前言
作為嵌入式系統學習的微小專案，我決定使用 TinyGo 來實現一個簡單的溫濕度感測器。過去我大多使用 Arduino 作為微控制器（MCU）開發平台，但這次想嘗試使用 TinyGo 來進行單片機的學習。 TinyGo 是 Go 語言的一個子集，專門針對小型設備和微控制器進行了優化，使得我們可以在資源受限的硬體上運行 Go 程式。
全部的程式碼都可以到 omegaatt36/pico-bme280 中找到。
硬體選擇
Raspberry Pi Pico
我選擇了 Raspberry Pi Pico 作為本專案的主控板。Pico 是一款基於 RP2040 晶片的微控制器開發板，具有以下特點：
- 雙核 ARM Cortex-M0+ 處理器，時脈可達 133 MHz
- 264KB 的 SRAM 和 2MB 的板載閃存
- 支援 USB 1.1 主機和設備功能
- 低功耗睡眠和休眠模式
- 可編程 I/O（PIO）狀態機
- 30 個 GPIO 引腳
- 便宜
價格僅需要 5 美元，後繼款的 Pico 2 仍然維持 5 美元，還額外增加了 RISC-V 架構的支援，可以一次玩到兩種處理器架構。 Pico 的這些特性使其非常適合用於各種嵌入式專案，包括我們的溫濕度感測器。
BME280 感測器
最初我購買了 BMP280 感測器，但後來發現它只能測量溫度和氣壓，無法測量濕度。因此，我轉而選擇了 BME280 感測器，它可以同時測量溫度、濕度和氣壓。
BME280 是一款精確度高、體積小、待機功耗低的環境感測器。但當連續偵測時，通過的電流會導致 sensor 功耗上升，進而導致測量到過高的溫度。
軟體實現
TinyGo 程式
TinyGo 在 Raspberry Pi Pico 上編寫了控制 BME280 的程式。簡化版的 example：
package main
/
import (
"machine"
"time"
"tinygo.org/x/drivers/bme280"
)
func main() {
i2c := machine.I2C0
err := i2c.Configure(machine.I2CConfig{
Frequency: machine.TWI_FREQ_400KHZ,
})
if err != nil {
println("could not configure I2C:", err)
return
}
sensor := bme280.New(i2c)
sensor.Configure()
for {
temp, _ := sensor.ReadTemperature()
humidity, _ := sensor.ReadHumidity()
pressure, _ := sensor.ReadPressure()
println("Temperature:", float32(temp)/1000, "°C")
println("Humidity:", float32(humidity)/100, "%")
println("Pressure:", float32(pressure)/100000, "hPa")
time.Sleep(time.Second * 5)
}
}
每 5 秒讀取一次 BME280 的溫度、濕度和氣壓數據，並通過串口輸出。
使用 Prometheus 收集數據
為了更好地監控和分析感測器數據，寫了一個簡單的 Go 程式，用於讀取 Pico 的串口輸出，並將數據暴露為 Prometheus 格式的指標：
package main
import (
"bufio"
"log"
"net/http"
"strconv"
"strings"
"github.com/tarm/serial"
"github.com/prometheus/client_golang/prometheus"
"github.com/prometheus/client_golang/prometheus/promhttp"
)
var (
temperature = prometheus.NewGauge(prometheus.GaugeOpts{
Name: "bme280_temperature_celsius",
Help: "Current temperature in Celsius",
})
humidity = prometheus.NewGauge(prometheus.GaugeOpts{
Name: "bme280_humidity_percent",
Help: "Current humidity in percent",
})
pressure = prometheus.NewGauge(prometheus.GaugeOpts{
Name: "bme280_pressure_hpa",
Help: "Current pressure in hPa",
})
)
func init() {
prometheus.MustRegister(temperature)
prometheus.MustRegister(humidity)
prometheus.MustRegister(pressure)
}
func main() {
c := &serial.Config{Name: "/dev/ttyACM0", Baud: 115200}
s, err := serial.OpenPort(c)
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
go func() {
scanner := bufio.NewScanner(s)
for scanner.Scan() {
line := scanner.Text()
parts := strings.Split(line, ":")
if len(parts) == 2 {
value, err := strconv.ParseFloat(strings.TrimSpace(parts[1]), 64)
if err != nil {
continue
}
switch strings.TrimSpace(parts[0]) {
case "Temperature":
temperature.Set(value)
case "Humidity":
humidity.Set(value)
case "Pressure":
pressure.Set(value)
}
}
}
}()
http.Handle("/metrics", promhttp.Handler())
log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
}
會讀取串口數據，解析溫度、濕度和氣壓值，並將它們作為 Prometheus 指標暴露在 /metrics 端點上。
結果與應用
經過這次實作，成功地使用 TinyGo 來學習一些嵌入式系統開發。這個系統目前可以：
- 即時監測環境的溫度、濕度和氣壓
- 透過 Prometheus 收集長期數據
- 搭配 Grafana 實現數據可視化和告警功能
寫在最後
使用 TinyGo 和 Raspberry Pi Pico 開發這個溫濕度感測器的過程還算順利。TinyGo 的語法相對直觀，對硬體的支援也算齊全，省去了不少麻煩。Raspberry Pi Pico 的性能和彈性則為這個專案提供了不錯的硬體基礎。
透過這個專案，稍微學習嵌入式開發的技能，也對 IoT 設備的數據收集和分析有了更深入的認識。
不過，在使用 TinyGo 的過程中也發現了一些限制，比如對某些 Go 標準庫的支援還不夠完善，在開發過程中需要注意這些細節。儘管如此，整體來說 TinyGo 還是為嵌入式開發提供了一個有趣的選擇。
接下來，我可能會嘗試將這個系統擴展到更多的應用場景，或是探索其他有趣的嵌入式項目。