基于ESP8266模塊的數據采集與上傳系統的設計與實現

王欣蕾 劉念

摘 要：傳感器數據的采集在物聯網系統，智慧城市等多種信息產業中扮演著最基礎的，最根本的角色。但在數據采集完成后，將數據傳輸到服務器中卻是一件有著多樣化解決方案的事務。在眾多方式當中，使用wifi通信模塊ESP8266相對功耗較低，適用場景靈活，成本低廉，逐漸成為多數工程人員的首選方案。

關鍵詞：ESP8266；服務器；數據采集

1 系統硬件組成

本系統主要由三部分組成，數據采集模塊，通信模塊和服務器。數據采集模塊可以是任意的單片機芯片，如51單片機，AVR單片機，stm32芯片等等。通信模塊采用樂鑫公司出品的ESP8266物聯網的芯片。鑒于ESP8266的可編程性和擴展性，對于采集的數據只有數字量的系統來說，甚至可以使用ESP8266代替數據采集模塊，使其同時扮演兩個角色。服務器可以是騰訊云，阿里云等云服務器，亦可以是局域網內的本地服務器，主要負責接收處理和存儲最終的傳感器數據。

1.1 單片機

單片機（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計數器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統，在工業控制領域廣泛應用。從上世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，發展到現在的300M的高速單片機。

1.2 ESP8266無線通信模塊

ESP8266是一款WIFI通信的芯片，使用了3.3V的直流電源，體積小，功耗低，支持透傳，丟包現象不嚴重。ESP8266可以配置成station（即client模式）、AP（即wifi熱點模式）、station+AP三種模式，就是說模塊可以當成一個設備（client）連接局域網內的路由，也可以設置成是一個路由（sever），也可以既作為局域網里面的client同時又是其他client的sever。同時該模塊支持tcp傳輸，既可以配置為tcp server也可以配置為tcp client。參考ESP8266的SDK文檔我們發現，ESP8266支持三種開發方式，一種是常用的AT指令，通過RX，TX串口向ESP8266發送指令。如AT+RST，AT等等。然而遺憾的是，通過AT指令的方式并不能有效的實現我們預期的功能，如果直接使用ESP8266作為MCU去完成相關的功能設計是并不理想（上位機發送指令常常會出現不可預料的錯誤，）。第二類開發方式是通過NodeMCU的代碼方式燒寫，NodeMCU采用Arduino語言將ESP8266的SDK文檔中C語言代碼高度封裝，使用方式與Arduino類似。相比于AT指令，NodeMCU支持對ESP8266所有GPIO引腳接口的控制，提高了可閱讀性卻不失強大的功能。第三種方式是利用Lua語言腳本的為ESP8266編寫控制程序，目前市面上的集成AVR芯片大都采用這種方式。第四種方式即采用官方的SDK進行開發。本系統采用NodeMCU的方式設計相關功能實現。

1.3 服務器

服務器：server表示軟件程序，這種程序向外提供各種服務，有ftp服務，網頁服務，數據庫服務等。或者server表示硬件，就是主機。

2 系統架構設計

本系統上電之后，數據采集模塊并非會一直采集數據向通信模塊發送，因為這樣大大增加了數據采集模塊MPU的負擔。本系統采用問答的方式，通信模塊每隔固定時間間隔就會像數據采集模塊發送數據請求，發送請求之后會原地進行等待，直到收到數據。數據采集模塊收到請求之后才會執行數據的采集，隨后發送給通信模塊，數據發送后則會等待下一次數據請求。當通信模塊接收完成數據之后，便可以通過wifi連接采用TCP或UDP協議將數據發送給指定的服務器，完成一次數據的采集。

3 服務器相關配置

本系統的服務器可以才采用TOMCAT8.0版本，利用MYSQL，Servlet，JSP，HTML，CSS3，JAVASCRIPT等技術搭建服務器的前端和后臺。通過編寫不同的Servlet去完成，響應不同的功能，達到數據展示需要的目的。如果單純為了數據簡單顯示，也可以進設置一個socket應用程序去實現相應功能。