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<a id="1"></a>前言

前段時間從網上買了一個體重計，它自帶了無線上網的功能，能夠同步體重測量數據到網上。想到物聯網已經有這么多產品了，于是就打算自己做一個物聯網溫度傳感器。要做一個物聯網的設備，不管是體重計還是溫度傳感器等等，首先要清楚物體是怎么聯網的。

其中一種方式是通過 Wi-Fi 模塊進行連接。配備有 Wi-Fi 模塊的設備，能夠搜索附近的無線熱點，通過 Wi-Fi 用戶名和密碼連接 Wi-Fi。但是如何讓設備知道所要連接的 Wi-Fi 和密碼呢？

具體的方法可以參考這里：智能家居第一步： WiFi 設備怎么連上網。

由于我們要完成的是一個物聯網溫度傳感器，我們選擇一種相對簡單、直接的方法：我們在程序里面直接設定好所要連接的 Wi-Fi 和密碼，這樣就能讓傳感器聯網了。下面將會介紹具體的做法。

<a id="2"></a>物聯網溫度傳感器

物聯網溫度傳感器分為兩大部分。一是傳感器，用于采集和發送溫度數據；二是遠程服務器，用于收集溫度數據和根據請求返回溫度數據。

<a id="21"></a>傳感器

對于傳感器部分，需要一下材料：

ESP8266開發板（附帶 Wi-Fi 模塊和電源模塊）;
DS18B20（溫度傳感器）;
連接線（USB線、導線）、電腦;

<a id="211"></a>ESP8266

ESP8266是一個小型的 Wi-Fi 模塊，能夠建立 Wi-Fi 熱點和連接 Wi-Fi 熱點，并且能夠配置 Web Client 或 Web Server 。它在我們這個溫度傳感器中的作用就是，作為一個 Web Client ，在通過 Wi-Fi 聯網后，實時向遠程服務器發送本地的（溫度）數據。

ESP8266有很多個型號，從 ESP-01 到 ESP-12F 。ESP-01 是最初的版本，它上面可用的 GPIO 引腳較少，而 ESP-12F 具有全部 GPIO 引腳。由于 ESP8266 的額定電壓是 3.3V，而 USB 的電壓是 5V ，因此如果要單獨使用 ESP8266 的話，就需要外接電源轉化模塊。

我們選用的是 ESP-12E NodeMCU 開發板：

開發板上集成了電源模塊，因此我們可以直接用 USB 給開發板供電，來使用 ESP8266，而不需要額外的電源模塊。

開發板上附帶有 CP2102（高度集成的 USB-UART 橋接器）因此我們只需要用一根 USB 線連接開發板與電腦，就能實現供電和下載程序。CP2102 在 Mac 和 PC 有相應的驅動程序，安裝好驅動程序后，連接電腦，電腦就能識別出它的串口號。在接下去的燒寫固件和下載程序都需要用到這個串口。

將開發板連上電腦后，接下去我們將燒寫固件，并下載程序到 ESP8266 里。

<a id="2111"></a>燒寫固件，調試開發板

一、燒寫固件

燒寫固件（firmware）需要用到 ESP8266Flasher。

首先，從 nodemcu-firmware 選擇合適的固件，如：nodemcu_float_0.9.6-dev_20150704.bin 。

然后打開 ESP8266，在 "Config" 頁面選擇需要燒寫的固件：

在 "Advanced" 頁面設置好波特率，如：115200，一般這一頁不需要修改。設置完成后，在 "Operation" 頁面選擇串口，點擊 "Flash" 進行燒寫。

二、調試開發板

燒寫完成后，我們需要驗證固件是否燒寫成功。關閉燒寫程序，重新連接開發板與計算機，打開調試軟件，推薦使用 Tera Term。

初次打開 TeraTerm 需進行簡單配置，在 "Serial" 選擇相應的串口，點擊 "OK" 進入主界面，此時輸入：

print("hello world")

得到相應如下：

至此，燒寫的固件已經運行在開發板中，下一步可以進行程序的編寫和下載。

<a id="2112"></a>用 Arduino 編程

在 Mac 和 PC 上都可以用 Arduino 為 ESP8166 編程。

一、配置 Arduino ESP8266 開發平臺

ESP8266 里的程序是支持 Lua 語言的。但是直接寫 Lua 程序，然后通過其他的軟件把程序下載到開發板上，這個過程并不容易。因為相應的開發軟件并不好用，比如 ESPlorer，luatool，Lualoader。因此，我們選用 Arduino 來進行編程。一是因為 Arduino 用的比較多，比較專業，二是因為 Arduino 軟件做的比較精致，上手相對容易一些。

Arduino 是開源軟件，下載安裝完成后，在"Presences"->"Additional Board Manager URLs" 里填入 http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

然后從 "Tools"->"Board"->"Boards Manager" 打開 Boards Manager。搜索并安裝 ESP8266 開發平臺。安裝完成后，記得在 "Tools"->"Board" 菜單里選擇和你開發板型號一致的開發平臺。

對于 Arduino ESP8266 開發平臺的配置還有疑問的話，可以參考 esp8266/Arduino。

二、下載測試程序

連接開發板與電腦，在 Arduino 里選擇相應的串口。將以下程序下載到開發板中，記得修改程序中 Wi-Fi 的名稱和密碼：

// Import required libraries
#include "ESP8266WiFi.h"
// WiFi parameters
const char* ssid = "YourWifiName";
const char* password = "WifiPassword";
void setup(void)
{
// Start Serial
Serial.begin(9600);
Serial.print("Connecting");
// Connect to WiFi
WiFi.begin(ssid, password);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
delay(500);
Serial.print(".");
}
Serial.println("");
Serial.println("WiFi connected");
// Print the IP address
Serial.println(WiFi.localIP());
}
void loop() {
}

下載完成后，程序會自動運行。打開 "Tools"->"Serial Monitor" 查看串口的狀態。在串口監視器上，會顯示 Wi-Fi 的連接情況，一旦連接成功，就會打印出 IP 地址，如下圖：

到這一步，我們已經完成了開發板的調試和程序下載。接下去我們將把 DS18B20 與 ESP8266 結合，實時發送溫度數據到遠程服務器。

<a id="212"></a>DS18B20

DS18B20是常用的溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。

DS18B20 有三個管腳：GND、DQ、VDD。GND 接地，VDD 接 +3.3V，溫度數據只靠 DQ 引腳傳輸。

我們選用的是帶有上拉電阻的 DS18B20 模塊，這樣就不必自己外接上拉電阻。

連線方式：

NodeMCU 開發板 3v3 -> DS18B20 VDD
NodeMCU 開發板 D1 -> DS18B20 DQ
NodeMCU 開發板 GND -> DS18B20 GND

為了讀取傳感器上的溫度數據，還需要在 Arduino 上安裝 DallasTemperature 庫。在 "Sketch" -> "Include Library" -> "Manage Libraries.." 中搜索 DallasTemperature 并安裝。

<a id="22"></a>遠程服務器

<a id="221"></a>方案一：ThingSpeak

物聯網服務器可以選用現成的、也可以自己設計搭建。
提供物聯網服務的有 ThingSpeak，它提供了多種強大的物聯網 API ，能夠滿足各種需求。這里我們簡單介紹一下使用 Thingspeak 的物聯網方案。

首先需要在 ThingSpeak 上注冊帳號，獲取帳號的 API key。然后使用下面的程序（需要修改 API key 以及 Wi-Fi 名稱和密碼）：

#include <OneWire.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WebServer.h>
#include <DallasTemperature.h>

#define ONE_WIRE_BUS D1

const char* host = "api.thingspeak.com"; // Your domain
String ApiKey = "EWWXFA64H1U55QFZ";
String path = "/update?key=" + ApiKey + "&field1=";

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature DS18B20(&oneWire);

const char* ssid = "YourWifiName";
const char* pass = "WifiPassword";

char temperatureString[6];

void setup(void){
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("");

  WiFi.begin(ssid, pass);
  // Wait for connection
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(100);
    Serial.print(".");
  }

  Serial.println("");
  Serial.print("Connected to ");
  Serial.println(ssid);
  Serial.print("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());

  DS18B20.begin();

}

float getTemperature() {
  float temp;
  do {
    DS18B20.requestTemperatures();
    temp = DS18B20.getTempCByIndex(0);
    delay(100);
  } while (temp == 85.0 || temp == (-127.0));
  return temp;
}

void loop() {

  float temperature = getTemperature();

  dtostrf(temperature, 2, 2, temperatureString);
  // send temperature to the serial console
  Serial.println(temperatureString);

  WiFiClient client;
  const int httpPort = 80;
  if (!client.connect(host, httpPort)) {
    Serial.println("connection failed");
    return;
  }

  client.print(String("GET ") + path + temperatureString + " HTTP/1.1\r\n" +
               "Host: " + host + "\r\n" +
               "Connection: keep-alive\r\n\r\n");
  delay(500);

}

程序下載到開發板后，運行時，就會自動讀取傳感器的溫度并上傳到 ThingSpeak 上。通過 ThingSpeak 上數據讀取的 API，就能在任何一臺聯網的設備上獲得傳感器的實時溫度數據。

<a id="222"></a>方案二：自己搭建服務端

ThingSpeak 是現成的物聯網服務，不使用它的話，我們如何自己搭建自己的物聯網服務端呢？

物聯網溫度傳感器的服務端主要由一下幾個部分構成：

服務器主機
服務器程序
后臺數據庫

一、服務器主機

對與主機的選擇，我們選用的是云主機，在淘寶上就可以購買到，選擇動態 IP 的云主機即可。

二、服務器程序

服務器程序可以使用 PHP 編寫，這里是我編寫的溫度傳感器服務器程序。程序中的 host 默認是 localhost，可供本地調試使用，當配合云主機使用時，需要改成云主機的地址。

如果是在 Mac 上調試服務器程序，推薦使用 MAMP。更多關于服務器程序的編寫，可以參考另一篇文章PHP：構建 JSON 數據接口的 Web 服務器。

三、后臺數據庫

只有主機和程序還不夠，還需要配置好后臺服務器。淘寶上購買的云主機一般都配有 MySQL 數據庫。在數據庫中添加名為 temperature 的表。然后在表中添加以下字段：

結合服務器程序，就能根據接收的請求，進行數據的存儲與讀取。

搭建完自己的服務端后，需要對上面的 Arduino 程序稍作修改，如下（需要修改 host 為自己的服務器地址或域名）：

#include <OneWire.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WebServer.h>
#include <DallasTemperature.h>

#define ONE_WIRE_BUS D1

const char* host = "YourDomain.com"; // Your domain
String key = "lsw";
String path = "/temperature.php?key=" + key + "&query=set&value=";

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature DS18B20(&oneWire);

const char* ssid = "test";
const char* pass = "149149149";

char temperatureString[6];

void setup(void){
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("");
 
 boolean result = WiFi.softAP("ESPsoftAP_01", "lsw-soft-AP",1,true);
 WiFi.softAPdisconnect(true); 
  if(result == true){
    Serial.println("Ready");
  }else{
    Serial.println("Failed!");
  }
    
  WiFi.begin(ssid, pass);
  // Wait for connection
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(100);
    Serial.print(".");
  }

  Serial.println("");
  Serial.print("Connected to ");
  Serial.println(ssid);
  Serial.print("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());

  DS18B20.begin();

}

float getTemperature() {
  float temp;
  do {
    DS18B20.requestTemperatures();
    temp = DS18B20.getTempCByIndex(0);
    delay(100);
  } while (temp == 85.0 || temp == (-127.0));
  return temp;
}

void loop() {

  float temperature = getTemperature();

  dtostrf(temperature, 2, 2, temperatureString);
  // send temperature to the serial console
  Serial.println(temperatureString);

  WiFiClient client;
  const int httpPort = 80;
  if (!client.connect(host, httpPort)) {
    Serial.println("connection failed");
    return;
  }

  client.print(String("GET ") + path + temperatureString + " HTTP/1.1\r\n" +
               "Host: " + host + "\r\n" +
               "Connection: keep-alive\r\n\r\n");
  delay(500);

}

將程序下載到開發板中運行，就能實時發送溫度數據到服務器上了。
實際運行效果如下（其中所連接的 Wi-Fi 名稱是 “test”）：

在 Arduino 串口監視器里的顯示狀態

有任何疑問的話，歡迎在下方評論區討論。

附上我的Github：LinShiwei (Lin Shiwei) · GitHub

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文章結構

<a id="1"></a>前言

<a id="2"></a>物聯網溫度傳感器

<a id="21"></a>傳感器

<a id="211"></a>ESP8266

<a id="2111"></a>燒寫固件，調試開發板

<a id="2112"></a>用 Arduino 編程

<a id="212"></a>DS18B20

<a id="22"></a>遠程服務器

<a id="221"></a>方案一：ThingSpeak

<a id="222"></a>方案二：自己搭建服務端

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