基于ESP8266-SDK的远程环境数据监测系统设计

廖小健

（武汉城市职业学院 湖北·武汉 430070）

0 引言

ESP8266作为主打消费电子市场的国产 WiFi芯片，价格优势明显，功能丰富。ESP8266内部集成了MCU，可以围绕ESP8266为核心快速开发新颖的消费类电子产品，ESP8266为这种开发方式配套了丰富的开发资源。工程师使用这些配套资源能够快速开发使用ESP8266完成设计工作。

本文介绍一种基于ESP8266-SDK的远程环境数据监测系统设计，该系统以ESP8266为核心，采用配套的SDK进行开发，实现环境温湿度数据的采集、上报和远端监测。通过对该设计实现的介绍，着重突出SDK开发效率高、采用集成的MCU成本低的优势。

1 总体设计

基于ESP8266-SDK的远程环境数据监测系统由终端采集、上传和云端数据接收、显示两大部分组成，如图1所示。

图1：系统总体结构

终端部分主要由ESP8266模块、AHT10温湿度采集模块及电源等辅助电路组成。终端部分利用ESP8266内部集成的MCU作为控制核心，避免使用额为的MCU，节约了资源，减小了终端的电路体积。云端数据接收、显示部分通过百度智能云平台设计实现。

2 终端部分软硬件设计

2.1 终端硬件电路设计

终端硬件电路以ESP8266为主控芯片进行设计，如图2所示。ESP8266功能高度集成，不仅仅是一款WiFi芯片，更是一款具有WiFi功能的MCU。

图2：终端硬件电路主要组成

温湿度传感器选用国产的 AHT10温湿度传感器，AHT10是一款高精度，完全校准，贴片封装的温湿度传感器。AHT10通信方式采用标准I2C接口。AHT10挂载在ESP8266的IIC总线上与主控芯片进行数据通信。

为编程及调试方便，电路中增加了USB转串口电路和OLED显示功能，USB转串口采用国产CH340芯片实现，设计调试工作完成后可以去除这两个电路进一步缩小终端的尺寸。

2.2 终端固件编程

要使用ESP8266中的MCU作为终端的控制核心就必须采用SDK进行编程。在ESP8266开发中用好SKD这个资源能极大的提高开发效率。在SDK文件夹根目录下examples文件夹中包含了大量的代码框架，选择并使用合适的框架开发固件有利于开发效率的提升，同时能够保证终端的稳定性。本设计采用文件夹中的 esp_mqtt_proj框架进行实现。要使用这个框架只要将esp_mqtt_proj文件夹移动到根目录下并删除examples文件夹即可。采用SDK编程的另一大优势是SDK提供大量的API函数，调用这些API函数可以减少代码的编写量，进一步提高开发效率。固件工作流程如图3所示。

图3：固件工作流程

1秒软件定时函数是本设计中的关键函数，在这个函数中主要完成AHT10温湿度传感器数据的读取，数据的再封装以及数据的上传工作。其中AHT10温湿度传感器数据读取代码可以参考AHT10官网提供的STM32读取AHT10数据代码进行移植。数据的再封装是将数据整理成云平台要求的数据格式，只有这样数据才能被云平台识别并显示。数据上报调用API函数MQTT_Publish实现，其中第二个参数是云端的网址信息，这个信息在进行云端配置时由云端服务器提供，其他参数可参考ESP8266的API参考手册进行设置。定时函数代码如图4所示。

图4：定时函数

3 云端数据处理

百度智能云平台的物联网核心套件（IoT Core）是面向物联网领域开发者的全托管云服务，通过主流的物联网协议（如MQTT）通讯，可以在智能设备与云端之间建立安全的双向连接，快速实现物联网项目。云平台的配置主要包含下列步骤：（1）创建 IoT Core实例；（2）创建设备；（3）获取连接信息；（4）连接及收发信息；（5）将信息流转到业务服务器。

创建实例和创建设备可按照平台的导引进行操作，当设备创建成功后将获取如图5所示的文本文档，文档中包含服务器网址、账号和密码，这是终端接入云平台的重要参数。

图5：配置参数文档

这些参数被用在终端配置文件中，当终端启动后将调用这些参数连接云平台，连接成功后每隔1秒自动向平台上报一次数据。

4 云端显示配置

百度智能云提供的物可视功能，通过拖拽的方式可轻松创作可视化仪表盘。物可视提供丰富的可视化组件。整个开发过程采用所见即所得的方式，形象直观。同时有详细的开发手册作为参考，可快速开发显示功能。在手机中的显示效果如图6所示。

图6：手机显示效果

5 结论

本文从终端软硬件设计和物联网云平台配置两个方面介绍了基于ESP8266-SDK的远程环境数据监测系统设计过程，从设计过程可以看出ESP8266-SDK提供的代码框架、API使终端部分软硬件设计效率大大提高，同时云平台提供了简单易用的数据接收和显示服务，让数据能够快速、直观的呈现。文章介绍的软硬件结构简单、修改扩展能力强，可广泛应用于其他远程数据监测场合。