Arduino MKR1000 OTA 无线升级与语音控制框架

项目概述

本项目提供一套完整的 Arduino MKR1000 物联网开发框架，包含两大核心部分：

1. 可复用 OTA 组件套件：支持局域网/互联网安全 OTA 固件升级，集成 Azure IoT Hub 云端分发
2. UWP 客户端应用：基于通用 Windows 平台，支持语音识别（Microsoft Project Oxford）通过 Azure IoT Hub 控制设备

并以室内恒温器为实战案例，已在办公室实际运行控制供暖系统。

第一部分：OTA 可复用组件

OTA 工作原理

组件清单：

• 运行时库 (C++)：处理固件下载、校验、写入 Flash、启动切换逻辑
• 自定义 Board 包：调整链接器脚本，预留 OTA 分区空间
• Arduino IDE 插件 (Java)：集成"Flower Platform > Upload OTA"菜单，编译后自动推送二进制到设备/分发服务器/Azure IoT Hub
• IoT Dispatcher (PHP + MySQL)：部署于云端（如 Azure Web App），存储固件版本、设备分组、下发策略，提供 HTTPS 下载接口

三种 OTA 升级模式

注意：首次必须通过 USB 烧录含 OTA 库的固件，之后才能使用 OTA 升级。

第二部分：UWP 客户端应用

架构原理

• C# UWP 应用，Visual Studio 2015 + Windows 10
• 通过 Azure IoT Hub 双向通信：云到设备 (C2D) 下发指令，设备到云 (D2C) 上报遥测
• 集成 Microsoft Project Oxford 语音识别 API，语音指令转文本后经 IoT Hub 发送给设备
• UI 可定制，作为各类项目的客户端起点

关键配置

// SendCloudToDevice.cs
private const string HOST = "your-hub.azure-devices.net";
private const string DEVICE_ID = "your-device-id";
private const string DEVICE_KEY = "device-key";
static string sharedAccessKeyName = "iothubowner";
static string sharedAccessKey = "shared-access-key";

// ReadDeviceToCloud.cs
private static string ConnectionString = "HostName=...;SharedAccessKeyName=...;SharedAccessKey=...";
private static string eventHubEntity = "your-event-hub";

实战案例：室内恒温器

硬件清单

• Arduino MKR1000 ×1
• DHT11 温湿度传感器 ×1
• 继电器模块 ×1（控制供暖执行器）
• 面包板、跳线若干

控制逻辑

• 温度 < 设定值 → 继电器吸合（开启供暖）
• 温度 ≥ 设定值 → 继电器释放（关闭供暖）
• UWP 客户端显示实时温湿度、设定值调节（文本框/语音）

开发环境搭建

1. Arduino IDE ≥ 1.6.7
2. 安装 Arduino SAMD Boards（板卡管理器搜索"Arduino SAMD Boards"）
3. 库安装到 SKETCHBOOK_DIR/libraries：WiFi101、AzureIoT、RTCZero
4. OTA 运行时库解压到 libraries
5. 自定义 Board 包解压到 hardware/flower-platform
6. IDE 插件解压到 tools
7. （可选）IoT Dispatcher 部署到 PHP+MySQL 服务器，配置上传密钥、固件存储路径

代码仓库

• OTA 运行时库：Arduino-FlowerOTA
• Board 包：ArduinoCore-samd-OTA
• IDE 插件：flower-platform-arduino-ide-plugin
• IoT Dispatcher：flower-platform-iot-dispatcher
• 恒温器固件：ThermostatIoT
• UWP 客户端：thermostat-uwp-ui

未来展望

团队正在开发 Flower Platform IoT 在线服务，旨在通过面向对象组件、图形化编程（可混合手写代码）、OTA 部署三大能力，大幅加速物联网项目开发。并计划建立教育基金会，推广青少年 IoT 创客教育。