在阅读本篇文章之前,你已经阅读了:

  • 软硬结合-导读

    本篇学习内容

  • 认识、购买NodeMCU开发板
  • 安装Arduino IDE、ESP8266扩展开发板
  • 实现NodeMCU开发板LED灯闪烁例子
  • 实现NodeMCU开发板串口通信的例子

本篇视频

NodeMCU简介

ESP8266芯片模块开发板的区别
 NodeMCU本质就是把ESP8266的引脚都引出来,配合USB转串口芯片,使其能快速开发验证想法。
 在我的毕业设计里,ESP8266模块只是充当WIFI通信模块的作用,只做消息转发不做业务处理,传感器与STM32通信,STM32再与ESP8266模块通信。而在这个教程里,使用NodeMCU,省去了STM32这个中间商,传感器与STP8266直接相连,此时ESP8266芯片既是WIFI通信芯片,也做业务处理。NodeMCU的引脚如下:

NodeMCU引脚图
 淘宝价大约在十几块钱,如果是第一次玩硬件,自己没有USB线的话,记得还要额外买 一条线

淘宝NodeMCU

 先买一块NodeMCU(超便宜的,最便宜十几块钱就能在淘宝上买到),安装驱动精灵(用于安装串口驱动的),安装Arduino-1.8版本以上Arduino1.8.7(百度网盘)

 特别注意:NodeMCU分V2与V3版本(非官方承认),两者略有不同,其中V3略便宜且LED引脚略有不同,写代码需要另外定义引脚:#define LED_BUILTIN 2。别问我买哪个版本的,买便宜的那一个!!!(好像是V3便宜些)

验证硬件是否正常

 把NodeMCU接上USB线插上电脑,如果发现没有识别到端口的话,可能是线有问题,也有可能是板子有问题。如果你怀疑是板子有问题,请联系客服要求换货。
 在演示时我的新电脑没有提示,如果需要安装串口驱动可看以下的视频。USB转串口芯片有些用cpXX,有些是CHxx,插上NodeMCU后让驱动精灵来安装对应驱动即可。

使用Arduino编程

 这里演示一下开发环境的搭建以及最简demo。

搭建开发环境

 安装Arduino-1.8版本以上Arduino1.8.7(百度网盘)(安装过程一直next就是,我就不录视频了),配置ESP8266扩展开发板网址并安装SDK。(我已经配置并安装了,你们自行安装一下,安装过程可能会比较慢。)扩展开发板网址:http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json。但由于不可描述的原因,一般是安装失败的,可请看另一文章进行解决:Arduino开发板管理安装失败解决办法

无法获取外面的资源

 验证一下是否已经安装扩展SDK,如果烧录程序时提示ESP8266WiFi.h:No such file or directory,基本就代表没有安装或选择扩展。

 安装完扩展开发板信息后,记得选择开发板为NodeMCU 1.0。如果连接上开发板并可以看到开发板信息,说明连接正常,可以编程了。拿到开发板的第一件事,就是跑个例程,证明硬件是没问题的。 我们接下来要做的事就是,通过代码把开发板上的LED闪烁起来,证明板子没问题。然后就是实践串口通信收发消息与验证连接WIFI的功能。

例程

控制LED

 NodeMCU板LED灯闪烁。
特别注意:NodeMCU分V2与V3版本,两者略有不同,其中V3的LED引脚略有不同,写代码需要另外定义引脚:#define LED_BUILTIN 2,即把第二行代码取消注释。

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//如果是NodeMCU V3版,需要另外定义LED引脚
//#define LED_BUILTIN 2
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 (Note that LOW is the voltage level
// but actually the LED is on; this is because
// it is active low on the ESP-01)
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)
}

串口通信

 展示一个定时串口打印信息的简单demo。Arduino串口信息窗口:IDE菜单栏->工具->串口监视器。

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void setup() {
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(115200);
delay(10);
Serial.println();
Serial.println();
Serial.print("Connecting to ");
}

void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
Serial.println("WiFi connected");
delay(1000);
}

TCP通信-串口打印

 演示中使用到的网络调试助手-百度网盘,自行安装。
 注意根据实际情况 修改WIFI的标识号与密码(第3、4行),与TCP服务器的IP地址、端口号(第6、7行) ,注意部分学校校园网是需要登陆学生帐号密码的,所以是用不了的,可以用手机发热点来代替。 演示中使用了网络调试助手开启了TCP服务器,0.0.0.0代表的是本机所有的IP地址,如果127.0.0.1的话,则只允许本机的程序连接。2424端口对应着程序的代码端口。新手注意,中英文的区别:127.0.0.1不要写成了中文的符号成了:127。0。0。1,这样子是不行的,中文符号是新手经常导致异常的误操作。

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#include <ESP8266WiFi.h>
//必须修改:填写你的WIFI帐号密码
const char* ssid = "you-wifi";
const char* password = "you-wifi-password";

const char* host = "192.168.1.121";
const int port = 2424;

WiFiClient client;

void setup() {
//初始化串口
Serial.begin(115200);
delay(10);

// Connect to WiFi network
Serial.println();
Serial.print("Connecting to ");
Serial.println(ssid);
//连接WIFI
WiFi.begin(ssid, password);
//设置读取socket数据时等待时间为100ms(默认值为1000ms,会显得硬件响应很慢)
client.setTimeout(100);
//等待WIFI连接成功
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
delay(500);
Serial.print(".");
}
Serial.println("");
Serial.println("WiFi connected");

}

void loop() {
//连接TCP服务器
if (client.connect(host, port))
{
// 串口打印,连接成功
Serial.println("client connected to the host");
//发送TCP数据
client.println("hello~");
}
else
{
// 串口打印,连接失败
Serial.println("client connection failure");
}

while (client.connected())
{
delay(1000);
//发送TCP数据
client.println("tick");

//接收到数据
if (client.available())
{
String line = client.readStringUntil('\n');
//串口打印所接收到的数据
Serial.print("receive:");
Serial.println(line);
}
}

}


DHT11(可选学)

 在我做的教程里,本来是通过程序生成随机数来模拟“从温度传感器上拿到的数据”,从而省少了温度传感器的费用。当然,有部分读者会觉得不踏实,不完整,所以有读者把连接DHT11,并把代码分享出来了。温湿度传感器DHT11总共有三个引脚(电源、数据、地),电源与地分别接NodeMCU的VCC(或3.3V)与地线,数据线所接引脚要与代码相符合。感谢该读者提供了相关的代码供大家参考:

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#include <dht11.h> // 要使用dht11.h,需要引用,接下来后面有讲怎么引用。
dht11 DHT11;
// 这里定义了DHT11 要连接 的引脚
#define DHT11_PIN 13

void setup() {
Serial.println("init");
}

void loop() {
// 读取数值并打印到串口
int chk = DHT11.read(DHT11_PIN);
Serial.print("Temperature=");//温度
Serial.println(DHT11.temperature);
Serial.print("Humidity=");//湿度
Serial.println(DHT11.humidity);
delay(1000);
}

 要使用<dht11.h>,就要装第三方库或自行手动添加以下库文件,Arduino IDE 库文件如何添加?,将库文件放到至Arduino IDE 所在文件夹的libraries文件夹中,如(/arduino/libraries):

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#ifndef dht11_h
#define dht11_h

#if defined(ARDUINO) && (ARDUINO >= 100)
#include <Arduino.h>
#else
#include <WProgram.h>
#endif

#define DHT11LIB_VERSION "0.4.1"

#define DHTLIB_OK 0
#define DHTLIB_ERROR_CHECKSUM -1
#define DHTLIB_ERROR_TIMEOUT -2

class dht11
{
public:
int read(int pin);
int humidity;
int temperature;
};
#endif
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// END OF FILE
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// FILE: dht11.cpp
// VERSION: 0.4.1
// PURPOSE: DHT11 Temperature & Humidity Sensor library for Arduino
// LICENSE: GPL v3 (http://www.gnu.org/licenses/gpl.html)
//
// DATASHEET: http://www.micro4you.com/files/sensor/DHT11.pdf
//
// HISTORY:
// George Hadjikyriacou - Original version (??)
// Mod by SimKard - Version 0.2 (24/11/2010)
// Mod by Rob Tillaart - Version 0.3 (28/03/2011)
// + added comments
// + removed all non DHT11 specific code
// + added references
// Mod by Rob Tillaart - Version 0.4 (17/03/2012)
// + added 1.0 support
// Mod by Rob Tillaart - Version 0.4.1 (19/05/2012)
// + added error codes
//

#include "dht11.h"

// Return values:
// DHTLIB_OK
// DHTLIB_ERROR_CHECKSUM
// DHTLIB_ERROR_TIMEOUT
int dht11::read(int pin)
{
// BUFFER TO RECEIVE
uint8_t bits[5];
uint8_t cnt = 7;
uint8_t idx = 0;

// EMPTY BUFFER
for (int i=0; i< 5; i++) bits[i] = 0;

// REQUEST SAMPLE
pinMode(pin, OUTPUT);
digitalWrite(pin, LOW);
delay(18);
digitalWrite(pin, HIGH);
delayMicroseconds(40);
pinMode(pin, INPUT);

// ACKNOWLEDGE or TIMEOUT
unsigned int loopCnt = 10000;
while(digitalRead(pin) == LOW)
if (loopCnt-- == 0) return DHTLIB_ERROR_TIMEOUT;

loopCnt = 10000;
while(digitalRead(pin) == HIGH)
if (loopCnt-- == 0) return DHTLIB_ERROR_TIMEOUT;

// READ OUTPUT - 40 BITS => 5 BYTES or TIMEOUT
for (int i=0; i<40; i++)
{
loopCnt = 10000;
while(digitalRead(pin) == LOW)
if (loopCnt-- == 0) return DHTLIB_ERROR_TIMEOUT;

unsigned long t = micros();

loopCnt = 10000;
while(digitalRead(pin) == HIGH)
if (loopCnt-- == 0) return DHTLIB_ERROR_TIMEOUT;

if ((micros() - t) > 40) bits[idx] |= (1 << cnt);
if (cnt == 0) // next byte?
{
cnt = 7; // restart at MSB
idx++; // next byte!
}
else cnt--;
}

// WRITE TO RIGHT VARS
// as bits[1] and bits[3] are allways zero they are omitted in formulas.
humidity = bits[0];
temperature = bits[2];

uint8_t sum = bits[0] + bits[2];

if (bits[4] != sum) return DHTLIB_ERROR_CHECKSUM;
return DHTLIB_OK;
}
//
// END OF FILE
//

如何区分不同类型的数据(扩展补充)

 那么问题来了,在demo中,我是使用程序生成模拟数来模拟温度的,所以我可以直接发数值,后端程序默认都当成是温度来处理:

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 但现在接上硬件后发现其实数据是两种,除了温度还有湿度,就要区分开来,如何区分在于看我们怎么定义,我们可以这么定义:
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Temperature=24
Humidity=30
Temperature=25
Humidity=31
Temperature=26
Humidity=32

 同时后端接收到这样的数据时,也要做对应的处理,JS可以使用 split()函数来拆解字符串,代码例子:
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let humidityValue = 0
let temperatureValue = 0
const valueString = 'Humidity=30' // 从硬件上传的数据得到这个字符串
const arr = valueString.split('=') // 把字符串根据= 来分䣓,此时arr = ['humidity','30']
if(arr[0] === 'Humidity'){
humidityValue = arr[1] // 判断 是湿度
}else if(arr[0] === 'Temperature'){
temperatureValue = arr[1] // 是温度
}

 当然,这样定义还是有问题,主要在于要上传的字节太多,在商业的角度来看就是浪费流量,成本高。所以为了省流量,一般都是用字节,比如说我可以传
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0x2430 // 0x2430 是十六进制的写法,转换成二进制就是 0010 0100 0011 0000
0x2531
0x2632

 一个字节有八位,有两个数值,我可以把其中四位当作温度值十位,其中四位当作温度值的个位,这样温度值只花了一个字节,湿度值同理也只使用了一个字节,组合起来共使用了两个字节而已。更进一步地,这个在商用上还存在着一个扩展性差的问题,在工业界流行使用TVL格式(type,value,length),自行搜索学习,点到即止,不再深入扩展。

 硬件知识其实只用到了,点灯,串口通信,网络通信这几块,所以这里就很简单地带过,这些知识就已经足够完成本教程的内容了。有些读者想学习更多关于硬件的知识,其它读者分享的太极创客 《零基础入门学用Arduino教程》,大家可以去学习。

FAQ

  1. 错误提示:ESP8266WiFi.h:No such file or directory?
    答:说明没有安装ESP8266扩展开发板信息或者没选择NodeMCU开发板,导致找不到相关文件。
  2. 在开发板管理器安装esp8266 by ES8266 Community 十分缓慢,有其它办法吗?
    答:有解决办法,请看Arduino开发板管理安装失败解决办法
  3. 哪里可以看到API文档?
    答:

附录