基于ESP8266-SDK的遠(yuǎn)程環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

廖小健

（武漢城市職業(yè)學(xué)院 湖北·武漢 430070）

0 引言

ESP8266作為主打消費(fèi)電子市場(chǎng)的國(guó)產(chǎn) WiFi芯片，價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，功能豐富。ESP8266內(nèi)部集成了MCU，可以圍繞ESP8266為核心快速開(kāi)發(fā)新穎的消費(fèi)類電子產(chǎn)品，ESP8266為這種開(kāi)發(fā)方式配套了豐富的開(kāi)發(fā)資源。工程師使用這些配套資源能夠快速開(kāi)發(fā)使用ESP8266完成設(shè)計(jì)工作。

本文介紹一種基于ESP8266-SDK的遠(yuǎn)程環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)以ESP8266為核心，采用配套的SDK進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)的采集、上報(bào)和遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的介紹，著重突出SDK開(kāi)發(fā)效率高、采用集成的MCU成本低的優(yōu)勢(shì)。

1 總體設(shè)計(jì)

基于ESP8266-SDK的遠(yuǎn)程環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由終端采集、上傳和云端數(shù)據(jù)接收、顯示兩大部分組成，如圖1所示。

圖1：系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

終端部分主要由ESP8266模塊、AHT10溫濕度采集模塊及電源等輔助電路組成。終端部分利用ESP8266內(nèi)部集成的MCU作為控制核心，避免使用額為的MCU，節(jié)約了資源，減小了終端的電路體積。云端數(shù)據(jù)接收、顯示部分通過(guò)百度智能云平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

2 終端部分軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 終端硬件電路設(shè)計(jì)

終端硬件電路以ESP8266為主控芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2所示。ESP8266功能高度集成，不僅僅是一款WiFi芯片，更是一款具有WiFi功能的MCU。

圖2：終端硬件電路主要組成

溫濕度傳感器選用國(guó)產(chǎn)的 AHT10溫濕度傳感器，AHT10是一款高精度，完全校準(zhǔn)，貼片封裝的溫濕度傳感器。AHT10通信方式采用標(biāo)準(zhǔn)I2C接口。AHT10掛載在ESP8266的IIC總線上與主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

為編程及調(diào)試方便，電路中增加了USB轉(zhuǎn)串口電路和OLED顯示功能，USB轉(zhuǎn)串口采用國(guó)產(chǎn)CH340芯片實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)調(diào)試工作完成后可以去除這兩個(gè)電路進(jìn)一步縮小終端的尺寸。

2.2 終端固件編程

要使用ESP8266中的MCU作為終端的控制核心就必須采用SDK進(jìn)行編程。在ESP8266開(kāi)發(fā)中用好SKD這個(gè)資源能極大的提高開(kāi)發(fā)效率。在SDK文件夾根目錄下examples文件夾中包含了大量的代碼框架，選擇并使用合適的框架開(kāi)發(fā)固件有利于開(kāi)發(fā)效率的提升，同時(shí)能夠保證終端的穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)采用文件夾中的 esp_mqtt_proj框架進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。要使用這個(gè)框架只要將esp_mqtt_proj文件夾移動(dòng)到根目錄下并刪除examples文件夾即可。采用SDK編程的另一大優(yōu)勢(shì)是SDK提供大量的API函數(shù)，調(diào)用這些API函數(shù)可以減少代碼的編寫量，進(jìn)一步提高開(kāi)發(fā)效率。固件工作流程如圖3所示。

圖3：固件工作流程

1秒軟件定時(shí)函數(shù)是本設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵函數(shù)，在這個(gè)函數(shù)中主要完成AHT10溫濕度傳感器數(shù)據(jù)的讀取，數(shù)據(jù)的再封裝以及數(shù)據(jù)的上傳工作。其中AHT10溫濕度傳感器數(shù)據(jù)讀取代碼可以參考AHT10官網(wǎng)提供的STM32讀取AHT10數(shù)據(jù)代碼進(jìn)行移植。數(shù)據(jù)的再封裝是將數(shù)據(jù)整理成云平臺(tái)要求的數(shù)據(jù)格式，只有這樣數(shù)據(jù)才能被云平臺(tái)識(shí)別并顯示。數(shù)據(jù)上報(bào)調(diào)用API函數(shù)MQTT_Publish實(shí)現(xiàn)，其中第二個(gè)參數(shù)是云端的網(wǎng)址信息，這個(gè)信息在進(jìn)行云端配置時(shí)由云端服務(wù)器提供，其他參數(shù)可參考ESP8266的API參考手冊(cè)進(jìn)行設(shè)置。定時(shí)函數(shù)代碼如圖4所示。

圖4：定時(shí)函數(shù)

3 云端數(shù)據(jù)處理

百度智能云平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)核心套件（IoT Core）是面向物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)者的全托管云服務(wù)，通過(guò)主流的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（如MQTT）通訊，可以在智能設(shè)備與云端之間建立安全的雙向連接，快速實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。云平臺(tái)的配置主要包含下列步驟：（1）創(chuàng)建 IoT Core實(shí)例；（2）創(chuàng)建設(shè)備；（3）獲取連接信息；（4）連接及收發(fā)信息；（5）將信息流轉(zhuǎn)到業(yè)務(wù)服務(wù)器。

創(chuàng)建實(shí)例和創(chuàng)建設(shè)備可按照平臺(tái)的導(dǎo)引進(jìn)行操作，當(dāng)設(shè)備創(chuàng)建成功后將獲取如圖5所示的文本文檔，文檔中包含服務(wù)器網(wǎng)址、賬號(hào)和密碼，這是終端接入云平臺(tái)的重要參數(shù)。

圖5：配置參數(shù)文檔

這些參數(shù)被用在終端配置文件中，當(dāng)終端啟動(dòng)后將調(diào)用這些參數(shù)連接云平臺(tái)，連接成功后每隔1秒自動(dòng)向平臺(tái)上報(bào)一次數(shù)據(jù)。

4 云端顯示配置

百度智能云提供的物可視功能，通過(guò)拖拽的方式可輕松創(chuàng)作可視化儀表盤。物可視提供豐富的可視化組件。整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程采用所見(jiàn)即所得的方式，形象直觀。同時(shí)有詳細(xì)的開(kāi)發(fā)手冊(cè)作為參考，可快速開(kāi)發(fā)顯示功能。在手機(jī)中的顯示效果如圖6所示。

圖6：手機(jī)顯示效果

5 結(jié)論

本文從終端軟硬件設(shè)計(jì)和物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)配置兩個(gè)方面介紹了基于ESP8266-SDK的遠(yuǎn)程環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程，從設(shè)計(jì)過(guò)程可以看出ESP8266-SDK提供的代碼框架、API使終端部分軟硬件設(shè)計(jì)效率大大提高，同時(shí)云平臺(tái)提供了簡(jiǎn)單易用的數(shù)據(jù)接收和顯示服務(wù)，讓數(shù)據(jù)能夠快速、直觀的呈現(xiàn)。文章介紹的軟硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、修改擴(kuò)展能力強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于其他遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)場(chǎng)合。