基于esp32的物联网设计

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已于 2022-03-11 12:36:57 修改 · 1.5w 阅读

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#物联网 #iot

于 2022-03-11 12:15:56 首次发布

本篇是最近在学校做一个物联网温室控制的课题，在此基础上做了一些对物联网的探索

物联网

在这里插入图片描述

物联网（Internet of Things，简称IoT）是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。

在最近几年随着5G技术的兴起，芯片算力的提高，物联网渐渐的开进入了普罗大众的眼中。其实经过我的初步探索，物联网技术就是将各种传感器，和被控制物体连接起来达到利用互联网或者局域网来控制下端设备。

基于esp32的温室光照物联网控制系统

我们的目的是在于搭建一个web网页的服务器，客户端通过连接到esp32之后通过按下网页上不同的按钮来对系统上的外设进行操纵的目的，
比如开关灯，或者监控传感器信息等。废话不多说，直接开始。
** 1 主控的选择**
在这里插入图片描述

至于我为什么选择esp32呢，我之前接触过的单片机有stm32，51，tc264，w806等。总的对比下来，不是价格太贵就是资料不齐全或者就是性能太差。而作为比较esp32是乐鑫推出的专门为物联网量身打造的嵌入式soc。
高度集成的ESP32 将天线开关、RF balun、功率放大器、接收低噪声放大器、滤波器、电源管理模块等功能集于一体。ESP32 只需极少的外围器件，即可实现强大的处理性能、可靠的安全性能，和 Wi-Fi & 蓝牙功能。
同时乐鑫esp32支持arduino开发环境这为我之后搭建这套系统带来了极大的便利。
2 外设的选择
这里就不过多赘述，大家需要什么功能就加什么器件。我这里用我之前学习LVGL的板子来作为演示。

DHT11温湿度传感器
这块板子板载光敏电阻和一个DHT11温湿度传感器。可以用来展示一些基础的功能。
3 系统搭建
其实基于arduino成熟的开发环境和完善的开源社区，我们搭建这套系统可以说是十分的简单。
首先介绍一下我们的目标要搭建web服务器首先得连上WiFi或者自己开启WiFi。这里我选择连上WiFi作为一个sta端连接到ap服务端，为什么呢？因为这样我们就可以通过ap端连接互联网了。有了互联网之后这个系统的可拓展性会得到极大的提升。
那么开启WiFi
第一步
设置你要连接的WiFi账号密码

const char* ssid = "DESKTOP";        //wifi密码和名称
const char* password = "11111111";

第二步
开始连接，在arduino上非常简单


    WiFi.mode(WIFI_STA);     //wifi 的打开和连接
    WiFi.begin(ssid, password);
    if (WiFi.waitForConnectResult() != WL_CONNECTED) {
   
   
        Serial.printf("WiFi Failed!\n");
        return;
    }
    Serial.print("IP Address: ");
    Serial.println(WiFi.localIP());   //获取到的ip地址，这个地址之后要显示在屏幕上

不过经过我的测试，如果连接不到WiFi的话会在if哪里卡很久，具体我没仔细测试，可能在不断尝试重新连接吧。
然后呢我们连上WiFi之后就可以进行
web服务端和websocket的初始化，为什么要弄websocket我们后面再说。
首先我们需要安装一个库ESPAsyncWebServer。

其实Arduino for ESP8266 和 Arduino for ESP32 中默认就有WebServer，不过这些WebServer都是同步的，不支持同时处理多个连接，这在很多时候其实是不太好用的。
如果用户请求一个页面，该页面中链接了很多文件的情况下，因为不支持同时处理多个连接，其中部分文件可能就获取失败了，最终导致呈现在用户眼前的页面功能缺失。再或者有多个用户频繁的发起请求，其中部分请求也有可能会无法响应。

使用ESPAsyncWebServer就可以极大的规避上述问题，使在Arduino for ESP8266&ESP32中搭建WebServer真正可用、好用
ESPAsyncWebServer项目地址如下：
https://github.com/me-no-dev/ESPAsyncWebServer
这里我简要的介绍一下websocket

WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。WebSocket通信协议于2011年被IETF定为标准RFC 6455，并由RFC7936补充规范。WebSocket API也被W3C定为标准。
WebSocket使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。在WebSocket API中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。

WebSocket 是独立的、创建在 TCP 上的协议。
Websocket 通过HTTP/1.1 协议的101状态码进行握手。
为了创建Websocket连接，需要通过浏览器发出请求，之后服务器进行回应，这个过程通常称为“握手”（handshaking）。
众所周知HTTP是基于请求/响应范式的。也就是说客户端不请求，服务端就不能发送消息给客户端。但是我们需要服务器不停的推送数据来达到监控传感器数据的目的。在早期通过轮询等方式来不断请求数据，但这样很耗费cpu性能，所以在websocket出现之后这种方式就渐渐被取代了
在我们这个系统里网络模型大致如图
在这里插入图片描述在第六步时，这时候客户端就发送了升级成websocket的请求。之后服务器收到请求就建立了连接。
接下来是初始化部分
第一步
初始化端口号，一般情况是80

AsyncWebServer server(80);    //web端口号 80
const char* PARAM_MESSAGE = "usernum";

第二步
初始化事件回调和注册URL等

ws.onEvent(onEventHandle); // WebSocket事件回调函数
      server.addHandler(&ws);    // 将WebSocket添加到服务器中

      server.on("/", HTTP_GET, [](AsyncWebServerRequest *request){
   
      //url 主页面请求
          request->send(200, "text/html",web_main);
      });

      server.on("/post", HTTP_POST, [](AsyncWebServerRequest *request){
   
    //账户密码提交页面请求
          String message;
          char resive_name[10]={
   
   0},   //存放客户端发来的账号
                resive_pswd[10]={
   
   0};   //存放客户端发来的密码
          if (request->hasParam("usernum", true)) {
   
     //找usernum这个键
              strcpy(resive_name,request->getParam("usernum", true)->value().c_str());
              Serial.printf("usernum: %s\n",resive_name);
          }
          if (request->hasParam("pswd", true)){
   
   //找pswd这个键
            // message = request->getParam("pswd", true)->value();
              strcpy(resive_pswd,request->getParam("pswd", true)->value().c_str());
              Serial.printf("pswd: %s\n",resive_pswd);
          }
          if(strcmp(resive_name,hujingxuan.u_nume)==0){
   
    //得到提交数据之后开始密码校验
            Serial.printf("已找到用户:%s,开始密码校验...\n",resive_name);
            if(strcmp(resive_pswd,hujingxuan.u_pawd)==0){
   
   
            Serial.printf("用户密码正确!\n");
            connet_flag=1;
            request->send(200, "text/html",web_app);
            }
            else{
   
   
            Serial.printf("对不起，您输入的密码有误!\n");
            }
          }
          else{
   
   
            request->send(200, "text/html",web_main);
            Serial.printf("找不到指定用户，请重新输入!\n");
          }
      });
      server.onNotFound(notFound);
      server.begin();

需要注意的是
WebSocket事件回调函数为

// WebSocket事件回调函数
uint32_t clientID=0;   //用于存储连接对象的id
void onEventHandle(AsyncWebSocket *server, AsyncWebSocketClient *client, AwsEventType type, void *arg, uint8_t *data, size_t len)
{
   
   
  if (type == WS_EVT_CONNECT) // 有客户端建立连接
  {
   
   
    Serial.printf("ws[%s][%u] connect\n", server->url(), client->id());
    clientID= client->id();
    client->printf("Hello Client %u !", client