完成 Arduino 物联网篇

Author: AnthonySun256

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+# 想做智能家居？快来用 Arduino 上云吧
+
+作者：HelloGitHub-**Anthony**
+
+这里是 HelloGitHub 推出的《讲解开源项目》系列，本期介绍的是如何将开源硬件开发平台 **Arduino** 与 **OneNet** 物联网平台进行连接并上传温湿度数据。
+
+在上一篇文章中我们学习了如何安装 Arduino 支持库、**DHT 11 温湿度传感器** 以及 **OLED 屏幕** 的使用，并用 **Arduino** 制作了一个小型温度显示器。我相信只是本地显示并不能满足各位读者的野心，在讲究 **万物互联** 的时代我们的 **Arduino** 也要 ”上云“ 才行。
+
+本期笔者将带领大家将 **Arduino** 获取到的 温湿度数据 上传到 **OneNet** 平台，并能通过 **OneNet** 平台发送指令控制 **Arduino** 上 LED 灯光开关。
+
+不必担心知识超纲，本期不涉及网络编程。
+
+下面，就让我们”上云“吧！
+
+## 一、ESP-01(S) 模块
+
+### 1.1 模块介绍
+
+想要我们的 **Arduino** 连接到 **OneNet** 的服务器，必然需要先让其连接到网络（比如 家里的 WIFI），这里我们用 **ESP-01(s)** 模块实现这个功能。
+
+其使用方法和前文介绍过的组件类似，只需要用到 **VCC** (3.3v)、**GND**、**TX**、**RX** 四根线即可和 **Arduino** 进行通信。笔者这里使用的是 **ESP-01** + 转接板，转接板实现了 5v -> 3.3v 的变压 和 **Rx** **Tx** 接口的引出，方便后续使用，读者可以根据情况购买：
+
+<img src="E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\1.png" alt="image-20220621212338197" style="zoom: 25%;" />
+
+网上的 **ESP-01(s)** 模块在出厂时都应该已经内置了 **AT** 指令固件，在使用时只需要向模块发送 AT 指令即可进行 网络连接、数据接法等 操作。
+
+> 关于什么是 AT 指令，简单来讲就是设备间一种 通信消息规范，更具体的定义和应用场景读者可以自行了解
+
+### 1.2 模块使用
+
+**ESP-01** 模块接线方式如下：
+
+GND -- GND
+
+VCC -- 3.3v(单独模块) 5.5v(带转接板)
+
+Tx -- Rx 
+
+Rx -- TX
+
+我们使用到的 AT 指令有如下几条：
+
+- AT+RST —— 重置模块
+
+- AT+CWMODE=1 —— 切换模式
+
+- AT+CWQAP ——断开 WIFI 连接
+- AT+CWJAP="WIFI名","密码" ——连接WIFI
+- AT+CIPSTART="TCP","183.230.40.40",1811 —— 连接 OneNet 服务器
+- AT+CIPMODE=1 —— 切换到 TCP 透传模式
+- AT+CIPSEND —— 开始发送数据
+
+使用 **Arduino** 连接 WIFI 代码如下：
+
+```c
+#include <Arduino.h>
+
+boolean at_exec(char *data, char *keyword, unsigned long time_out)
+{
+  Serial.println(data);
+  Serial.flush();
+  delay(100); // 等待响应
+  unsigned long start = millis();
+
+  while (Serial.available() < strlen(keyword))
+  {
+    if (millis() - start > time_out)
+      return false;
+  }
+  if (Serial.find(keyword))
+    return true;
+  else
+    return false;
+
+  while (Serial.available())
+    Serial.read(); //清空串口缓存
+}
+void setup()
+{
+  Serial.begin(115200);
+  while (!at_exec("AT+RST", "OK", 1000));
+  while (!at_exec("AT+CWMODE=1", "OK", 1000));
+  while (!at_exec("AT+CWQAP", "OK", 1000));
+  while (!at_exec("AT+CWJAP=\"HelloGithub\",\"PassWord\"", "WIFI CONNECTED", 2000));
+  while (!at_exec("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"183.230.40.40\",1811", "CONNECT", 1000));
+  while (!at_exec("AT+CIPMODE=1", "OK", 500));
+  while (!at_exec("AT+CIPSEND", "OK", 500));
+  //Serial.println("*产品ID#鉴权信息#脚本名称*"); // 下文会将如何获取这部分信息
+}
+
+void loop()
+{
+  
+}
+```
+
+> 下载之前应断开 Arduino 和 ESP-01 的连接，否则可能会下载失败
+>
+> 执行 AT+CIPSEND 后 模块将不再响应 AT 指令，如果需要重新配置则要断电重启模块
+
+烧录后连接模块，重启 Arduino 后在路由器管理界面即可看到模块连接到 WIFI：
+
+![image-20220621224947325](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\2.png)
+
+## 二、OneNet 平台配置
+
+OneNet 是由中国移动打造的PaaS物联网开放平台，我们可以通过这个平台轻松实现设备”上云“
+
+### 2.1 注册账号
+
+打开 OneNet 官网 https://open.iot.10086.cn/ 点击右上角的注册按钮注册账号（这里可以不进行实名认证）：
+
+![image-20220621225703271](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\3.png)
+
+![image-20220621225822656](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\4.png)
+
+### 2.2 云端配置
+
+登陆账号，点击控制台按钮：
+
+![image-20220621230008277](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\5.png)
+
+进入后点击 **全部产品服务** -> **多协议接入**
+
+![image-20220621230040652](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\6.png)
+
+在 **多协议接入** 界面选择 **TCP 透传** -> **添加产品**
+
+![image-20220621230225738](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\7.png)
+
+> TCP 透传协议官方介绍：https://open.iot.10086.cn/doc/v5/develop/detail/496
+
+在弹出的侧边栏填写相关信息（产品行业 和 类别 随便填写即可）后点击确定：
+
+![image-20220621230501548](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\8.png)
+
+之后点击我们刚刚创建的产品：
+
+![image-20220621230552149](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\9.png)
+
+点击左侧栏的设备列表：
+
+![image-20220621230652364](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\10.png)
+
+在新出现的页面中点击 **添加设备** :
+
+![image-20220621230735986](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\11.png)
+
+填写相关信息后点击 **添加**：
+
+![image-20220621230921016](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\12.png)
+
+接下来，我们配置 云端 的数据解析脚本，这里我们直接拿官方脚本来改即可。
+
+官方样例地址：https://open.iot.10086.cn/doc/v5/develop/detail/495
+
+我们直接下载 样例 脚本：
+
+![image-20220621231251308](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\13.png)
+
+找到 **sample.lua** 
+
+![image-20220621231347608](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\14.png)
+
+找到 **device_timer_init** 函数（303 行），修改为如下内容：
+
+```lua
+function device_timer_init(dev)
+    -- 定时发送开关灯指令 --
+	dev:timeout(0)
+	dev:add(10,"open","open")
+	dev:add(12,"close","close")
+end
+```
+
+
+
+找到 **device_data_analyze** 函数（在脚本的最后），修改为如下内容：
+
+```lua
+function device_data_analyze(dev)
+	local t={}
+	local a=0
+	local s = dev:size()
+    -- 我们定义 一次发送 十个 字节，分别为 温度 湿度 --
+	add_val(t,"Temperature",a,dev:bytes(1,5))
+	add_val(t,"Humidity",a,dev:bytes(6,5))
+	dev:response()
+	dev:send("received")
+	return s,to_json(t)
+end
+```
+
+> 如果大家有兴趣了解脚本使用方法，可以查看其中的注释和官网上接入文档
+
+将该文件保存后，回到刚刚打开过的 **设备列表** 点击 **上传解析脚本** ：
+
+![image-20220621232021726](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\15.png)
+
+在弹出的侧边栏选择文件并给该脚本一个名称后点击上传：
+
+![image-20220621232122318](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\16.png)
+
+至此，云端配置完毕。
+
+取消之前代码中 ``Serial.println("*产品ID#鉴权信息#脚本名称*"); // 下文会将如何获取这部分信息`` 的注释，修改相应信息。例如这是
+
+```Serial.println("*产品ID#ILoveHelloGitHub#HG*");``` 
+
+烧录代码，并重启 **ESP-01** 模块，稍等片刻刷新设备列表即可看到我们的设备在线：
+
+![image-20220622104013467](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\17.png)
+
+## 三、上传数据
+
+经过前面的铺垫，我们的旅程即将来到最激动人心的部分：将我们的房间温湿度数据上传到云端！
+
+首先连接我们的 温湿度传感器 DHT11 到我们的 **Arduino** 上，连接和配置方法和上一篇文章中相同，下载好 **DHT sensor library** 这个库。
+
+这里我直接给出完整代码，其内容非常简单：
+
+```c++
+#include <Arduino.h>
+#include "DHT.h"
+
+// DHT11 DATA 引脚连接的数字引脚编号
+#define DHT_DATA_PIN 8
+#define UPDATE_INTERVAL 10*1000
+DHT dht11(DHT_DATA_PIN, DHT11, 1);
+float t, h;
+unsigned long start;
+
+String get_data()
+{
+  char c[100];
+
+  h = dht11.readHumidity();
+  t = dht11.readTemperature();
+    // sprintf 在 Arduino 中无法转换浮点数
+  dtostrf(t, 2, 2, c); 
+  dtostrf(h, 2, 2, c+5);
+  return String(c);
+}
+
+boolean at_exec(char *data, char *keyword, unsigned long time_out)
+{
+  Serial.println(data);
+  Serial.flush();
+  delay(100); // 等待响应
+  unsigned long start = millis();
+
+  while (Serial.available() < strlen(keyword))
+  {
+    if (millis() - start > time_out)
+      return false;
+  }
+  if (Serial.find(keyword))
+    return true;
+  else
+    return false;
+
+  while (Serial.available())
+    Serial.read(); //清空串口缓存
+}
+void setup()
+{
+  Serial.begin(115200);
+  dht11.begin();
+  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
+  while (!at_exec("AT+RST", "OK", 1000));
+  while (!at_exec("AT+CWMODE=1", "OK", 1000));
+  while (!at_exec("AT+CWQAP", "OK", 1000));
+  while (!at_exec("AT+CWJAP=\"HelloGithub\",\"PassWord\"", "WIFI CONNECTED", 2000));
+  while (!at_exec("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"183.230.40.40\",1811", "CONNECT", 1000));
+  while (!at_exec("AT+CIPMODE=1", "OK", 500));
+  while (!at_exec("AT+CIPSEND", "OK", 500));
+  Serial.println("*产品ID#ILoveHelloGitHub#HG*");
+  start = millis();
+}
+
+// 根据从串口收到的 字符串 执行相应的指令
+bool command_parse(String command){
+  command.trim();
+  command.toLowerCase();
+  if (command == "open")
+  {
+    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
+  }else if (command == "close")
+  {
+    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
+  }
+  else if (command == "received");
+}
+
+void loop()
+{
+    // 定时上报消息
+  if (millis() - start > UPDATE_INTERVAL)
+  {
+    String data = get_data();
+    Serial.println(data);
+    start = millis();
+  }
+    // 收到消息进行解析
+  if (Serial.available()){
+    delay(10); // 等待全部数据接收完毕
+    command_parse(Serial.readString());
+    while (Serial.available())
+      Serial.read(); //清空串口缓存
+  }
+  
+}
+```
+
+将 WIFI 名称密码 和 产品 ID 进行更改后烧录代码，稍等片刻查看 OneNet 平台设备信息即可看到我们室内的温湿度信息：
+
+![image-20220622123850578](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\18.png)
+
+并且注意观察，Arduino 上内置 LED 灯也会在大概 10s 左右 闪烁一次。
+
+此外，我们也可以手动下发开关灯指令，点击 设备界面 中 下发指令 选项卡：
+
+![image-20220622124311283](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\19.png)
+
+点击 下发指令 按钮，在弹出的 侧边栏 中输入 open 或 close 控制 灯光开关：
+
+![image-20220622124408130](E:\Article\contents\Other\Arduino\Arduino senior\images\20.png)
+
+即可看到 Arduino 内置 LED 灯的开关效果！
+
+## 结语
+
+Arduino 教程到这里就结束了，对于物联网本文也仅仅起到抛砖引玉的作用。结合各种 传感器、继电器 以及 OneNet 平台数据推送服务等，我们可以轻松做出类似 智能开关、自动喂食器 等实用有趣的项目！
+
+下面你就可以发挥想象力，结合所学到的知识和方法，自己动手做出好玩的电子产品啦！如果你做出了好玩的东西可以发给我，如果作品够多的话我可以做一期 Arduino 作品秀！把你做的让人眼前一亮的作品，让更多的人发现和喜欢。
+
+本期的内容就是这些，这里是 HelloGitHub 分享 GitHub 上有趣、入门级的开源项目。
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+感谢您的阅读！您的每个点赞、留言、分享，都是对我们最大的鼓励～我们下期再见！