Node-Red是一個流行的基于Node的JavaScript工具庫，可以使用圖形化的方法快速進行JavaScript項目開發(fā)，用于網(wǎng)站、物聯(lián)網(wǎng)項目等不同場景。對于習慣LabVIEW一類圖形化編程語言的用戶，或者并非軟件專業(yè)的工程師與愛好者而言，是一個唄用于項目開發(fā)的非常方便的工具。Node-Red的開發(fā)需要依賴Node環(huán)境，因此，無論在Windows下還是Linux系統(tǒng)中，都需要安裝Node作為基礎(chǔ)。
Arduino是應(yīng)用非常廣泛的開源物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺之一， 在Node-red中可以通過幾個不同的發(fā)行包來連接Arduino，直接以圖形化的方式進行物聯(lián)網(wǎng)項目開發(fā)。

1.Windows系統(tǒng)安裝Node-Red的幾種方法

1.1 使用Docker安裝Node-red

目前大部分公開資料中關(guān)于Windows下安裝Docker的說明都是過期的，舊版Docker的安裝需要啟用HyperV虛擬機，而新版的Docker對Windows的支持已經(jīng)要友好許多，Windows 10專業(yè)版和企業(yè)版可以直接安裝桌面版的Docker，家庭版的Windows則需要啟用WSL2功能來進行安裝。Windows10專業(yè)版和企業(yè)版安裝Docker的步驟可參見，Windows家庭版安裝步驟同樣在Docker官網(wǎng)的 中可以看到。

一般來說，在國內(nèi)由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的原因，需要配置Docker倉庫鏡像為國內(nèi)鏡像，以提高鏡像下載速度。提供了基于Docker安裝與使用Node-Red的方法。電腦中安裝Docker后，可在終端運行以下命令來運行Node-Red。為了實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的持久化，在硬盤中新建文件夾（此處為D:\dockerdata\node_red_data）用于存儲Docker數(shù)據(jù)。也可以使用docker create volume node_red_data在Docker默認的存儲路徑中創(chuàng)建卷node_red_data來存儲數(shù)據(jù)。

 docker run -it -p 1880:1880 -v D:\dockerdata\node_red_data:/data --name mynodered nodered/node-red

以上命令各參數(shù)含義如下：

docker run         //新建并運行一個Docker容器
-it         //給容器附著一個終端，用以監(jiān)視容器的運行狀況
-p 1880:1880         //將宿主機的1880端口(前一個）映射到容器內(nèi)部的1880端口
-v D:\dockerdata\node_red_data:/data  //將外部存儲數(shù)據(jù)卷映射為內(nèi)部/data。以實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲持久化
--name mynodered     //為容器命名
nodered/node-red      //用于建立容器的鏡像(image) ,如果本地沒有該鏡像，則從Docker倉庫下載一個
--device=/dev/ttyS0   //將外部串口ttyS0映射給Docker鏡像，該命令在Windows版Docker下不可用

在創(chuàng)建完容器后，以后可以用以下命令管理容器：

docker start mynodered //啟動mynodered容器
docker stop mynodered  //停止mynodered容器
docker attach mynodered //為mynodered容器附著一個終端
docker rm mynodered //刪除mynodered容器
docker pull nodered/node-red //拉去一個node-red鏡像。如果要升級容器鏡像，可以執(zhí)行本命令拉取并重新生成容器

nodered啟動后，打開瀏覽器輸入localhost:1880即可打開nodered編輯界面開始程序設(shè)計。

1.2 Windows系統(tǒng)中直接安裝node-red

在windows下直接安裝node-red，需要先安裝nodejs。在windows下可以通過下載官網(wǎng)安裝包或通過nvm-windows安裝。安裝完nodejs后，可以通過運行以下命令安裝node-red：

 npm install -g --unsafe-perm node-red

注意: 上述命令中的--unsafe-perm參數(shù)，是為了保證npm的運行權(quán)限。出于安全考慮,npm默認不支持以 root 用戶（或windows管理員）運行，即使你用 root 用戶身份運行了，npm 也會自動轉(zhuǎn)成一個叫 nobody 的用戶來運行，而這個用戶幾乎沒有任何權(quán)限。這樣的話如果你腳本里有一些需要權(quán)限的操作，比如寫文件（尤其是寫 /root/.node-gyp），就無法執(zhí)行。為了避免這種情況，要么需要專門建一個用于運行 npm 的高權(quán)限用戶；要么加 --unsafe-perm 參數(shù),保證運行時的用戶和npm用戶一致，而不會切換到 nobody 上。
安裝完成后，打開終端，運行node-red即可啟動nodered。nodered啟動后，打開瀏覽器輸入localhost:1880即可打開nodered編輯界面開始程序設(shè)計。
注意：如果node是使用nvm-windows進行安裝的，可能在運行node-red時會由于缺少settings.js文件而無法啟動的錯誤。這是由于系統(tǒng)未下載安裝該文件造成的。需要下載settings.js文件，并復制到C:\Users\<用戶名>\.node-red文件夾下。

1.3 在Windows 10的Linux子系統(tǒng)WSL中安裝node-red

Windows10提供了功能非常強大的WSL功能，可以兼容各種主要發(fā)行版本的Linux，以Ubuntu18.04為例，在使用nvm安裝了node之后，可以通過以下命令來安裝并運行node-red。

 npm install -g --unsafe-perm node-red
 node-red

nodered啟動后，打開瀏覽器輸入localhost:1880即可打開nodered編輯界面開始程序設(shè)計。

2.使用Node-Red通過串口連接Arduino

2.1 Node-Red安裝附加包的方法

Windows版本的Docker不支持訪問串口，這在Docker官方項目的Issue中以及Docker官方論壇多個主題下已經(jīng)經(jīng)過反復討論，截止目前，Docker的Windows版本也暫時并沒有支持串口和USB等外部設(shè)備的計劃，因此，對于在Windows下通過Docker安裝的Node-Red，目前是沒有辦法訪問串口的。如果是Linux下運行Docker，則可能通過前節(jié)的--device參數(shù)將串口提供給Docker容器進行操作。
在Windows或者WSL（或者Ubuntu系統(tǒng)）下，要使用Node-Red通過串口連接Arduino，需要先安裝相應(yīng)的包，在Node-red下安裝附加包，一種方式是通過編輯界面菜單選擇節(jié)點管理，然后在安裝界面搜索需要的包（如下圖）。另外一種則是在在nodered的安裝目錄下運行安裝命令npm install <安裝包名稱>來進行軟件包安裝。

連接Arduino常用的包有兩個，一個是node-red-node-arduino，另一個是基于流行的johnny-five包的npm install node-red-contrib-gpio。在WSL或者Ubuntu等linux發(fā)行版中，按照上述兩種方式中的任一種進行安裝即可。
在windows下，需要先安裝windows-build-tools，否則可能出現(xiàn)node-gyp rebuild error編譯錯誤導致軟件包安裝無法完成。windows-build-toos的安裝，需要在windows下以管理員權(quán)限運行PowerShell，并在PowerShell中輸入以下命令：npm install --global --production windows-build-tools@4.0.0，等待系統(tǒng)下載并安裝python,jvm等編譯器即可。這里指定windows-build-tools版本為4.0.0是因為該版本是目前測試可用的，其他版本可能造成一些不穩(wěn)定。
除了該命令外，github上也有手動進行編譯環(huán)境搭建的方法（沒有測試）：

1.輸入python --version檢查系統(tǒng)路徑中是否有安裝python，以及python的版本
2.下載并安裝python2.7 并進行安裝，將python2的路徑添加的環(huán)境變量中
3.檢查并安裝 .NET 4.5.1+ 
4.下載并安裝Visual C++ Build Tools 2015 ，安裝Window 8.1或Windows 10 SDK。
5. 配置npm 參數(shù) msvs_version 為2015: npm config -g set msvs_version 2015

2.2 Arduino固件下載

要使用Node-red通過串口操作Arduino，首先需要通過Arduino官方IDE下載Firmate固件到Arduino中。在Arduino官方IDE中打開示例，F(xiàn)irmate中的StandardFirmate并上傳到Arduino班子中。這樣Arduino即具備了通過串口遠程操作的條件。

2.3 Node-Red配置并使用串口

安裝完node-red-node-arduino包后，可導入官方的節(jié)點示例文件：

 [{"id":"d7663aaf.47194","type":"arduino-board","device":""},{"id":"dae8234f.2517e","type":"inject","name":"0.5s tick","topic":"","payload":"","payloadType":"date","repeat":"0.5","crontab":"","once":false,"x":150,"y":100,"z":"359a4b52.ca65b4","wires":[["56a6f8f2.a95908"]]},{"id":"2db61802.d249e8","type":"arduino out","name":"","pin":"13","state":"OUTPUT","arduino":"d7663aaf.47194","x":570.5,"y":100,"z":"359a4b52.ca65b4","wires":[]},{"id":"56a6f8f2.a95908","type":"function","name":"Toggle output on input","func":"\n// If it does exist make it the inverse of what it was or else initialise it to false\n// (context variables persist between calls to the function)\ncontext.level=!context.level || false;\n\n// set the payload to the level and return\nmsg.payload=context.level;\nreturn msg;","outputs":1,"noerr":0,"x":358,"y":100,"z":"359a4b52.ca65b4","wires":[["2db61802.d249e8"]]}]

導入后節(jié)點示意如下圖，雙擊Pin13節(jié)點打開編輯界面，編輯Arduino節(jié)點，配置串口為當前連接的串口。在Windows系統(tǒng)下，可以通過控制面板-設(shè)備管理器看到Arduino對應(yīng)的串口編號，如果該串口為COM5，則需要將端口號相應(yīng)配置為COM5，在Ubuntu等Linux子系統(tǒng)下，一般為類似/dev/ttyUSB1或者/dev/ttyS5的形式。
注意：在Windows10內(nèi)置的WSL子系統(tǒng)中，linux系統(tǒng)的串口號與Windows下一一對應(yīng)，如果在Windows下看到Arduino的串口為COM5，則相應(yīng)的在WSL中的地址為/dev/ttyS5。

。

2.4 Linux及WSL中串口操作權(quán)限的配置

在Linux或者WSL系統(tǒng)中，由于串口權(quán)限默認僅賦予dialout用戶組，因此，需要將當前用戶添加到dialout用戶組中，才具備操作串口的權(quán)限。使用以下命令將當前用戶添加到dialout用戶組中。adduser $(whoami) dialout。
在WSL下，可能需要修改串口文件的操作權(quán)限，如果windows下串口為COM5，則相應(yīng)地：sudo chmod 666 /dev/ttyS5。
修改完成后，即可通過終端命令操作串口，或者使用node-red等軟件通過串口來操作Arduino了。