【自学嵌入式（8）天气时钟：天气模块开发、主函数编写】

最新推荐文章于 2026-01-05 10:40:04 发布

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#单片机 #嵌入式硬件 #c语言

天气时钟：天气模块开发、主函数编写

I2C协议和SPI协议
- - I2C（Inter-Integrated Circuit）
  - SPI（Serial Peripheral Interface）
天气模块
主函数

上一篇文章，我们已经完成了WiFi模块、OLED模块、NTP模块的编写，本文将先对I2C协议进行相关补充，并且对天气时钟进行收尾。

I2C协议和SPI协议

I2C（Inter-Integrated Circuit）和SPI（Serial Peripheral Interface）是两种常用的串行通信协议，主要用于微控制器与各种外设（如传感器、显示器、存储器等）之间的数据传输。

I2C（Inter-Integrated Circuit）

特点：

双线制：I2C使用两根线进行通信：数据线（SDA）和时钟线（SCL）。通过这两根线就可以实现多个设备之间的通信。
多主机和多从机：I2C支持多个主设备和多个从设备，主设备可以主动发起通信。
地址识别：每个I2C设备都有一个唯一的地址，主设备通过地址来选择要与之通信的从设备。
速度：常见的I2C速度为100 kHz（标准模式）和400 kHz（快速模式），某些设备支持更高的速度（如高速模式，最高可达3.4 MHz）。
应用场景：适合传感器、EEPROM等低速设备的连接，尤其是在引脚资源有限的情况下使用。

优点：

线缆少，连接简单（只需两根线）。
支持多个从设备，节省引脚资源。
适用于短距离通信。

缺点：

速度相对较慢，适合对速度要求不高的应用。
由于使用了共享总线，可能会存在总线冲突的问题。

SPI（Serial Peripheral Interface）

特点：

多线制：SPI通常使用四根线进行通信：主设备输出（MOSI）、主设备输入（MISO）、时钟线（SCK）和从设备选择（SS）。每个从设备通常需要一个独立的SS线。
全双工通信：SPI支持全双工通信，主设备和从设备可以同时发送和接收数据。
速度：SPI的速度通常比I2C快，可以达到几MHz到几十MHz，具体取决于设备和连接方式。
应用场景：适合需要高速数据传输的设备，如SD卡、显示屏、ADC/DAC等。

优点：

速度快，适合对速度要求较高的应用。
简单的协议，易于实现。
全双工通信，提高了数据传输效率。

缺点：

需要更多的引脚，特别是在有多个从设备的情况下。
不支持多主机，通常由一个主设备控制多个从设备。

天气模块

心知天气预报使用

使用心知天气预报可以通过自行创建项目的方式，获取私人API和城市等的专属ID，以获取准确的信息，以下是操作流程：

点击控制台
点击申请添加免费产品
产品创建完成后，复制API私钥（私人API）
查看产品文档，此处我们功能较简单，使用v3版本即可，找到查看天气预报的网址

可以看到在预报网址上，我们只需要将变量key替换为自己的API_KEY、将变量location修改为对应的城市ID即可；同时我们只查询当天一天的天气，因此变量start应修改为0,变量days应修改为1；由于我们的数据从网站返回，并且返回结果是JSON格式的，因此我们需要对HTTPClient和JSON相关信息进行介绍

HTTPClient类介绍

HTTPClient 是一个用于在嵌入式系统（如Arduino、ESP8266、ESP32等）中进行HTTP通信的库。它提供了简单的接口来发送HTTP请求和接收响应，支持常见的HTTP方法，如GET、POST、PUT、DELETE等。以下是对 HTTPClient 的详细介绍：

主要功能

HTTP请求:
- 支持发送GET、POST、PUT、DELETE等HTTP请求。
- 可以与HTTP和HTTPS（SSL/TLS）服务器通信。
请求头和参数:
- 可以设置自定义HTTP请求头。
- 支持发送带有参数的请求。
响应处理:
- 能够接收和处理HTTP响应，包括响应码和响应体。
- 提供方法来获取响应的内容长度、类型等信息。
连接管理:
- 支持持久连接（Keep-Alive）以提高效率。
- 提供方法来管理连接的生命周期。

常用函数

begin():
- 初始化HTTP请求，指定目标URL和WiFiClient。
- 可以重载以支持HTTPS和自定义端口。
addHeader():
- 添加自定义HTTP请求头。
GET():
- 发送HTTP GET请求，返回HTTP响应码。
POST():
- 发送HTTP POST请求，带有可选的请求体。
PUT():
- 发送HTTP PUT请求，带有可选的请求体。
DELETE():
- 发送HTTP DELETE请求。
getString():
- 获取HTTP响应体的内容作为字符串。
getStream():
- 获取HTTP响应体的内容作为流，适合处理大数据。
end():
- 结束HTTP请求，释放资源。

注意事项

在使用 HTTPClient 时，确保设备已连接到网络。
对于HTTPS请求，可能需要处理SSL证书验证。
HTTPClient 适合在资源受限的嵌入式环境中使用，但在处理大量数据时要注意内存管理。

JSON介绍

JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，易于人类阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。以下是JSON的主要特点和用途：

简单易读：
- JSON使用键值对的形式来表示数据，结构清晰。这使得JSON非常直观，易于理解和使用。
轻量级：
- JSON格式简洁，数据量小，适合在网络上传输，尤其是在带宽有限的环境中。
广泛支持：
- 几乎所有现代编程语言（如Python、Java、C++、Ruby等）都提供了对JSON的解析和生成支持。
数据结构：
- JSON支持多种数据类型，包括字符串、数字、布尔值、数组、对象和null。通过这些基本类型，可以构建复杂的数据结构。
互操作性：
- JSON是语言无关的，这意味着不同的系统和应用程序可以使用JSON进行数据交换，而不必担心语言或平台的差异。
常见用途：
- JSON常用于Web应用程序中，作为客户端和服务器之间的数据交换格式。它也被广泛用于配置文件、数据存储和API通信中。

以下是一个简单的JSON示例：

{
   
   
    "name": "张三",
    "age": 30,
    "isStudent": false,
    "courses": ["数学", "物理"],
    "address": {
   
   
        "city": "北京",
        "postalCode": "100000"
    }
}

在这个示例中，JSON对象包含了一个人的基本信息，包括姓名、年龄、是否为学生、所选课程和地址。JSON的结构使得它非常适合表示层次化的数据。

deserializeJson函数介绍

deserializeJson 是 ArduinoJson 库中的一个函数，用于将 JSON 格式的字符串解析为 JSON 文档对象。该函数是处理 JSON 数据的核心工具，广泛用于嵌入式系统中，以便从网络、文件或其他数据源中读取和解析 JSON 数据。

函数原型

DeserializationError deserializeJson(JsonDocument& doc, const char* input);
DeserializationError deserializeJson(JsonDocument& doc, const String& input);
DeserializationError deserializeJson(JsonDocument& doc, Stream& input);
DeserializationError deserializeJson(JsonDocument& doc, char* input, size_t inputSize);

参数

JsonDocument& doc: 引用一个 JsonDocument 对象，用于存储解析后的 JSON 数据。JsonDocument 可以是 StaticJsonDocument 或 DynamicJsonDocument，根据内存管理需求选择。
const char* input: 指向要解析的 JSON 字符串。
const String& input: Arduino String 对象，包含要解析的 JSON 数据。
Stream& input: Arduino Stream 对象，支持从流中读取 JSON 数据（如串口、网络流等）。
char* input, size_t inputSize: 指向 JSON 数据的字符数组及其大小。

返回值

DeserializationError: 返回一个 DeserializationError 对象，用于指示解析结果。可以通过 error.c_str() 获取错误信息。

常见错误

Ok: 解析成功。
InvalidInput: 输入数据无效或格式不正确。
NoMemory: JsonDocument 的容量不足以存储解析后的数据。

注意事项

确保 JsonDocument 的大小足够大，以容纳解析后的数据。
StaticJsonDocument 使用静态内存分配，适合内存受限的环境；DynamicJsonDocument 使用动态内存分配，适合需要处理大数据的场合。
在解析复杂或嵌套的 JSON 数据时，合理设置 JsonDocument

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