帶有 ESP8266 和 DS18B20 的 WIFI 溫度監控器

2021-10-12

帶有 ESP8266 和 DS18B20 的 WIFI 溫度監控器

今天，我們將創(chuàng )建一個(gè)wifi溫度監控系統。對于讀數，我們將使用 DS18B20 傳感器。對于數據處理和網(wǎng)頁(yè)創(chuàng )建，我們將使用我們已知的 ESP8266。

該項目將建設如下：

電路組裝

讀取 DS18B20 傳感器的代碼（我們將使用串行進(jìn)行測試）。

創(chuàng )建網(wǎng)頁(yè)（我們將使用 SPIFFS 存儲在 FLASH 中）。

但首先，讓我們了解一下傳感器及其使用的通信模型。

DS18B20

DS18B20是一款精度好、定制性好、實(shí)用、可靠、成本低的數字溫度傳感器。組合好？

傳感器監測范圍內的溫度：-55°C 至 +125°C（-67°F 至 +257°F），在 -10°C 至 +85°C 的范圍內精度為 +-0.5°C （在該范圍之外，這種不準確性會(huì )增加，但沒(méi)什么可笑的）。

它使用三個(gè)引腳進(jìn)行操作：

VDD（電源）

GND（接地）

DQ（數字通信）

VDD 以 3V 至 5.5V 的值工作，甚至可以省略。傳感器具有寄生模式，僅使用 DQ 和 GND 引腳，其電源來(lái)自通信引腳。這種模式效果很好，但更容易受到噪音的影響。

數據通信使用 DQ 引腳通過(guò) 1-Wire (OneWire) 協(xié)議進(jìn)行。我們稍后將討論該協(xié)議，但現在重要的是要知道，盡管只有一根電線(xiàn)，但它允許雙向通信。

讀取是主動(dòng)執行的，微控制器發(fā)送命令并接收回包含信息的數據包。

除了讀取請求，傳感器還可以接收報警配置和數據格式命令。DallasTemperature 庫已經(jīng)為我們處理了大部分。包括為我們提供一些附加功能，例如在法拉第接收讀數。

市場(chǎng)上最常見(jiàn)的型號是TO-92封裝（看起來(lái)像晶體管）和防水封裝。由于其實(shí)際應用，這第二種更常見(jiàn)，1m 長(cháng)的帶不銹鋼尖端的電纜。例如，它可用于控制水溫。讀取是主動(dòng)執行的，微控制器發(fā)送命令并接收回包含信息的數據包。

除了讀取請求，傳感器還可以接收報警配置和數據格式命令。DallasTemperature 庫已經(jīng)為我們處理了大部分。包括為我們提供一些附加功能，例如在法拉第接收讀數。

市場(chǎng)上最常見(jiàn)的型號是TO-92封裝（看起來(lái)像晶體管）和防水封裝。由于其實(shí)際應用，這第二種更常見(jiàn)，1m 長(cháng)的帶不銹鋼尖端的電纜。例如，它可用于控制水溫。

單線(xiàn)

OneWire（或 1-Wire）是由 Dallas Semiconductor 設計的一種通信方法，它僅使用一條線(xiàn)路傳輸數據，并帶有發(fā)送誰(shuí)和何時(shí)發(fā)送的信號系統。

該方法與 i2C 非常相似，但它的數據傳輸速度要有限得多。另一個(gè)區別是在 1-wire 的情況下，可以省略電源引腳，在寄生模式下使用數據引腳（現在，您可能已經(jīng)注意到，盡管名稱(chēng)如此，該方法至少需要兩條線(xiàn)：數據和地）。

通信在主從模式下完成，其中微控制器發(fā)送所有請求，其他設備僅在名義上請求時(shí)發(fā)送數據。

每個(gè)設備都有一個(gè)唯一的地址/名稱(chēng)。這允許我們在同一條數據線(xiàn)上連接多個(gè)設備。請求以廣播方式發(fā)送，在其中識別自身的設備會(huì )做出響應。

電路

我們應用的電路很簡(jiǎn)單。我們將傳感器的 VDD 引腳連接到 NodeMCU 的 3V3，GND 與 GND，我們將使用 D4 引腳作為傳感器數據。它可以是任何其他數字引腳。

此外，必須在數據引腳和 3V3 之間放置一個(gè) 4k7 歐姆電阻以增加穩定性。

查找 DS18B20 地址

正如我們之前看到的，每個(gè)傳感器都有一個(gè)唯一的地址，這個(gè)地址對于通信至關(guān)重要。我們可以將其理解為制造序列號。但是如何識別這個(gè)數字呢？

我們將創(chuàng )建一個(gè)幫助程序代碼來(lái)查找此地址。在這種情況下，代碼會(huì )掃描連接到引腳 D4 的任何設備。我們將使用串行監視器來(lái)可視化結果。

我們從導入 OneWire 和 DallasTemperature 庫開(kāi)始（不要忘記維護順序）。如果出現任何導入錯誤，您可以將它們添加到 Arduino IDE 的庫管理器中。

接下來(lái)，我們在引腳 D4 上啟動(dòng)一個(gè) OneWire 對象，并使用該對象創(chuàng )建一個(gè)傳感器。從那一刻起，“傳感器”對象具有 DallasTemperature 庫提供的所有屬性和功能。

我們將使用兩個(gè)函數 Search()，它執行 OneWire 中的設備搜索，以及 reset_search() 重新開(kāi)始搜索。

我們的代碼所做的是開(kāi)始搜索，將結果保存在 addr 變量中，如果變量不為空，則將其寫(xiě)入串行中。

我們在串行監視器上找到了結果。如果有其他設備，它們也會(huì )出現在這里。留下地址，我們會(huì )需要的。

串行監視器讀取傳感器

現在我們知道了傳感器的地址。讓我們開(kāi)始讀取溫度的主要代碼。這里的目標是啟動(dòng)傳感器并每 10 秒讀取一次讀數。

我們以同樣的方式開(kāi)始，但這次我們使用收集到的地址創(chuàng )建了 sensor1 變量。

在 readDs18b20() 函數中，我們將使用兩個(gè)函數：

requestTemperatures() – 此函數不專(zhuān)門(mén)與任何傳感器通信，而是與所有傳感器通信。就像它說(shuō)的：如果你是 ds18b20，現在運行一個(gè)新的讀取并等待我的“以及傳感器的作用。

getTempC(address) – 在這里，我們將信息定向到每個(gè)感興趣的傳感器，這些傳感器以最后的讀數響應我們

在 Setup() 函數中，我們使用 begin() 函數啟動(dòng)傳感器，它會(huì )自動(dòng)執行讀數，如果您沒(méi)有發(fā)出新請求，傳感器仍會(huì )響應 getTemp() 函數，但會(huì )使用過(guò)時(shí)的值。

在循環(huán)中，我們有一個(gè)帶有 millis() 函數的計時(shí)器，以便每 10 秒讀取一次。

在串行監視器上，我們應該得到以下結果：

請注意，在第 15 行，我們向 Serial.println() 函數添加了另一個(gè)參數。有了這個(gè)，我們定義了小數位數。

創(chuàng )建監控頁(yè)面

準備好閱讀后，讓我們創(chuàng )建一個(gè)網(wǎng)頁(yè)以在瀏覽器中查看此信息。請記住，稍后我們會(huì )將這些文件放在帶有 SPIFFS 的 FLASH ESP8266 中。

我們將構建以下屏幕：

為此，我們將使用兩個(gè)文件：

索引.html

樣式文件

頁(yè)面結構不是本文的重點(diǎn)，但基本上，我們有 index.html 文件創(chuàng )建頁(yè)面本身并觸發(fā)一個(gè) javascript 函數來(lái)更新閱讀。

style.css 文件改進(jìn)了頁(yè)面的外觀(guān)，但不影響其功能。

兩個(gè)文件都必須在項目文件夾內的數據文件夾中，并使用 ESP8266 Sketch Data Upload 傳輸。

完整代碼

將頁(yè)面保存到 FLASH 后，我們需要創(chuàng )建為頁(yè)面提供服務(wù)的結構。

在 wifi 上連接

創(chuàng )建一個(gè)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器

為對此的請求創(chuàng )建回調

這一步對我們來(lái)說(shuō)并不新鮮，但有幾點(diǎn)值得注意。

現在 readDs18b20() 函數也更新了一個(gè) String 類(lèi)型的變量。我們這樣做是因為服務(wù)器回調函數不接受整數或浮點(diǎn)變量。

對于服務(wù)器，我們有三個(gè)路由：

“/”將發(fā)送帶有最新傳感器讀數的 html 文件。

“/styled.css” 將發(fā)送 css 文件

“/state”將返回要更新的溫度變量。