Arduino esp8266 智能家居建立（一）

总体上我要建立一个追踪统计智能家居环境下，普通用户日常对各种嵌入式系统使用频率的系统。

这里会记录在建立数据收集环境的过程中遇到的部分问题以及解决方案。

Arduino esp8266 wifi连接

数据数据系统将会建立在统一的局域网下，因此wifi连接是必不可少的，简单说一下Arduino编程：C语言规则下，以setup函数以及loop函数作为主体，通过对各种与固件相关联的函数以及常量进行运用实现各种Arduino固件之间的功能配合。

setup函数是固件初始化函数，在通电后首先运行，之后开始循环执行loop函数。在Arduino编程中，可以定义自己的宏、函数、全局变量。全局变量不随loop函数的循环重新初始化。

Arduino软件配置与头文件下载网络上资源很多，不做赘述。

esp8266是Arduino固件中唯一拥有网络连接能力的芯片，在Arduino编程中我们需要引用ESP8266WiFi.h头文件。

初始化代码如下：

void setupWifi() {//delay(10);Serial.println();//Serial.println函数向串口打印信息Serial.print("Connecting to ");Serial.println(ssid);WiFi.begin(ssid, password);  //ssid 与 password是定义的全局变量，wifi的用户名密码while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {//检查wifi的网络状态，等待连接完成delay(500);Serial.print(".");}WiFi.setAutoReconnect(true);//设置断网自动重连Serial.println("");Serial.println("WiFi connected");Serial.println("IP address: ");Serial.println(WiFi.localIP());
} 

不过即使设置了断网重连，我们再进行网络操作之前仍需要检查网络状态。

while (WiFi.status()==6){Serial.println("not connected");setupWifi();Serial.println("connect server ....");delay(300);
} 
if (!client.connected()) {reconnect();
}

要注意的是，当我们一段时间不进行网络操作，esp8266会进行自动断网。

MQTT服务器与客户端 mosquitto

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。

上述内容来自百度百科，以我个人的理解，MQTT协议是一种发布/订阅模式的协议，在整个MQTT协议网络中，服务器只充当中转站的角色，类似交易大厅。整个网络包括服务器都可以发布某个主题的message，同时网络中的所有终端包括服务器或者客户端也都可以订阅某个主题的message。信息发布比较自由。

mosquitto则是一款实现了MQTT的开源的消息代理，我们通过在我的服务器（window10系统，就是我电脑）与客户端（分布在各个智能家居的信息传感器）部署mosquitto来实现消息的传递。

服务器端

我也是参照网络上大佬的博客配置的，在这里把链接奉上：
Linux环境下的配置
windows环境下的配置

现在简单介绍一下mosqitto中我们需要用到的指令，配置好环境变量后直接运行：

mosquitto

启动服务器，后面可以衔接参数-v显示详细情况

mosquitto_sub -v -t topic

订阅指定topic的message，在整个数据采集体系中并不需要信息的推送，因此在这里对mosquitto_pub指令并不做介绍，想了解的同学可以在Linux环境下配置连接内查询。

esp8266 用户端

esp8266的客户端的部署则是通过头文件的include实现，需要下载PubSubClient.h头文件。在setup函数中使用：

client.setServer( mqtt_server, 1883 );

设定要连接的服务器以及端口。
在执行业务逻辑之前例行检查与mqtt服务器的连接情况，如果没有链接则进行重连。

void reconnect() {while (!client.connected()) {Serial.print("Attempting MQTT connection...");if (client.connect(client_id)) {//判断连接情况Serial.println("connected");} else {Serial.print("failed, rc=");Serial.print(client.state());Serial.println(" try again in 5 seconds");// 等待五秒重连delay(5000);}}
}

以上是重连函数的实现。

节省功耗

经实验发现，用两节五号电池供电，在esp8266不断发送mqtt请求的情况下一天之内电量就会耗尽，因此必须考虑功耗问题。

由于网络操作是最消耗的电量的操作之一，因此想到可以减少不必要的网络数据传输，在loop函数的业务逻辑中，我把对wifi连接以及mqtt连接的检测重连代码段放置在必要时的发送message的代码之前，同时设定只有在esp8266与传感器相连的的数字端口中读取到的值低于某个阈值时进行连接检测与发送message，具体功耗还未实验计算。代码如下：

void loop() {averageValue += analogRead(A0);count = count + 1;if ( millis() - lastSend > 10 ) { // 用于定时1秒钟发送一次数据int average = averageValue/count;averageValue = 0;count = 0;lastSend = millis();if(average <= 1023){//当一段时间不进行网络操作，网络会自动断开while (WiFi.status()==6){Serial.println("not connected");setupWifi();Serial.println("connect server ....");delay(300);} if (!client.connected()) {reconnect();}SendValue(average); // 获取震动数据发送到MQTT服务器上去}}client.loop();
}

工作记录

今天实现了一个带休眠功能的数据采集装置，明天计划在windows端把采集到的数据进行保存，添加时间、数据包大小等附加数据。