ESP8266 D1 mini 制作TTL 连接 Modbus协议的氧气含量监测器

原创已于 2025-11-14 10:56:54 修改 · 1k 阅读

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#单片机

于 2023-11-08 20:39:33 首次发布

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本文详细描述了如何使用ArduinoIDE和ESP8266D1mini开发一个基本的气体监测项目，包括使用ModbusTTL连接松柏氧气传感器，OLED显示数据，以及遇到的供电问题和ESP8266D1mini的限制。作者还提供了关于如何改进硬件选择和网络连接的建议。

你可以学到或了解到：

最基础的气体监测项目开发过程；
Arduino IDE上使用ESP8266 D1 mini 的TTL连接使用Modbus方法；
ESP8266 D1 mini不为人知的大坑。

背景介绍

由于某宝氧气检测器小一千，因此自己拼一个氧气检测器会更实惠些，并且可以根据使用条件来调整。
需求如下：
OLED小屏幕显示氧气传感器发送的数据并显示，使用电化学氧气传感器获取基础模拟或数字信号。

Methord

实验设备

松柏氧气传感器(S40XV氧气传感器) 使用Modbus TTL直连，不需要RS232或RS485电平转换电路，通讯距离2m
ESP8266 D1 mini
0.94寸OLED12864(驱动芯片 SSD1315) (我也不明白为什么成本比SSD1306便宜一半性能差不多，价格却没变化)

连接方式

O2 Sensor detector
然后在立创EDA上画板子，白嫖PCB进行项目测试。

程序

代码部分

#include <Arduino.h>
#include <U8g2lib.h>
#include <ModbusMaster.h>

#ifdef U8X8_HAVE_HW_I2C
#include <Wire.h>
#endif

U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0, /* reset=*/ U8X8_PIN_NONE);
ModbusMaster node;

void setup() {
  u8g2.begin();
  Serial.begin(9600);
  node.begin(255, Serial);
}

void loop() {

  u8g2.firstPage();
  do{
    get_O2Conc();
    runtime_show();    
  }while(u8g2.nextPage());
  delay(1000);
}

void get_O2Conc(){
  uint8_t temp_result;
  uint16_t temp_num0;
  float temp_value = 99.9;
  temp_result = node.readHoldingRegisters(0x6001, 1);
  delay(1000);
  if (temp_result == node.ku8MBSuccess)
  {
    temp_num0 = node.getResponseBuffer(0); 
    temp_value =  temp_num0/10;  
    int16_t x1 = 0;
    int16_t y1 = 10; // 调整第一行的Y坐标位置
    u8g2.setFont(u8g2_font_7x14B_mr); // 小字体 u8g2_font_t0_11b_mf
    u8g2.drawStr(x1, y1, "O2 Conc.(v%)");
    u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB24_tr); // 大字体
    int16_t x2 = (128 - u8g2.getStrWidth("XX.X")) / 2;
    int16_t x3 = (128 + u8g2.getStrWidth("XX.X")) / 2;
    int16_t y2 = 45; // 调整第二行的Y坐标位置
    char oxygenString[5];
    snprintf(oxygenString, sizeof(oxygenString), "%.1f", temp_value);
    Serial.println(oxygenString);
    u8g2.drawStr(x2, y2, oxygenString);
    u8g2.setFont(u8g2_font_fub14_tr); // 小字体
    u8g2.drawStr(x3, y2, "%");
  }else{
  u8g2.setFont(u8g2_font_7x14B_mr); 
  u8g2.drawStr(0,10,"null");    
  }
}  


void runtime_show(){
  unsigned long time = millis() / 1000;
  unsigned int sec = time % 60;
  unsigned int minute = (time / 60) % 60;
  unsigned int hour = (time / 3600) % 24;
  unsigned long day = time / 86400;
  char timeString[20];
  snprintf(timeString, sizeof(timeString), "Run %2ud %02u:%02u:%02u", day, hour, minute, sec);
  u8g2.setFont(u8g2_font_7x14B_mr); // 小字体
  u8g2.drawStr(0, 63, timeString);
}

备注：由于ESP8266 D1 mini串口只有一个，被氧气传感器占用，无法在arduino IDE的串口程序中显示，因此直接使用OLED调试。

Modbus部分介绍

本部分使用arduino 中的Modbus Master库处理TTL发送过来的数据。访问寄存器部分说明如下：
O2 Sensor 说明书
对应的Modbus只读的代码如下：

temp_result = node.readHoldingRegisters(0x6001, 1);
temp_num0 = node.getResponseBuffer(0); 
temp_value =  temp_num0/10; // 小数点有一位，因此需要除以10
snprintf(oxygenString, sizeof(oxygenString), "%.1f", temp_value); // OLED显示数据

结果与总结

运行结果正确，符合项目的基本需要，因此本mini项目完成
不足之处及总结：

第一版直接使用ESP8266 D1 mini 上的USB插口供电，5V 引脚作为氧气传感器5V供电电源，然而数据读取总是错误。后检查发现，ESP8266 D1 mini 5V输出电压实际为4.6V，导致5V电化学传感器反应不完全，因此输出电压不准确。因此需要使用独立的USB供电接口。
**ESP8266 D1 mini 无法使用软串口，因此多个UART设备会导致自动自动下载失灵，**需要单独拔插开发板后录入程序。因此推荐使用ESP8266常规开发板（非mini），然后连接合适IO口作为软串口输入串口，TXRX作为监视和程序写入串口，软串口作为数据读取串口，不会互相干扰（因此ESP8266 ESP32开发板更合适）。由于本部分并不会频繁写入程序，并且需要体积小巧，因此仍然使用ESP8266 D1 mini作为开发板。（当然ESP01s也是个不错的选择，但是本着能不焊接就不焊接，能不用其他元器件就不用元器件的原则，ESP D1 mini方案胜出，采用插母方案随时准备回收开发板）。
ESP 8266 D1 mini 无法连接到WIFI WPA2 Enterprise. (因此校园网无法登陆，ESP32支持该功能)，因此本设备无法连接到学校企业WLAN网络，只能本地跑。(具体连接方案代码可参考我之前的文章：ESP32连接企业WIFI/校园无线网方法)

文章参考：
arduino ESP8266 Modbus 通信
注释: 如果只用03读取，可以参考本案例进行，使用更佳。
松柏氧气传感器 0-30%(体积比)