【Arduino和高中通用技术】——七、使用ESP8266

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本文详细介绍ESP8266模块如何实现物联网应用，包括连接Wi-Fi、OneNet平台，数据JSON化传输及接收指令，利用ApWebServer配置网络。适合初学者快速上手。

今天，我们谈的多一些。因为ESP8266本身是一个功能非常丰富的模块，所以涉及到的内容相对也比较多。我手头有一块Wemos D1模块，还有几个不同型号的ESP8266模块，一般我会在Wemos D1上测试代码，而实际使用时一般使用ESP-01（S），原因在于ESP01焊接一组双排的排母就可以了，但是需要配一块烧写器，而Wemos D1属于开发板比较大，但很容易烧录代码而不用插拔。关于ESP8266模块的引脚介绍大家可以在网上搜一下，我们只介绍使用。

实际上，这部分代码摘自一个完整的带有自动控制、互联网、Android客户端、OneNet物联网平台的工程。这个工程的大部分内容我会在这里介绍。在工程中由于ESP8266的引脚不够用，所以我使用它完成与OneNet的MQTT服务器通讯部分并且通过串口与Arduino通讯，Arduino负责读取传感器、给控制器下发指令和一些简单的运算。

测试本部分代码时，需要选择开发板为NodeMCU1.0，或者根据你的开发板自行选择。

一、连接WIFI

//连接WIFI
bool ConnectWifi() {
	int waitConst = 0;
	if (!WiFi.isConnected()) {
		WiFi.begin(EspConfig[(int)EspConfigType::SSID], EspConfig[(int)EspConfigType::Password]);
		do
		{
			delay(100);
			ApWebServer.handleClient();
			waitConst++;
		} while (!WiFi.isConnected() && waitConst < 20);
	}
	return WiFi.isConnected();
}

首先，我们检查是否连接了WIFI，若没有则开始连接并且等待连接成功。waitConst是未成功连接的次数，这可以使得代码在成功连接后较快的返回。代码中有一行Ap相关的内容，它用来处理ESP8266的WebServer接收到的客户端消息，因为如果不及时处理这个消息，可能会导致客户端反应过慢，所以整个工程中长时间处理的函数都被加了这样的代码。

二、连接OneNet


bool ConnectServer() {
	int waitConst = 0;
	if (!mClient->connected()) {
		//id="设备id",user="产品id",pass="APIkey" 或 鉴权码
		mClient->connect(EspConfig[(int)EspConfigType::DeviceID], EspConfig[(int)EspConfigType::ProductID], EspConfig[(int)EspConfigType::APIKey]);
		do
		{
			delay(100);
			ApWebServer.handleClient();
			waitConst++;
		} while (!mClient->connected() && waitConst < 10);
	}
	return  mClient->connected();
}

使用同样的代码结构来连接MQTT服务器，需要注意的是connect函数的形参与OneNet上的产品参数之间的对应关系。

三、将数据转换为Json格式进行传输

//获取传感器数据Json
String MathSensorJson() {
	String result = "";
	doc.clear();
	root.clear();
	int sCount= atoi(EspConfig[(int)EspConfigType::SensorCount]);
	for (int i = 0; i < sCount; i++) {
		root[(String)"S" + i] = sVal[i];                //约定传感器命名从S0-Sn
	}
	serializeJson(root, result);
	doc.clear();
	root.clear();
	return result;
}

这一部分代码需要#include <ArduinoJson.h> ，并且在OneNet平台上进行命名时需要有一套自己的命名约定。

//推送话题
bool PubTopic(String TopicName, String Json) {
	if (mClient == NULL) { return false; }
	memset(msg_buf, 0, MQTT_MAX_PACKET_SIZE);   //清理MQTT消息缓存
	//设置可变头
	msg_buf[0] = char(0x03);					//包数据格式标志
	msg_buf[1] = char(Json.length() >> 8);      //高位在后
	msg_buf[2] = char(Json.length() & 0xff);    //低位在前
	//设置数据
	memcpy(msg_buf + 3, Json.c_str(), Json.length());
	return mClient->publish(TopicName.c_str(), (uint8_t*)msg_buf, Json.length() + 3); //设置发送长度以免中间的00使得自动判定长度出错。
}

向服务器推送消息比较简单，按照MQTT协议写就可以了。

四、接收MQTT服务器下发的指令

//服务器消息处理函数
void mCallback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
	//C10,1
	if (topic[0] == '$') {  //$开头的为系统命令
		if (topic[1] == 'c' && topic[2] == 'r' && topic[3] == 'e' && topic[4] == 'q' && topic[5] == '/') {  //$creq/cmduuid,平台下发命令(Qos0)
			int id = 0;
			int val = ReadMQTTCommandInfo((char*)&payload[1],id,length-1);
			int newval = SerialMQTTCommand(id, val);							//发送命令
			cVal[id] = newval;													//记录传感器新值
			PubTopic("$dp", MathControllerJson());								//上传新数据
		}
	}
}

得到MQTT约定的指令数据头时，我们开始处理这些数据，并且在代码的最后部分，回传新的控制器值以尽快更新MQTT服务器上的控制器数据。

五、使用ApWebServer

	//打开ap web server 
	ApWebServer.on("/", SaveNewWifiConfig);
	ApWebServer.begin();

首先，我们打开一个目录（此处为根目录），这时连接到热点时就可以访问ESP8266的IP地址来访问这个页面。在官方范例和网上的一些范例中，使用页面元素来传递数据，在我使用类似的代码时客户端访问该页面时我遇到了一些问题，为了绕过这些问题并且方便的传递参数，我把参数直接放在地址中，所以代码中WebServer的实际页面的HTML代码——既然这可行那么HTML代码就是冗余的。

void SaveNewWifiConfig() {
	if (ApWebServer.args() > 0) {
		String result = (String)h_Wifi + ApWebServer.arg("sid") + ',' + ApWebServer.arg("pwd");
	}
}

为了代码更好读懂，我去掉了无关的部分，看起来代码非常简单就实现了数据的交互。这个功能用于在手机客户端上更新ESP8266所使用的WIFI的用户名和密码。

实际上，整个ESP8266的代码比这些要多得多，包含了很多串口通讯和校验的内容。但整体来看，使用ESP8266来实现上报数据、接收命令、本地Ap热点接收数据都非常方便，代码简洁直观。如果我们只需要做一个简单的温湿度、可燃气体的在线检测和播报，那么只需要Wemos D1、DHT22、MQ-9就可以了，实际造价应该改在60元左右。DHT22和MQ-9都非常简单易用，有兴趣做一个玩的话，参考一下它们的文档或者百度一下教程就可以了。