放線程？

OpenThread 由 Google 發布，作為 Google 為 Nest 創建的 Thread 的開源實現。谷歌發布的聯網技術加速了聯網家庭產品的開發，以使用Thead。（OpenThread 網站： https ://openthread.io/ ）

我的公司正在利用這項技術進行更多的聯網家庭項目。這項技術也非常適合制造和其他企業項目，因為該解決方案的安裝比通過在設備或控制器之間連接電線的傳統方法簡單得多。

OpenThread 是基于 IPv6 的低功耗，主要功能包括：（摘自 OpenThread 網站： https ://openthread.io/guides/thread-primer ）

• 簡單性——安裝、啟動和操作簡單
• 安全性——Thread 網絡中的所有設備都經過身份驗證，所有通信都經過加密
• 可靠性——自愈網狀網絡，無單點故障，擴頻技術提供抗干擾能力
• 效率——低功耗 Thread 設備可以休眠并依靠電池供電運行多年
• 可擴展性——Thread 網絡可以擴展到數百個設備

OpenThread 將開發人員已知的 IPv6 和網絡/Web 協議的優點擴展到網狀網絡。

網狀網絡架構

我創建了一個網狀網絡，可以輕松擴展以每年添加新的光功能節點。該網絡有兩種類型的設備：

• 網關節點 - 粒子氬（Wi-Fi + OpenThread）
• 光特征節點 - 粒子氙氣（僅限 OpenThread）

網關節點

網關節點主要用于橋接 Internet 與 OpenThread 網狀網絡。Particle 制造 Argon 和 Boron 網關設備。Argon 專為 Wi-Fi 而建，而 Boron 專為蜂窩網絡而建。我為網關編寫的代碼設計簡單，不會阻止網關執行其他任務。我計劃擴展網關以用于我的家庭自動化，并且不希望圣誕燈的邏輯產生明顯的延遲或禁止我的家庭自動化中的其他功能。

網關代碼執行以下功能：

• 訂閱來自圣誕樹的網格消息 - 圣誕樹發布網格消息以宣布它已完成其燈光模式。網關偵聽此消息，收到消息后會等待一秒鐘，然后會向所有光功能設備發布消息以啟動新模式。
• 有一個粒子函數的處理程序來更新模式。粒子函數從云中觸發，然后本地網關處理程序通過網格中繼模式消息。最初，我在燈光特征節點上只有粒子函數處理程序，但當設備處于執行燈光顯示的緊密循環中時，云函數經常會超時。在網關上設置處理程序可以快速響應云確認調用了該功能，并且網格確保將消息傳遞到所有輕型特征節點。網格有 15 種操作模式。大多數模式用于調試問題，例如點亮單個通道以放置功能或查找需要更換的燈泡。
• 為我通常連接的所有接入點設置 Wi-Fi 憑據。這包括我的房子、我的電話和辦公室。這使得將網格移動到辦公室或在會議上以我的手機作為接入點進行演示變得容易。
• 心跳指示燈。我幾乎總是為我的微控制器項目添加一個心跳 LED。這會添加一個快速視覺指示器，表明設備處于活動狀態且未掛起。Particle 原型設備都有一個 LED 連接到 PCB 上的 D7 引腳，所以我通常將其用于心跳 LED。

燈光特征節點

所有輕特性節點都運行相同的代碼副本。為每個設備部署不同的代碼或具有不同版本的代碼將是代碼維護的噩夢。每次我添加新功能或修復錯誤時，我都會將更新部署到網絡上的所有輕功能節點。Particle 構建了一個平臺，支持從 Particle 云通過網關設備到網狀節點的無線 OTA 更新。網狀節點旨在安裝在高高的樹上，因此能夠在任何時間和惡劣天氣下從我舒適的客廳或任何有互聯網連接的地方更新固件是非常好的和安全的。操作系統的版本和在設備上運行業務邏輯的固件都可以從粒子云推送到 OpenThread 網狀網絡上的設備！粒子實時操作系統 RTOS 存在一個問題，有時網格節點的 OTA 更新會因代碼運行光模式特征的緊密循環而出現問題。簡單的解決方法是首先通過上面網關部分討論的粒子函數更新網格節點的模式。我將更新所有燈光功能節點上的模式以退出緊密循環并打開所有燈光。一旦我看到所有的燈都亮了，我就會運行 OTA 更新，并且每次都會可靠地更新固件。簡單的解決方法是首先通過上面網關部分討論的粒子函數更新網格節點的模式。我將更新所有燈光功能節點上的模式以退出緊密循環并打開所有燈光。一旦我看到所有的燈都亮了，我就會運行 OTA 更新，并且每次都會可靠地更新固件。簡單的解決方法是首先通過上面網關部分討論的粒子函數更新網格節點的模式。我將更新所有燈光功能節點上的模式以退出緊密循環并打開所有燈光。一旦我看到所有的燈都亮了，我就會運行 OTA 更新，并且每次都會可靠地更新固件。

所有網格光特征節點都運行相同的代碼，但每個節點都知道自己的身份，并且可以根據自己的身份運行特殊的例程。當代碼在 setup 方法中初始化時，燈光特征節點訂閱 Particle, particle/device/name, api 返回友好的設備名稱。然后代碼可以根據設備的友好名稱標識進行切換。到目前為止，代碼中只有一個基于設備身份的開關。christmasTree 設備是特殊的，被視為領導者，當 christmasTree 在啟動時空閑或完成一個燈光模式后空閑時，向網關發送一條消息，告訴它是時候發送同步網格消息了。如果網關被拔掉，christmasTree 將繼續每秒發送消息。一旦網關確認 christmasTree 空閑，它就會發送關于 christmasLights 主題的網格消息。所有燈光功能節點都訂閱了 christmasLights 主題，并在收到消息后開始燈光秀。所有網狀節點幾乎同時接收消息，并且幾乎完美排序。可以注意到小至 20 毫秒的排序延遲，因此所有設備似乎完全一致地工作真是太棒了。

圣誕樹建造

我用一些固態繼電器、圣誕燈和黑鐵 1/2 英寸管道建造了 20 英尺高的樹。黑色鐵管可以從五金店購買，每段 10 英尺，因此您還需要使用耦合器配件連接兩段管道。我將 3/4 英寸的 PVC 管錘入地面約 1.5 英尺，這樣我就不需要每年挖一個洞來支撐這棵樹。這棵樹有 12 個固態繼電器通道，每個通道都有 100 個綠色燈泡串，我用一根繩子系在上面，并在每個角上串在地上。使用脈沖寬度調制來控制每個通道的亮度是最理想的，但是 Particle Xenon 沒有可用的 12 個 pwm 引腳，所以我編寫了自己的脈沖邏輯來控制每個通道的亮度在一個緊密的循環中。

二十英尺圣誕燈樹的建造

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20 英尺圣誕節 OpenThread 網格樹

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圣誕舞會建設

我制作了 2 組 6 個圣誕球，每個球的直徑為 1 英尺，并有 200 個圣誕燈。每組 6 個球有 1 個粒子氙和一組控制每個球亮度的固態繼電器。一半的球是用紅燈做的，另一半是用綠燈做的。兩組 6 個球位于不同的電路上，因此每組 6 個球可以安裝在不同的樹上或展示在院子的不同區域。

圣誕舞會的施工圖

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結論

OpenThread 提供了一種同步圣誕燈的絕佳方法，您無需將所有燈連接到中央控制器。彈性網狀網絡比 Wi-Fi 可靠得多。Particle 提供了一個平臺，使使用 OpenThread 和做 IoT 變得更容易，也更有趣！我希望您喜歡這篇文章并構建一些您自己的 OpenThread 圣誕魔法燈！