目錄

1.1? 通信協(xié)議的選擇

1.1.1? MQTT的簡(jiǎn)介

1.1.2? MQTT的通信模型

?1.2? 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)的選擇

1.2.1? 注冊(cè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

1.3??Web端或手機(jī)端遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)跟蹤裝置

1.3.1? Node-RED設(shè)計(jì)??????

1.3.2??移動(dòng)端設(shè)計(jì)?????

1.3.3??遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)計(jì)

1.3.4? 代碼實(shí)現(xiàn)

1.4? 自適應(yīng)天氣運(yùn)行控制策略

1.4.1? 自適應(yīng)天氣運(yùn)行的需求

1.4.2? 自適應(yīng)天氣運(yùn)行的設(shè)計(jì)原理

1.4.3? 天氣信息平臺(tái)的選擇

1.3.4? 自適應(yīng)天氣運(yùn)行的設(shè)計(jì)方案

1.4.5? 代碼實(shí)現(xiàn)

? ? ? ? 1、使用心知天氣數(shù)據(jù)服務(wù)的準(zhǔn)備工作

? ? ? ? 2、ESP8266獲取并解析心知天氣數(shù)據(jù)

? ? ? ? 3、自適應(yīng)天氣運(yùn)行+遠(yuǎn)程監(jiān)控代碼

物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)ESP8266 nodeMCU來(lái)實(shí)現(xiàn)WiFi聯(lián)網(wǎng)的，本系統(tǒng)是采用Arduino IDE來(lái)對(duì)ESP8266進(jìn)行開(kāi)發(fā)，因此本章的代碼僅適用于Arduino IDE上。

1.1? 通信協(xié)議的選擇

????????在物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議中，一般分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是傳輸協(xié)議，一類(lèi)是通信協(xié)議。傳輸協(xié)議一般負(fù)責(zé)子網(wǎng)內(nèi)設(shè)備間的組網(wǎng)及通信；通信協(xié)議則主要是運(yùn)行在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP協(xié)議之上的設(shè)備通訊協(xié)議，負(fù)責(zé)設(shè)備通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及通信。MQTT是一種輕量級(jí)消息傳輸協(xié)議，它為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信息。由于MQTT占用網(wǎng)絡(luò)資源小，且適用于遠(yuǎn)程信息傳輸，MQTT在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）領(lǐng)域起著重要作用。

1.1.1? MQTT的簡(jiǎn)介

????????MQTT(Message Queuing Telemetry Transport， 消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議)，是一種基于發(fā)布/訂閱(publish/subscribe)模式的"輕量級(jí)"通訊協(xié)議，該協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議上，屬于應(yīng)用層協(xié)議，因此只要是支持TCP/IP協(xié)議棧的地方，都可以使用MQTT。

????????MQTT協(xié)議最大的特點(diǎn)就是，兩個(gè)設(shè)備端（Client)之間不及進(jìn)行直接通訊，而是將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)端(Server)，由服務(wù)器將設(shè)備端發(fā)送的數(shù)據(jù)傳遞給對(duì)應(yīng)的設(shè)備端。

1.1.2? MQTT的通信模型

????????MQTT協(xié)議提供一對(duì)多的消息發(fā)布，可以降低應(yīng)用程序的耦合性，用戶(hù)只需要編寫(xiě)極少量的應(yīng)用代碼就能完成一對(duì)多的消息發(fā)布與訂閱，該協(xié)議是基于<客戶(hù)端-服務(wù)器>模型，在協(xié)議中主要有三種身份：發(fā)布者（Publisher）、服務(wù)器（Broker）以及訂閱者（Subscriber）。其中，MQTT消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶(hù)端，服務(wù)器只是作為一個(gè)中轉(zhuǎn)的存在，將發(fā)布者發(fā)布的消息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)給所有訂閱該主題的訂閱者；發(fā)布者可以發(fā)布在其權(quán)限之內(nèi)的所有主題，并且消息發(fā)布者可以同時(shí)是訂閱者，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)者與消費(fèi)者的脫耦，發(fā)布的消息可以同時(shí)被多個(gè)訂閱者訂閱。MQTT通信模型如圖1所示。

?1.2? 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)的選擇

????????本系統(tǒng)著重對(duì)個(gè)人開(kāi)發(fā)者相對(duì)友好以及對(duì)Arduino的支持情況兩個(gè)方面考慮，最終選擇然也物聯(lián)作為物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)。然也物聯(lián)平臺(tái)可提供社區(qū)版MQTT服務(wù)，其為面向個(gè)人用戶(hù)的免費(fèi)MQTT服務(wù)。社區(qū)版MQTT服務(wù)中的用戶(hù)個(gè)人主題和信息傳輸受到用戶(hù)名和密碼保護(hù)。即，A用戶(hù)的個(gè)人主題只有A用戶(hù)可以發(fā)布和訂閱，其他人不能對(duì)該主題進(jìn)行訂閱和發(fā)布，為個(gè)人開(kāi)發(fā)者提供了很好的安全保護(hù)。

????????然也物聯(lián)平臺(tái)還提供相應(yīng)的手機(jī)APP的接入方式，使得用戶(hù)可以更多元化的管理自己的設(shè)備和傳感器，隨時(shí)了解設(shè)備動(dòng)態(tài)。

1.2.1? 注冊(cè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

? ? ? ? 進(jìn)入然也物聯(lián)的官網(wǎng)：http://www.ranye-iot.net

? ? ? ? 在首頁(yè)點(diǎn)擊物聯(lián)平臺(tái)后會(huì)進(jìn)行頁(yè)面跳轉(zhuǎn)，然后往下滑就可以找到?社區(qū)版MQTT服務(wù)

? ? ? ? 最近好像沒(méi)得注冊(cè)用戶(hù)了... 進(jìn)而無(wú)法進(jìn)行平臺(tái)申請(qǐng)...也無(wú)法使用社區(qū)版MQTT服務(wù)了...

? ? ? ? ?服務(wù)端連接基本信息

? ? ? ? ?客戶(hù)端連接信息（共有8組）

? ? ? ? ?專(zhuān)屬個(gè)人主題

? ? ? ? ?社區(qū)版服務(wù)有效期為一年，屆時(shí)會(huì)有工作人員聯(lián)系。

1.3??Web端或手機(jī)端遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)跟蹤裝置

????????光伏跟蹤裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)可由感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層組成。

????????第一層為感知層，由單片機(jī)、傳感器模塊和ESP8266 WiFi模塊所組成，對(duì)環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，通過(guò)WiFi模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層。

????????第二層為網(wǎng)絡(luò)層，主要包括路由器和服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)層主要用于處理不同層之間的數(shù)據(jù)交互，感知層的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層可以傳遞到應(yīng)用層，應(yīng)用層的下行命令可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層傳遞到感知層。感知層中監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)ESP8266 WiFi模塊，通過(guò)路由器接入互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到然也物聯(lián)平臺(tái)搭建的MQTT服務(wù)器上。

????????感知層的數(shù)據(jù)通過(guò)基于TCP的MQTT協(xié)議上傳到1個(gè)PubTopic，并通過(guò)訂閱SubTopic以接收下行命令，進(jìn)行執(zhí)行器的控制。

????????第三層為應(yīng)用層，主要包括Web端和移動(dòng)端的數(shù)據(jù)顯示、管理和控制，在Web端通過(guò)Node-Red進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和對(duì)裝置的控制，在移動(dòng)端也可以通過(guò)APP進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)和向感知層下發(fā)下行命令以控制裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。

1.3.1? Node-RED設(shè)計(jì)??????

? ? ? ? 通過(guò)mqtt in節(jié)點(diǎn)配置連接的服務(wù)器 IP 地址，確定 mqtt 連接的 Topic 主題和Qos方式后，便可以連接到傳輸層，得到感知層的環(huán)境數(shù)據(jù)和執(zhí)行器的狀態(tài)，然后通過(guò)文本顯示節(jié)點(diǎn)，便可以將上述數(shù)據(jù)顯示文本窗口。

? ? ? ? 要完成以上步驟，首先需要下載node.js才可進(jìn)入node-red，接下來(lái)如何使用node-red可觀看以下視頻，重點(diǎn)學(xué)習(xí)如何使用MQTT進(jìn)行通信。

【太極創(chuàng)客】零基礎(chǔ)入門(mén)學(xué)用物聯(lián)網(wǎng) - MQTT應(yīng)用篇 3-1-5 用電腦搭建物聯(lián)網(wǎng)控制臺(tái)(上)https://www.bilibili.com/video/BV1VR4y1n7nj/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=b4d125df2ebf1ab26fbed06ba725ac39

?????????Web端監(jiān)控頁(yè)面如下圖所示。

1.3.2??移動(dòng)端設(shè)計(jì)?????

????????本系統(tǒng)在移動(dòng)端的監(jiān)測(cè)控制是通過(guò)然也物聯(lián)提供的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)所設(shè)計(jì)而成。首先，配置所要連接的服務(wù)器的客戶(hù)端ID、 IP 地址、端口號(hào)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、用戶(hù)名和密碼，然后確定 mqtt 連接的 Topic 主題和Qos方式后進(jìn)入到功能設(shè)計(jì)頁(yè)面；可設(shè)置文本顯示框架，便可以將服務(wù)器數(shù)據(jù)顯示到文本窗口，還可設(shè)置控制按鈕，配置下行命令；這樣便可以連接到傳輸層，得到感知層的環(huán)境數(shù)據(jù)和執(zhí)行器的狀態(tài)，或?qū)⑾滦忻钔ㄟ^(guò)傳輸層下達(dá)到感知層，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。

???????? 要完成以上步驟，需先下載然也物聯(lián)的APP，可觀看以下視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)，重點(diǎn)學(xué)習(xí)如何使用MQTT進(jìn)行通信，視頻里也會(huì)教如何下載APP。

【太極創(chuàng)客】零基礎(chǔ)入門(mén)學(xué)用物聯(lián)網(wǎng) - MQTT應(yīng)用篇 3-1-4 手機(jī)應(yīng)用控制ESP8266(下)https://www.bilibili.com/video/BV1QT4y1R7uf/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=b4d125df2ebf1ab26fbed06ba725ac39

????????移動(dòng)端監(jiān)控頁(yè)面如下圖所示。

1.3.3??遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)計(jì)

????????設(shè)置ESP32-CAM為STA模式，即可通過(guò)路由器接入互聯(lián)網(wǎng)。在瀏覽器中輸入其生成的IP地址，即可在Web端或移動(dòng)端看到由ESP32-CAM拍攝所上傳的畫(huà)面，這樣便可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視效果。

? ? ? ? 這部分在CSDN搜索都有很多教程。

????????視頻監(jiān)視效果如下圖所示。

1.3.4? 代碼實(shí)現(xiàn)

? ? ? ? 代碼后的注釋能解釋清楚每一句代碼的作用。

? ? ? ? 初始化設(shè)置

#include <ArduinoJson.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <string.h>

// 設(shè)置wifi接入信息(請(qǐng)根據(jù)您的WiFi信息進(jìn)行修改)
const char* ssid     = "SunFlower";               // 請(qǐng)將您需要連接的WiFi名填入引號(hào)中                                           
const char* password = "88888888";                // 請(qǐng)將您需要連接的WiFi密碼填入引號(hào)中
const char* mqttServer = "iot.ranye-iot.net";     //連接MQTT服務(wù)器，iot開(kāi)頭代表是社區(qū)版服務(wù)端的地址

//建立兩對(duì)象
WiFiClient wifiClient;                            // 連接網(wǎng)絡(luò)
PubSubClient mqttClient(wifiClient);              // MQTT通信用的
 
// ****************************************************
// 注意！以下需要用戶(hù)根據(jù)然也物聯(lián)平臺(tái)信息進(jìn)行修改！否則無(wú)法工作!
// ****************************************************
const char* mqttUserName = "UserName";          // 服務(wù)端連接用戶(hù)名(需要修改)
const char* mqttPassword = "password";           // 服務(wù)端連接密碼(需要修改)
const char* clientId = "UserName_1_id";           // 客戶(hù)端id (需要修改)
const char* subTopic1 = "UserName/phone";         // 訂閱主題(需要修改)
const char* subTopic2 = "UserName/web";           // 訂閱主題(需要修改)
const char* pubTopic1 = "UserName/esp8266_1";     // 發(fā)布主題(需要修改)
const char* pubTopic2 = "UserName/esp8266_2";     // 發(fā)布主題(需要修改)
const char* pubTopic3 = "UserName/esp8266_3";     // 發(fā)布主題(需要修改)
const char* pubTopic4 = "UserName/esp8266_4";     // 發(fā)布主題(需要修改)
const char* willTopic = "UserName/led_yz";        // 遺囑主題名稱(chēng)(需要修改)
// ****************************************************
 
//遺囑相關(guān)信息
const char* willMsg = "esp8266 offline";        // 遺囑主題信息
const int willQos = 0;                          // 遺囑QoS
const int willRetain = false;                   // 遺囑保留
 
const int subQoS = 1;            // 客戶(hù)端訂閱主題時(shí)使用的QoS級(jí)別（截止2020-10-07，僅支持QoS = 1，不支持QoS = 2）
const bool cleanSession = false; // 清除會(huì)話（如QoS>0必須要設(shè)為false）                                          

//***************************************************** 
const char* host = "api.seniverse.com";     // 將要連接的服務(wù)器地址  
const int httpPort = 80;                    // 將要連接的服務(wù)器端口      
 
// 心知天氣HTTP請(qǐng)求所需信息
String reqUserKey = "************";   // 私鑰
String reqLocation = "你的城市所在地";            // 城市
String reqUnit = "c";                      // 攝氏/華氏
//***************************************************** 

 
void setup(){
  Serial.begin(115200);          

  //設(shè)置ESP8266工作模式為無(wú)線終端模式
  WiFi.mode(WIFI_STA);

  // 連接WiFi
  connectWiFi();

  // 設(shè)置MQTT服務(wù)器和端口號(hào)
  mqttClient.setServer(mqttServer, 1883);
  mqttClient.setCallback(receiveCallback);
 
  // 連接MQTT服務(wù)器
  connectMQTTserver();
}

? ? ? ? 由于主函數(shù)中涵蓋了自適應(yīng)天氣運(yùn)行部分的代碼，因此具體代碼放在文末與自適應(yīng)天氣部分一起放上。

1.4? 自適應(yīng)天氣運(yùn)行控制策略

1.4.1? 自適應(yīng)天氣運(yùn)行的需求

????????為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)避風(fēng)、避雪，保護(hù)支架、組件，減少裝置的受損概率，延長(zhǎng)支架、組件的使用壽命，延長(zhǎng)發(fā)電壽命，增加發(fā)電收益。本系統(tǒng)針對(duì)天氣對(duì)光伏發(fā)電的影響為跟蹤裝置設(shè)計(jì)了自適應(yīng)天氣運(yùn)行，即適應(yīng)天氣的變化使跟蹤裝置作出相應(yīng)的調(diào)整，以最大化地提高發(fā)電效益，力求將天氣對(duì)光伏發(fā)電所帶來(lái)的影響降到最低。

1.4.2? 自適應(yīng)天氣運(yùn)行的設(shè)計(jì)原理

????????①本系統(tǒng)采用的是混合跟蹤方式，光電跟蹤方式在尤其是在陰雨或者多云天氣時(shí)，很難與太陽(yáng)光線對(duì)正，有些情況下還會(huì)出現(xiàn)誤跟蹤、丟跟蹤和往反跟蹤等現(xiàn)象，沒(méi)辦法保證跟蹤精度；而視日軌跡跟蹤方式的主要缺點(diǎn)在于運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生累積誤差，該誤差不能自行消除，往往需要人為定期調(diào)整跟蹤累積誤差。

????????綜合分析考慮決定，在晴朗天氣下，系統(tǒng)將采用光電跟蹤方式；而在陰天或多云天氣時(shí)，系統(tǒng)將采用視日軌跡跟蹤方式。

????????②本系統(tǒng)中配置風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測(cè)儀用于監(jiān)測(cè)光伏支架安裝環(huán)境中風(fēng)速的大小、風(fēng)的方向（當(dāng)接收到與風(fēng)相關(guān)的天氣信息方啟動(dòng)風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)儀，以降低系統(tǒng)整體能耗）；如果測(cè)量的風(fēng)速大于設(shè)定值時(shí)，MCU即驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使太陽(yáng)能電池板的側(cè)面迎風(fēng)，正面避開(kāi)風(fēng)的正面，減少迎風(fēng)面積，從而減少受風(fēng)力，降低受損概率；同時(shí)可以驅(qū)動(dòng)俯仰角轉(zhuǎn)動(dòng)，使得俯仰角變小，張力變小，機(jī)械受外力不易損壞。

????????③本系統(tǒng)配置雨滴傳感器用于檢測(cè)雨雪量（當(dāng)接收到與雨雪相關(guān)的天氣信息方啟動(dòng)雨滴傳感器，以降低系統(tǒng)整體能耗）；如果雨雪量大于設(shè)定值時(shí)，容易造成組件或支架受雨雪壓力受損，MCU即可驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得太陽(yáng)能電池板正面和地面垂直或接近垂直，雨雪就不容易積壓到太陽(yáng)能電池板表面上，嚴(yán)寒地區(qū)安裝的組件表面也不易結(jié)冰，減少雨雪對(duì)組件的腐蝕和壓力；當(dāng)雨量小于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)將采用視日軌跡跟蹤方式，此時(shí)較小的雨量并不容易對(duì)組件造成損害，相反，還可利用雨水沖刷掉光伏組件表面的污垢和灰塵，從而增加光照強(qiáng)度，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率。

1.4.3? 天氣信息平臺(tái)的選擇

? ? ? ? 互聯(lián)網(wǎng)上有很多天氣信息平臺(tái)，心知天氣是信息最準(zhǔn)確，服務(wù)最穩(wěn)定的平臺(tái)。更重要的是，心知天氣所提供的基礎(chǔ)服務(wù)是完全免費(fèi)的，其免費(fèi)的天氣信息就包含3天的天氣預(yù)報(bào)信息，實(shí)時(shí)天氣以及生活指數(shù)。

1.3.4? 自適應(yīng)天氣運(yùn)行的設(shè)計(jì)方案

? ? ? ? ①對(duì)WiFi模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)置成STA模式，WiFi模塊通過(guò)路由器/手機(jī)熱點(diǎn)可連接互聯(lián)網(wǎng)；建立“心知天氣”API當(dāng)前天氣請(qǐng)求資源地址，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向“心知天氣”服務(wù)器發(fā)送HTTP請(qǐng)求，并獲取服務(wù)器返回的天氣信息，從服務(wù)器響應(yīng)中解析出天氣代碼（如圖2所示）。

? ? ? ? ②設(shè)定特殊天氣的轉(zhuǎn)換程序，即將所需響應(yīng)的天氣情況所對(duì)應(yīng)的天氣代碼轉(zhuǎn)換為控制系統(tǒng)可識(shí)別的字符。此時(shí)WiFi模塊同時(shí)作為上位機(jī)，與單片機(jī)進(jìn)行串行通信，將可識(shí)別的天氣字符傳送給單片機(jī)。

????????③對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)計(jì)接收到不同的天氣字符即運(yùn)行不同的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)代碼。當(dāng)單片機(jī)接收到實(shí)時(shí)的天氣信息后，配合雨滴傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器來(lái)確認(rèn)天氣信息屬實(shí)后，才會(huì)驅(qū)動(dòng)跟蹤裝置執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

????????目前僅對(duì)四種天氣情況進(jìn)行了設(shè)置：

????????晴天時(shí)，單片機(jī)將運(yùn)行光電跟蹤模式；

????????陰天或多云時(shí)，單片機(jī)將運(yùn)行視日軌跡跟蹤模式，確保光伏板始終朝向太陽(yáng)，以提供最佳的能量收集效果，最大限度地提高能量輸出效率；

????????雨天時(shí)，單片機(jī)將中斷當(dāng)前所執(zhí)行的模式，轉(zhuǎn)而驅(qū)動(dòng)控制俯仰角的舵機(jī)將光伏電池板置于傾斜45°的狀態(tài)，令雨水沖刷板面，以清理塵土、落葉等遮擋物， 從而減弱熱斑效應(yīng)，延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命。

????????雪天時(shí)，單片機(jī)將中斷當(dāng)前所執(zhí)行的模式，轉(zhuǎn)而驅(qū)動(dòng)控制俯仰角的舵機(jī)將光伏電池板置于垂直地面的狀態(tài)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整光伏板角度，使其正面和地面垂直或接近垂直，減少積雪對(duì) 組件的腐蝕和壓力。

????????自適應(yīng)天氣運(yùn)行控制策略的流程圖如圖3所示。

? ? ? ? ?補(bǔ)充：圖中在執(zhí)行雨雪天氣時(shí)，漏了得先經(jīng)過(guò)雨滴傳感器的數(shù)據(jù)輔助判斷當(dāng)前天氣情況是否屬實(shí)這一步。

1.4.5? 代碼實(shí)現(xiàn)

? ? ? ? 1、使用心知天氣數(shù)據(jù)服務(wù)的準(zhǔn)備工作

? ? ? ? ①注冊(cè)心知天氣賬戶(hù)

????????打開(kāi)心知天氣網(wǎng)頁(yè)：www.seniverse.com

? ? ? ? ?②申請(qǐng)免費(fèi)天氣數(shù)據(jù)API服務(wù)

????????完成注冊(cè)后進(jìn)行登錄，然后從首頁(yè)進(jìn)入控制臺(tái)頁(yè)面（如下圖所示）

? ? ? ? ?申請(qǐng)?zhí)鞖鈹?shù)據(jù)API免費(fèi)版

? ? ? ? ?申請(qǐng)成功后可以在控制臺(tái)中看到（如下圖所示）

?????????點(diǎn)擊該服務(wù)鏈接，進(jìn)入天氣數(shù)據(jù)API免費(fèi)服務(wù)頁(yè)面

? ? ? ? ③獲取用戶(hù)私鑰、?

? ? ? ? 點(diǎn)擊私鑰旁邊的 閉合上的眼睛 即可查看自己的私鑰信息?

? ? ? ? 2、ESP8266獲取并解析心知天氣數(shù)據(jù)

? ? ? ? 這里可以先使用“太極創(chuàng)客團(tuán)隊(duì)”的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn) 獲取實(shí)時(shí)天氣信息（溫度、天氣）

????????要實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的自適應(yīng)天氣運(yùn)行功能，照搬太極創(chuàng)客的代碼是行不通的。

#include <ArduinoJson.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
 
const char* ssid     = "taichimaker";       // 連接WiFi名（此處使用taichi-maker為示例）
                                            // 請(qǐng)將您需要連接的WiFi名填入引號(hào)中
const char* password = "12345678";          // 連接WiFi密碼（此處使用12345678為示例）
                                            // 請(qǐng)將您需要連接的WiFi密碼填入引號(hào)中
 
const char* host = "api.seniverse.com";     // 將要連接的服務(wù)器地址  
const int httpPort = 80;                    // 將要連接的服務(wù)器端口      
 
// 心知天氣HTTP請(qǐng)求所需信息
String reqUserKey = "XXXXXXXXXXXXXXXXX";   // 私鑰
String reqLocation = "Beijing";            // 城市
String reqUnit = "c";                      // 攝氏/華氏
 
void setup(){
  Serial.begin(9600);          
  Serial.println("");
  
  // 連接WiFi
  connectWiFi();
}
 
void loop(){
  // 建立心知天氣API當(dāng)前天氣請(qǐng)求資源地址
  String reqRes = "/v3/weather/now.json?key=" + reqUserKey +
                  + "&location=" + reqLocation + 
                  "&language=en&unit=" +reqUnit;
 
  // 向心知天氣服務(wù)器服務(wù)器請(qǐng)求信息并對(duì)信息進(jìn)行解析
  httpRequest(reqRes);
  delay(3000);
}
 
// 向心知天氣服務(wù)器服務(wù)器請(qǐng)求信息并對(duì)信息進(jìn)行解析
void httpRequest(String reqRes){
  WiFiClient client;
 
  // 建立http請(qǐng)求信息
  String httpRequest = String("GET ") + reqRes + " HTTP/1.1\r\n" + 
                              "Host: " + host + "\r\n" + 
                              "Connection: close\r\n\r\n";
  Serial.println(""); 
  Serial.print("Connecting to "); Serial.print(host);
 
  // 嘗試連接服務(wù)器
  if (client.connect(host, 80)){
    Serial.println(" Success!");
 
    // 向服務(wù)器發(fā)送http請(qǐng)求信息
    client.print(httpRequest);
    Serial.println("Sending request: ");
    Serial.println(httpRequest);  
 
    // 獲取并顯示服務(wù)器響應(yīng)狀態(tài)行 
    String status_response = client.readStringUntil('\n');
    Serial.print("status_response: ");
    Serial.println(status_response);
 
    // 使用find跳過(guò)HTTP響應(yīng)頭
    if (client.find("\r\n\r\n")) {
      Serial.println("Found Header End. Start Parsing.");
    }
    
    // 利用ArduinoJson庫(kù)解析心知天氣響應(yīng)信息
    parseInfo(client); 
  } else {
    Serial.println(" connection failed!");
  }   
  //斷開(kāi)客戶(hù)端與服務(wù)器連接工作
  client.stop(); 
}
 
// 連接WiFi
void connectWiFi(){
  WiFi.begin(ssid, password);                  // 啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接
  Serial.print("Connecting to ");              // 串口監(jiān)視器輸出網(wǎng)絡(luò)連接信息
  Serial.print(ssid); Serial.println(" ...");  // 告知用戶(hù)NodeMCU正在嘗試WiFi連接
  
  int i = 0;                                   // 這一段程序語(yǔ)句用于檢查WiFi是否連接成功
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {      // WiFi.status()函數(shù)的返回值是由NodeMCU的WiFi連接狀態(tài)所決定的。 
    delay(1000);                               // 如果WiFi連接成功則返回值為WL_CONNECTED                       
    Serial.print(i++); Serial.print(' ');      // 此處通過(guò)While循環(huán)讓NodeMCU每隔一秒鐘檢查一次WiFi.status()函數(shù)返回值
  }                                            // 同時(shí)NodeMCU將通過(guò)串口監(jiān)視器輸出連接時(shí)長(zhǎng)讀秒。
                                               // 這個(gè)讀秒是通過(guò)變量i每隔一秒自加1來(lái)實(shí)現(xiàn)的。                                              
  Serial.println("");                          // WiFi連接成功后
  Serial.println("Connection established!");   // NodeMCU將通過(guò)串口監(jiān)視器輸出"連接成功"信息。
  Serial.print("IP address:    ");             // 同時(shí)還將輸出NodeMCU的IP地址。這一功能是通過(guò)調(diào)用
  Serial.println(WiFi.localIP());              // WiFi.localIP()函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該函數(shù)的返回值即NodeMCU的IP地址。  
}
 
// 利用ArduinoJson庫(kù)解析心知天氣響應(yīng)信息
void parseInfo(WiFiClient client){
  const size_t capacity = JSON_ARRAY_SIZE(1) + JSON_OBJECT_SIZE(1) + 2*JSON_OBJECT_SIZE(3) + JSON_OBJECT_SIZE(6) + 230;
  DynamicJsonDocument doc(capacity);
  
  deserializeJson(doc, client);
  
  JsonObject results_0 = doc["results"][0];
  
  JsonObject results_0_now = results_0["now"];
  const char* results_0_now_text = results_0_now["text"]; // "Sunny"
  const char* results_0_now_code = results_0_now["code"]; // "0"
  const char* results_0_now_temperature = results_0_now["temperature"]; // "32"
  
  const char* results_0_last_update = results_0["last_update"]; // "2020-06-02T14:40:00+08:00" 
 
  // 通過(guò)串口監(jiān)視器顯示以上信息
  String results_0_now_text_str = results_0_now["text"].as<String>(); 
  int results_0_now_code_int = results_0_now["code"].as<int>(); 
  int results_0_now_temperature_int = results_0_now["temperature"].as<int>(); 
  
  String results_0_last_update_str = results_0["last_update"].as<String>();   
 
  Serial.println(F("======Weahter Now======="));
  Serial.print(F("Weather Now: "));
  Serial.print(results_0_now_text_str);
  Serial.print(F(" "));
  Serial.println(results_0_now_code_int);
  Serial.print(F("Temperature: "));
  Serial.println(results_0_now_temperature_int);
  Serial.print(F("Last Update: "));
  Serial.println(results_0_last_update_str);
  Serial.println(F("========================"));
}

? ? ? ? 3、自適應(yīng)天氣運(yùn)行+遠(yuǎn)程監(jiān)控代碼

? ? ? ?? 代碼后的注釋能解釋清楚每一句代碼的作用。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-769050.html

void loop(){
//*****************************************************   
  // 建立心知天氣API當(dāng)前天氣請(qǐng)求資源地址
  String reqRes = "/v3/weather/now.json?key=" + reqUserKey +
                  + "&location=" + reqLocation + 
                  "&language=en&unit=" +reqUnit;
 
  // 向心知天氣服務(wù)器服務(wù)器請(qǐng)求信息并對(duì)信息進(jìn)行解析
  httpRequest(reqRes);
//***************************************************** 

//***************************************************** 
  // 如果開(kāi)發(fā)板未能成功連接服務(wù)器，則嘗試連接服務(wù)器
  if (!mqttClient.connected()) {
    connectMQTTserver();
  }
 
  // 處理信息以及心跳
  mqttClient.loop();
//***************************************************** 
  char a[20] = ""; //定義字符數(shù)組，接受來(lái)自串口的數(shù)據(jù)
  char b;
  int i = 0;
  while (Serial.available()) //當(dāng)發(fā)現(xiàn)緩存中有數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)送至字符數(shù)組a中
  {
    a[i] = Serial.read();   
    i++;
  }
  
  b = a[0];
  if (b == '1'){
    mqttClient.publish(pubTopic4, "YES"); //向Web端發(fā)送雨滴傳感器的狀態(tài)，有雨或無(wú)雨
    Serial.print('5');
  }else{
    mqttClient.publish(pubTopic4, "NO");
  }
  
  if(Serial.available() == 0){ 
    mqttClient.publish(pubTopic3, a);   //向Web端和移動(dòng)端發(fā)送跟蹤裝置的俯仰角度和水平角度
  }

}
 
// 向心知天氣服務(wù)器服務(wù)器請(qǐng)求信息并對(duì)信息進(jìn)行解析
void httpRequest(String reqRes){
  WiFiClient client;
 
  // 建立http請(qǐng)求信息
  String httpRequest = String("GET ") + reqRes + " HTTP/1.1\r\n" + 
                              "Host: " + host + "\r\n" + 
                              "Connection: close\r\n\r\n";

  // 嘗試連接服務(wù)器
  if (client.connect(host, 80)){
 
    // 向服務(wù)器發(fā)送http請(qǐng)求信息
    client.print(httpRequest);
 
    // 獲取并顯示服務(wù)器響應(yīng)狀態(tài)行 
    String status_response = client.readStringUntil('\n');
 
    // 使用find跳過(guò)HTTP響應(yīng)頭
    if (client.find("\r\n\r\n")) {
//      Serial.println("Found Header End. Start Parsing.");
    }
    
    // 利用ArduinoJson庫(kù)解析心知天氣響應(yīng)信息
    parseInfo(client);
    delay(1000);
    
  } else {
//    Serial.println(" connection failed!");
  }   
  //斷開(kāi)客戶(hù)端與服務(wù)器連接工作
  client.stop(); 
}
 
// 連接WiFi
void connectWiFi(){
  WiFi.begin(ssid, password);                  // 啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接
  
  int i = 0;                                   // 這一段程序語(yǔ)句用于檢查WiFi是否連接成功
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {      // WiFi.status()函數(shù)的返回值是由NodeMCU的WiFi連接狀態(tài)所決定的。 
  delay(1000);                                                  

  }                                            
  
}
 
// 利用ArduinoJson庫(kù)解析心知天氣響應(yīng)信息
void parseInfo(WiFiClient client){
  const size_t capacity = JSON_ARRAY_SIZE(1) + JSON_OBJECT_SIZE(1) + 2*JSON_OBJECT_SIZE(3) + JSON_OBJECT_SIZE(6) + 230;
  DynamicJsonDocument doc(capacity);
  
  deserializeJson(doc, client);
  
  JsonObject results_0 = doc["results"][0];
  
  JsonObject results_0_now = results_0["now"];
  const char* results_0_now_text = results_0_now["text"]; // "Sunny"
  const char* results_0_now_code = results_0_now["code"]; // "0"
  const char* results_0_now_temperature = results_0_now["temperature"]; // "32"
  
  const char* results_0_last_update = results_0["last_update"]; // "2020-06-02T14:40:00+08:00" 
 
  String results_0_now_text_str = results_0_now["text"].as<String>(); 
  int results_0_now_code_int = results_0_now["code"].as<int>(); 
  int results_0_now_temperature_int = results_0_now["temperature"].as<int>(); 
  
  String results_0_last_update_str = results_0["last_update"].as<String>();   
 
    mqttClient.publish(pubTopic2, results_0_now_text);//將天氣情況發(fā)送到Web端，使其可顯示當(dāng)前天氣情況
    
//轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的天氣狀態(tài)字符，然后通過(guò)串口傳給單片機(jī)
  if(results_0_now_code_int == 24 || results_0_now_code_int == 25)//雪天
  {
    Serial.print('3');
  }
  if(results_0_now_code_int == 13 || results_0_now_code_int == 14 || results_0_now_code_int == 15 || results_0_now_code_int == 16 || results_0_now_code_int == 17 || results_0_now_code_int == 18)//雨天
  {
    Serial.print('5');
  }
    if(results_0_now_code_int == 0)//晴天
  {
    Serial.print('0');
  }
  if(results_0_now_code_int == 4 || results_0_now_code_int == 5 || results_0_now_code_int == 6 || results_0_now_code_int == 7 || results_0_now_code_int == 8 || results_0_now_code_int == 9)//陰天
  {
    Serial.print('1');
  }    

//將天氣情況發(fā)送到移動(dòng)端，使其可顯示當(dāng)前天氣情況
    char* pubMessage;
    pubMessage = "天氣：";   
    if(mqttClient.publish(pubTopic1, results_0_now_text)){ 
       mqttClient.publish(pubTopic1, pubMessage);
    }
}

// 連接MQTT服務(wù)器并訂閱信息
void connectMQTTserver(){
  // 根據(jù)ESP8266的MAC地址生成客戶(hù)端ID（避免與其它ESP8266的客戶(hù)端ID重名）
  
 
  /* 連接MQTT服務(wù)器
  boolean connect(const char* id, const char* user, 
                  const char* pass, const char* willTopic, 
                  uint8_t willQos, boolean willRetain, 
                  const char* willMessage, boolean cleanSession); 
  若讓設(shè)備在離線時(shí)仍然能夠讓qos1工作，則connect時(shí)的cleanSession需要設(shè)置為false                
                  */
  if (mqttClient.connect(clientId, mqttUserName, 
                         mqttPassword, willTopic, 
                         willQos, willRetain, willMsg, cleanSession)) {    
    
    subscribeTopic(); // 訂閱指定主題
  } else {
    delay(5000);
  }   
}
 
// 收到信息后的回調(diào)函數(shù)。
void receiveCallback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {

  for (int i = 0; i < length; i++) {
    Serial.print((char)payload[i]);     // 訂閱了Web端和移動(dòng)端發(fā)布的主題，當(dāng)收到這兩端發(fā)布信息后，便會(huì)通過(guò)串口傳給單片機(jī)
  }

}
 
// 訂閱指定主題
void subscribeTopic(){

  mqttClient.subscribe(subTopic1, subQoS); 
  mqttClient.subscribe(subTopic2, subQoS);
  
}

到了這里，關(guān)于系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的方案及功能設(shè)計(jì)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！