2相關知識34任務小結與練習1任務實施任務引入與目標物聯網APP顯示溫濕度一、任務引入與目標任務目標ESP32上報:通過DHT11傳感器監測溫濕度值,MQTT消息topic="/手機號/my_ESP32/post",MQTT消息payload="{"temperature":16}",或者"{"humidity":43}"。APP收到后,將溫度值解析后顯示在text21中,將濕度值解析后顯示在text22中。任務6分解為2個環節:網關數據上報、APP設計。第一個環節是在Arduino環境下編寫DHT11相關庫的檢測函數,再調用客戶端的publish方法;第二個環節是將任務5的MQTT.fx客戶端ID換成ESP32客戶端ID,解析后更新UI控件,從text23改為text21和text22。任務引入任務5讓MQTT.fx客戶端發送包含虛擬傳感器值的MQTT消息,由APP訂閱、接收、解析并展示。本任務讓ESP32網關連接真實的傳感器,檢測溫濕度并上報,由APP訂閱、接收、解析并展示,構建一個溫濕度的遠程監控系統。二、相關知識DHT11傳感器簡介DHT11傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度傳感器,應用數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術,確保產品具有極高的可靠性和工作穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件,并與一個高性能8位單片機相連。DHT11采用單線制串行接口,使系統集成變得簡易快捷,節約硬件資源。產品為4針單排引腳封裝,連接方便。課堂討論你還知道有哪些單總線的傳感器?二、相關知識DHT11傳感器應用電路VCC供電電壓的范圍為3~5.5V,GND接地。DATA為單串行數據總線,可和單片機的數據引腳相連,如圖3-31所示。注意:數據引腳需要完成輸入和輸出雙向傳輸,故引腳的工作模式在初始化時不必設置,而是在檢測時按照時序配置引腳的工作模式。圖3-31DHT11傳感器應用電路二、相關知識DFRobot_DHT11庫用戶通過外設庫的封裝,可以較為方便地使用相關外設,而不需要關心復雜的配置和時序知識。用戶可在Arduino開發環境中調用DFRobot_DHT11庫,使用DHT11傳感器。項目1已經將DFRobot_DHT11外設庫下載到Arduino安裝目錄的libraries文件夾中,在Arduino工程中,用戶通過以下語句即可調用:#include"DFRobot_DHT11.h"其他關鍵語句如下:DFRobot_DHT11DHT;//創建溫濕度傳感器對象DHTDHT.read(DHT11_PIN);//DHT對象調用read方法,完成一次溫濕度檢測DHT檢測溫濕度后,溫度值和濕度值會分別賦值給DHT對象的temperature屬性和humidity屬性。三、任務實施實施設備ESP32網關和DHT11溫濕度傳感器各一個,杜邦線若干,安裝了Arduino開發環境和AndroidStudio開發環境的計算機,部署了MQTT服務器的云服務器。1.網關與傳感器硬件連接DHT11_DAT———ESP32_IO26DHT11_GND———ESP32_GNDDHT11_VCC———ESP32_VCCDHT11的單數據總線接ESP32的Pin26。實施過程三、任務實施2.網關程序設計(1)頭文件、宏、變量、對象定義。#include<WiFi.h>#include<PubSubClient.h>#include<ArduinoJson.h>//需要加載ArduinoJson和DFRobot_DHT11庫,否則報錯#include"DFRobot_DHT11.h"#defineDHT11_PIN26/*配置WIFI名和密碼*/constchar*WIFI_SSID/="YYY_11_101";constchar*WIFI_PASSWORD="lxy413026";/*配置域名和端口號*/constchar*mqtt_server="47.99.107.169";constuint16_tPORT=1883;constchar*mqtt_id=ESP";constchar*mqtt_username="";constchar*mqtt_password="";/*需要操作的產品標識符(溫度、濕度)*/StringTempIdentifier="temperature";StringHumiIdentifier="humidity";/*需要上報和訂閱的TOPIC*/constchar*pubTopic="my_ESP32/post";//******發布WiFiClientespClient;PubSubClientclient(espClient);//創建了MQTT客戶端,即ESP32硬件DFRobot_DHT11DHT;三、任務實施程序中:①調用了WiFi庫、PubSubClient庫(用于創建MQTT客戶端)、ArduinoJson庫(用于JSON解析)、DFRobot_DHT11(用于DHT11溫濕度傳感器);②定義了DHT11的數據引腳、配置了WiFi通信時的賬號密碼、MQTT服務器的IP地址和端口號、MQTT客戶端ID、客戶端訪問服務器時的用戶名和密碼;③定義了JSON對象(上報的消息載荷)里的溫度和濕度字段、要發布的消息topic;④創建了WiFi客戶端,進一步創建了MQTT客戶端對象client,并創建了溫濕度傳感器對象DHT。三、任務實施voidsetup(){Serial.begin(115200);connectWiFi();client.setServer(mqtt_server,PORT);//沒有提供用戶名和密碼,因為EMQX服務器允許公開訪問,如果設置的話是需要提供的/*設置回調函數,當收到訂閱信息時會執行回調函數*/client.setCallback(callback);/*連接到MQTT服務器*/reconnect();}(2)初始化函數。初始化函數中:設置串口0的波特率為115200,對應的電腦串口調試助手波特率要一致;進行WiFi連接;設置MQTT客戶端要訪問的MQTT服務器;設置MQTT客戶端收到消息后的回調處理函數,并連接到MQTT服務器。三、任務實施voidreconnect(){while(!client.connected()){Serial.print("AttemptingMQTTconnection...");if(client.connect(mqtt_id,mqtt_username,mqtt_password)){Serial.println("connected");}else{Serial.print("failed,rc=");Serial.print(client.state());Serial.println("tryagainin5seconds");delay(5000);}}}(3)reconnect函數。在reconnect函數中,client對象會調用connected方法判斷是否連接到MQTT服務器;如果未連接,會嘗試調用connect方法進行連接;如果嘗試連接失敗,間隔一段時間后會再次調用connect方法進行連接。循環是通過While語句實現的。三、任務實施uint8_ttempTime=0;voidloop(){if(!client.connected()){reconnect();}/*兩分鐘上報兩次溫濕度信息*/if(tempTime>240){tempTime=0;DHT.read(DHT11_PIN);Serial.print("DHT.temperature=");Serial.println(DHT.temperature);Serial.print("DHT.humidity=");Serial.println(DHT.humidity);client.publish(pubTopic,("{\""+TempIdentifier+"\":"+DHT.temperature+"}").c_str());}else{tempTime++;delay(500);}client.loop();}(4)loop函數。loop函數中,MQTT客戶端每2分鐘上報一次消息,消息的topic="/手機號/my_ESP32/post"。假如采集到的溫度值是16℃,消息載荷="{"temperature":16}"。程序中,DHT對象通過read方法檢測溫濕度,溫度值和濕度值會分別賦值給DHT對象的temperature屬性和humidity屬性。三、任務實施為什么是每隔2分鐘上報一次MQTT消息?如果想修改間隔時間為3分鐘,有哪些辦法?消息中的“\”是什么意思,有什么作用?課堂討論3.APP設計(1)消息topic。如圖3-32所示,APP是作為接收消息的MQTT客戶端使用的,只要修改一下訂閱的消息topic就可以了,即將"/手機號/my_FX/post"修改為"/手機號/my_ESP32/post",至于發布和訂閱消息的內容,都保持不變。圖3-32修改訂閱的消息topic三、任務實施(2)消息payload解析。APP的MQTT客戶端收到消息后,通過Handler回傳到UI線程處理,原來是解析后展示在tet23,現在修改為解析溫度展示在text21文本框中。代碼如下:case3://MQTT收到消息回傳if(msg.obj.toString().contains("temperature")){StringT_val=msg.obj.toString().substring(msg.obj.toString().indexOf("temperature")+13,msg.obj.toString().indexOf("}"));Stringtext_val=T_val+"℃";binding2.text21.setText(text_val);}//Toast.makeText(SecondActivity.this,msg.obj.toString(),Toast.LENGTH_SHORT).show();break;三、任務實施4.結果展示上傳程序,打開Arduino開發環境的串口監視器,會顯示連接MQTT服務器成功。然后觀察溫濕度檢測結果,如圖3-33所示。對應的,如圖3-34所示,在虛擬手機上可以看到溫度值,和串口打印的溫度值是一樣的。圖3-33串口0打印的溫濕度值圖3-34APP的溫度顯示三、任務實施5.濕度上報顯示在溫度值上報顯示的基礎上,完成濕度值的上報顯示。APP和網關程序都需要簡單修改一下。(1)APP解析部分代碼完善。case3://MQTT收到消息回傳if(msg.obj.toString().contains("temperature")){StringT_val=msg.obj.toString().substring(msg.obj.toString().indexOf("temperature")+13,msg.obj.toString().indexOf("}"));Stringtext_val=T_val+"℃";binding2.text21.setText(text_val);}if(msg.obj.toString().contains("humidity")){StringH_val=msg.obj.toString().substring(msg.obj.toString().indexOf("humidity")+10,msg.obj.toString().indexOf("}"));Stringtext_val=H_val+"%";binding2.text22.setText(text_val);}//Toast.makeText(SecondActivity.this,msg.obj.toString(),Toast.LENGTH_SHORT).show();break;APP的MQTT客戶端收到消息后,通過Handler回傳到UI線程處理,對濕度值的解析處理和對溫度值的解析處理思路是一樣的,把濕度值更新到text22中即可。三、任務實施(2)網關程序部分代碼完善。每2分鐘上報一次消息,在上報溫度消息語句后面,再調用client的publish方法發布(上報)一條濕度消息。消息的topic="/手機號/my_ESP32/post"。假如采集到的濕度值是43%,消息載荷="{"humidity":43}"。uint8_ttempTime=0;voidloop(){if(!client.connected()){reconnect();}/*兩分鐘上報兩次溫濕度信息*/if(tempTime>240){tempTime=0;DHT.rea