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ESP8266入门Hello World

发表于 分类于 Valine：
本文字数： 4.9k 阅读时长 ≈ 4 分钟

最近团队Leader说大家都做下分享，很多人都进行了精彩的分享，我呢，也不知道分享什么好，突然想到我有两块吃灰的Arduino开发板，就想着把它俩拿出来写个”Hello World”程序分享下。大家不一定感兴趣，我也不一定说的清楚这是个什么玩意，但毕竟重在参与嘛，这篇日志主要也是做一个记录。我应该是几年前，偶然在知乎看到稚晖君的一个叫”逗比时钟“的视频后开始了解Arduino的，说是了解，也就搜了搜相关的视频，看了看它都可以做些什么。后来有段时间特想做一个孵化器，就是那种孵小鸡的，我觉得可以用这个开发板配合一些传感器、步进电机等来实现，然后就花了大几十块钱买了两块板子，一块Arduino uno，一块ESP8266 NodeMCU，外加一个温湿度传感器和一堆杜邦线、面包板，就开干了。结果在实现了恒温控制后，放弃了，因为要挺多材料的，去买有些贵，自己做又是对动手能力的巨大的考验。

Arduino

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE）。

Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对Arduino的编程是利用 Arduino编程语言 (基于 Wiring)和Arduino开发环境(基于Processing)来实现的。

硬件

arduino

arduino nano

软件

arduino ide

ESP8266

ESP8266是一款SoC芯片，集成了WiFi模块。

esp8266

NodeMCU

NodeMCU是一块搭载了ESP8266的开发板（包括板子的固件）

  • 电脑与开发板的通信方式

  • 开发板的针脚定义

esp8266 pin

继电器模块

波特率

波特率(Baud Rate)单位 bps – 每秒传送的字节数 Byte Per Second。

波特率表示每秒钟传送的码元符号的个数，是衡量数据传送速率的指标，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示。波特率是指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示，其单位是波特(Baud)。

串口

在很多时候，Arduino需要和其他设备相互通讯，而最常见最简单的方式就是串口通讯。

在PC机上最常见的串行通讯协议是RS-232串行协议，而各种微控制器(单片机)上采用的是TTL串行协议，两者电平不同，需要经过相应电平转换才能进行相互通讯。

Arduino Uno R3开发板上，硬件串口位于Rx(0)和Tx(1)引脚上，Arduino的USB口通过转换芯片与这两个引脚连接。该转换芯片会通过USB接口在PC机上虚拟出一个用于Arduino通讯的串口，我们下载程序也是通过串口进行的。

串口通信为什么要设置波特率

有两种比较可靠的说法:

  1. 根据电、传输介质等的物理特性结合串口设备使用的要求

    为了保证有效通讯，根据电、传输介质等的物理特性结合串口设备使用的要求，确定RS232最大传输速率只能是115200，然后逐级二分得到57600，28800，19200……为适应这些速率，设计相应的晶振频率。

  2. 这是由电信线路特性决定的

    电话线路的带通是300～3KHz，当时hayes先搞的modem，所以用的2400HZ信号，对应波特率是2400。由于基本频率确定了，以后采用的提高通讯速率的方法都是在2400基础上倍频的，所以形成了9600、19200……

Hello World 1 (LED闪烁)

这里使用了ESP8266开发板自带的LED灯，并引入ESP8266库中带的示例代码，实现LED灯的闪烁效果。

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void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);     // Initialize the LED_BUILTIN pin as an output
}

// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);   // Turn the LED on
  delay(1000);                      // Wait for a second
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);  // Turn the LED off by making the voltage HIGH
  delay(2000);                      // Wait for two seconds (to demonstrate the active low LED)
}

Hello World 2 (控制继电器开合)

通过延时向数字引脚输出高低电平，达到让继电器以一定规律开合的目的。

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#define RELAY_PIN 14

void setup() {
  pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH);
}

void loop() {
  digitalWrite(RELAY_PIN, LOW);
  delay(3000);
  digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH);
  delay(3000);
}

Hello World 3 (点灯App控制继电器)

将上面的代码延伸一下，改用手机App控制继电器的开合，注意替换auth、ssid、pswd三个变量的值。

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#define BLINKER_WIFI
#define LIGHT_PIN 14

#include <Blinker.h>

char auth[] = "blinker-secret-key";
char ssid[] = "wifi-ssid";
char pswd[] = "wifi-password";

BlinkerButton Light("bed-room-light");

void light_callback(const String & state) {
  BLINKER_LOG("BLINKER_CALLBACK: ", state);
  Blinker.vibrate();
  lightPowerSwitch(state);
}

void lightPowerSwitch(const String & state) {
  bool isTurnOn = state == "on";
  digitalWrite(LIGHT_PIN, isTurnOn ? LOW : HIGH);
  //Light.icon(isTurnOn ? "far fa-lightbulb-on" : "far fa-lightbulb");
  //Light.color(isTurnOn ? "#07D33A" : "#E94929");
  Light.text(isTurnOn ? "已打开" : "已关闭");
  Light.print(state);
}

void dataRead(const String & data) {
  BLINKER_LOG("Blinker readString: ", data);

  Blinker.vibrate();

  uint32_t BlinkerTime = millis();

  Blinker.print("millis", BlinkerTime);
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  BLINKER_DEBUG.stream(Serial);
  BLINKER_DEBUG.debugAll();

  pinMode(LIGHT_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(LIGHT_PIN, HIGH);

  Blinker.begin(auth, ssid, pswd);
  Blinker.attachData(dataRead);

  Light.attach(light_callback);
}

void loop() {
  Blinker.run();
}

Hello World 4 (小爱同学控制继电器)

在上面代码的基础上加入以下代码，实现小爱同学接入。

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#define BLINKER_MIOT_LIGHT

void miotPowerState(const String & state) {
  BLINKER_LOG("BLINKER_CMD: ", state);
  if (state == BLINKER_CMD_ON) {
    lightPowerSwitch(state);
    BlinkerMIOT.powerState(state);
    BlinkerMIOT.print();
  } else if (state == BLINKER_CMD_OFF) {
    lightPowerSwitch(state);
    BlinkerMIOT.powerState(state);
    BlinkerMIOT.print();
  }
}

void miotQuery(int32_t queryCode) {
  //  BLINKER_LOG("MIOT Query codes: ", queryCode);
  BlinkerMIOT.powerState(getLightState());
  BlinkerMIOT.print();
}

const char* getLightState() {
  return digitalRead(LIGHT_PIN) == LOW ? "on" : "off";
}

//setup()
BlinkerMIOT.attachPowerState(miotPowerState);
BlinkerMIOT.attachQuery(miotQuery);

实际应用

程序开发好后，可以根据自己的需要自行裁剪设计出满足需要的硬件，用于真实场景。这里在B站随便找了一位同学的设计过程。

MQTT

MQTT是机器对机器(M2M)/物联网(IoT)连接协议。它被设计为一个极其轻量级的发布/订阅消息传输协议。对于需要较小代码占用空间和/或网络带宽非常宝贵的远程连接非常有用，是专为受限设备和低带宽、高延迟或不可靠的网络而设计。这些原则也使该协议成为新兴的“机器到机器”(M2M)或物联网(IoT)世界的连接设备，以及带宽和电池功率非常高的移动应用的理想选择。例如，它已被用于通过卫星链路与代理通信的传感器、与医疗服务提供者的拨号连接，以及一系列家庭自动化和小型设备场景。它也是移动应用的理想选择，因为它体积小，功耗低，数据包最小，并且可以有效地将信息分配给一个或多个接收器。

  1. 特点
  • 开放消息协议，简单易实现
  • 发布订阅模式，一对多消息发布
  • 基于TCP/IP网络连接,提供有序，无损，双向连接。
  • 1字节固定报头，2字节心跳报文，最小化传输开销和协议交换，有效减少网络流量。
  • 消息QoS支持，可靠传输保证

  1. 应用

    MQTT协议广泛应用于物联网、移动互联网、智能硬件、车联网、电力能源等领域。

    • 物联网M2M通信，物联网大数据采集
    • Android消息推送，WEB消息推送
    • 移动即时消息，例如Facebook Messenger
    • 智能硬件、智能家具、智能电器
    • 车联网通信，电动车站桩采集
    • 智慧城市、远程医疗、远程教育
    • 电力、石油与能源等行业市场