使用Node.js、Twilio實現(xiàn)手機(jī)控制門鎖
試想一下，如果你忘了帶鑰匙，但你帶手機(jī)了，你就可以打開門鎖。或者，你還在往家趕，可你的朋友已經(jīng)到你家門口，你通過手機(jī)遠(yuǎn)程把家門打開，讓朋友先自己進(jìn)去看會兒電視。這不是科幻，也不需要多先進(jìn)的設(shè)備，而是自己動手開發(fā)出來的。
本文是基于我在波蘭的Makerland大會上的一次研討演講。這篇文章將會指導(dǎo)你如何通過手機(jī)控制你家的門鎖，而且是在不需要弄壞或改造門鎖的情況下實現(xiàn)。我們需要使用一個微控制器(Arduino Uno)，一個電機(jī)，和Node.js，用它們來實現(xiàn)通過短信遠(yuǎn)程開鎖和關(guān)鎖。我是受到了Twilio-powered Lockitron的啟發(fā)。
步驟1：設(shè)備
部件
1. 一把門鎖
2. 膠帶，紙板
3. 電機(jī)(我使用的是HS-322HD)
4. 微控制器(Arduino Uno) + 轉(zhuǎn)接線
準(zhǔn)備
1. 從http://arduino.cc/en/Main/Software下載和安裝Arduino IDE。
2. 從http://nodejs.org/獲取并安裝
3. 從https://ngrok.com/download下載并安裝 ngrok (一個內(nèi)網(wǎng)穿透程序)
我將使用Arduino IDE寫代碼并上傳到往微控制器里。我使用node.js腳本語言來和Arduino微處理器進(jìn)行通信，利用Express web框架發(fā)送請求和相應(yīng)請求。最后，我們使用ngrok將這個Express web Server暴露到外網(wǎng)，這樣我們就可以通過短信讓Twilio通信給你的微控制器。
現(xiàn)在，我們可以開始動手了，將我的微控制器跟門鎖鏈接上。
步驟2：裝配
我們將使用一個伺服電機(jī)控制門鎖。它就是一個馬達(dá)，動力軸需要能旋轉(zhuǎn)180度的那種，這樣我們才能讓門鎖轉(zhuǎn)開和閉合。
這個伺服馬達(dá)有三根線—火線(紅)，零線(黑)，控制線(通常是黃色或白色)。微處理器上有很多口，將馬達(dá)的火線連接5v電力口，零線接入GND地線口，控制線接入Digital Pin 12口，如下圖：
就這樣，我的馬達(dá)和微控制器連接到了一起，我們再將它和門鎖裝配到一起。
我喜歡用家里常用的東西來開發(fā)這些設(shè)備，但如果你能連接上一個3D打印機(jī)，你可以設(shè)計和打印出自己的鎖扣裝置。
因為是示范，我使用了紙板和膠帶來將電機(jī)和門鎖固定到一起。
將兩個金屬棍(或其它堅固的細(xì)棍)幫到馬達(dá)上，用東西墊一下
使用紙板(或其它比較硬的東西)當(dāng)做門鎖和電機(jī)之間的連接填充物：
用膠帶將電機(jī)和門鎖綁到一起，確保是綁在正確的一面，讓電機(jī)轉(zhuǎn)動的方向是開鎖或關(guān)鎖的方向：
最后，我們將電動機(jī)軸固定到鎖鈕上：
現(xiàn)在我們已經(jīng)將電機(jī)和門鎖死死的固定到一起了：
#p#
步驟3：編寫控制程序
電機(jī)和微控制器已經(jīng)連接，Node.js和Arduino等軟件也已經(jīng)安裝了，現(xiàn)在我們需要運(yùn)行下面的命令來安裝必要的node.js模塊。注意，如果你使用的是Windows，你需要按照node-serialportWindows安裝指令。
- npm install serialport twilio express
Node-Serialport能夠讓你輕松的通過Arduino微控制器串口跟Node.js程序交互。我們將要使用它從Twilio里接受短信請求，并傳遞指令給Arduino微控制器讓它關(guān)鎖或開鎖。
Express是一個簡單的node.js web框架。而twilio模塊能讓我們輕松的和Twilio API交互。
首先，我們打開Arduino IDE，建立一個新的Arduino開發(fā)框架。第一步我們需要打開一個9600波特的串口連接，跟伺服馬達(dá)接通(12口)。
- #include
- Servo myservo;
- int servoPin = 12;
- int lock = 0;
- int unlock = 180;
- void setup() {
- // initialize serial:
- Serial.begin(9600);
- myservo.attach(servoPin);
- myservo.write(lock);
- }
我們告訴微處理器，伺服馬達(dá)的0位置是“鎖住”，180位置是“解鎖”。跟據(jù)你是如何將馬達(dá)跟門鎖捆綁的，也許需要交換調(diào)整這個位置。當(dāng)微控制器啟動時，它會告訴馬達(dá)移動到“鎖住”位置。
接下來，我們將從串口連接上讀取一個字符，來判定是否應(yīng)該調(diào)動馬達(dá)運(yùn)行。
- void loop() {
- // Recieve data from Node and write it to a String
- while (Serial.available()) {
- char inChar = (char)Serial.read();
- if(inChar == 'V'){ // end character for locking
- if (myservo.read() >= 90) {
- Serial.println("L");
- myservo.write(lock);
- delay(3000);
- }
- else {
- Serial.println("U");
- myservo.write(unlock);
- delay(3000);
- }
- }
- }
- }
Arduino用來分析的串口輸入是來自node.js腳本的輸出，下面我們會介紹這個腳本。
在Arduino IDE開發(fā)環(huán)境外，我們用一個文本編輯器創(chuàng)建一個新文件，叫做nodelock.js，文件的開頭是導(dǎo)入前面我們用npm安裝的模塊：
- var twilio = require('twilio'),
- SerialPort = require("serialport").SerialPort,
- express = require('express');
下面我們將建立新express web server和serialPort連接：
- var app = express();
- var serialPort = new SerialPort("/dev/tty.usbmodem1411", {
- baudrate: 9600
- });
注意，我們指定了要連接的USB端口和波特率。你可能需要根據(jù)你的計算機(jī)的情況修改這個USB端口。你可以在Arduino->Tools->Port菜單上找到你的可用的USB端口號。
下面我們要設(shè)定HTTP相關(guān)信息，調(diào)用/sms：
- app.use(express.bodyParser());
- app.post('/sms', twilio.webhook('your auth token', { host:'foo.herokuapp.com', protocol:'https' }), function(req, res){
- });
我們需要告訴express服務(wù)器通過/sms地址接受POST請求，使用bodyParser分析請求內(nèi)容，獲取來自Twilio的短信信息。我們使用twilio的webhook方法來驗證請求來源的可靠性。
現(xiàn)在，我們有了接收短信的地址，在試一下之前，我們應(yīng)該檢查一下發(fā)短信的號碼是否是我們用來控制鎖的號碼。
- app.post('/sms', twilio.webhook('your auth token', { host:'foo.herokuapp.com', protocol:'https' }), function(req, res){
- if (req.body.From == "+12128675309") {
- console.log("verified number!");
- } else {
- console.log("Wrong number!");
- sendMessage(res, "Invalid number!");
- }
- });
在驗證號碼的代碼段里，我們可以加入一個處理發(fā)送和相應(yīng)Arduino微控制器上串口連接的功能。
- serialPort.once('data', function(data) {
- if (data.toString().indexOf('U') > -1) { //check if the Arduino returned a U for unlocking
- sendMessage(res, 'Unlocking!');
- }
- else if (data.toString().indexOf('L') > -1) {
- sendMessage(res, 'Locking!');
- }
- else {
- sendMessage(res, 'ERROR');
- }
- console.log('data received: ' + data);
- });
- serialPort.write("V", function(err, results) {
- if (err) {
- console.log('err ' + err);
- }
- console.log('results ' + results);
- });
這代碼看起來很雜亂，但這是相當(dāng)直接的寫法。我們設(shè)定了事件處理器從微控制器里接受數(shù)據(jù)。這個事件處理器會檢查Arduino微控制器發(fā)送的是 “U” 還是 “L” ，我們獲取這個值，并用sendMessage函數(shù)將信息反饋給用戶。
設(shè)定了事件處理器后，我們向Arduino微控制器里寫入“V”字符，告訴它接收到了短信，它現(xiàn)在應(yīng)該打開/關(guān)閉門鎖。
我們現(xiàn)在往文件中加入sendMessage函數(shù)，它有2個參數(shù)：res和message。
- function sendMessage(res, message) {
- var resp = new twilio.TwimlResponse();
- resp.message(message);
- res.type('text/xml');
- res.send(resp.toString());
- }
調(diào)用sendMessage函數(shù)會給用戶發(fā)送TwiML響應(yīng)信息。TwiML是XML的子集，Twilio用它來傳遞短消息指令。在我們這里，我們用它告訴Twilio響應(yīng)我發(fā)送的SMS信息。用戶也許會發(fā)送“unlock”，程序會通過Twilio SMS回復(fù) “Unlocking!”
我們已經(jīng)配置了SMS處理器，最后只需要打開SerialPort，啟動Express web server，我們的應(yīng)用就開發(fā)完了：
- serialPort.open( function () {
- app.listen(3000);
- console.log('Listening on port 3000');
- });
這就是所有我們需要的代碼。現(xiàn)在，如果你上傳我們之前寫的Arduino代碼，運(yùn)行nodelock.js，方法是在終端里執(zhí)行node nodelock.js，程序就啟動了。
如果你在開發(fā)的過程中遇到了錯誤，可跟這些代碼對比一下看是什么問題。
在創(chuàng)建并登陸你的Twilio帳號后，到 Twilio控制臺，點擊號碼標(biāo)簽，選擇你希望用來控制鎖的號碼。你會看到兩個框，語音請求地址(Voice Request URL)和消息請求地址(Messaging Request URL)。我們使用Messaging Request URL來傳遞我們的短信文本信息。
因為Twilio是通過HTTP請求通信的，我們需要有一個能從公網(wǎng)上訪問的地址，當(dāng)有消息到達(dá)時，Twilio會將信息傳遞跟這個地址。于是我們之前安裝的ngrok就起作用了。
等你的node.js服務(wù)器起來，開一個終端窗口，在你安裝ngrok的目錄下輸入./ngrok 3000，這里你需要指定一個地址，通過它，外部服務(wù)能訪問你的本地服務(wù)器。在這個地址后面跟上/sms，填入Twilio Messaging Request URL欄里，保存設(shè)置，試著發(fā)送一個短信！你的門鎖應(yīng)該隨著短信自動打開或關(guān)閉。
祝大家玩的愉快，編程開心！
英文原文：Build Your Own Lockitron With Twilio, Arduino, and Node.js
譯文鏈接：http://www.vaikan.com/lockitron-with-twilio-arduino-and-node-js/
