《物聯網大數據采集與處理》 課件 第2章 物聯網數據采集

第二章物聯網數據采集技能目標能夠使用NodeMCU和常見傳感器組建一個簡單的物聯網環(huán)境。能夠部署物聯網數據采集所需要的軟件開發(fā)環(huán)境。能夠進行NodeMCU編程。本章任務學習本章，讀者需要完成以下任務。任務2.1組建物聯網環(huán)境。任務2.2部署軟件開發(fā)環(huán)境。任務2.3NodeMCU編程。任務1組建物聯網環(huán)境01【任務描述】了解傳感器的定義、組成部分、種類及應用領域；掌握通過NodeMCU連接傳感器，組建物聯網環(huán)境的方法，使用NodeMCU和常見傳感器組建一個簡單的物聯網環(huán)境。任務1組建物聯網環(huán)境01【關鍵步驟】（1）認識傳感器，了解傳感器的定義、組成部分、種類及應用領域。（2）使用杜邦線連接NodeMCU、DHT11溫濕度傳感器和人體紅外傳感器的對應引腳，組建一個簡單的物聯網環(huán)境。傳感器（Sensor）是一種能夠檢測物理量、化學量、生物量等各種信號的裝置

，將這些信號轉化為電信號或其他形式的信號并輸出。傳感器可以測量溫度、濕度、壓力、流量、位置、速度、加速度、重力、光強度、聲音、磁場、化學成分等。傳感器在現代化生產和科學研究中起著重要的作用，它能夠實現實時監(jiān)測和控制，可以提高生產效率和產品質量，保障人們的安全和健康。2.1.1

認識傳感器本小節(jié)分別以DHT11溫濕度傳感器和人體紅外傳感器為例演示如何利用NodeMCU連接傳感器，以組建一個簡單的物聯網環(huán)境，如圖所示。2.1.1

NodeMCU連接傳感器如圖所示，DHT11溫濕度傳感器有3個引腳，其中“+”引腳代表電源正極，接入NodeMCU的3.3v引腳處，“out”引腳代表數據輸出端口，在本示例中接入NodeMCU的D1引腳處，“-”代表傳感器接地引腳，將其接入NodeMCU的GND引腳即可。任務2部署軟件開發(fā)環(huán)境02【任務描述】在任務2.1中介紹了利用NodeMCU組建簡單物聯網環(huán)境的過程。本任務以Ubuntu系統(tǒng)為例，要求能夠獨立地安裝和配置EMQXBroker和ArduinoIDE，如圖所示任務2部署軟件開發(fā)環(huán)境02【關鍵步驟】（1）安裝和配置EMQXBroker。（2）安裝和配置ArduinoIDE。2.2.1

EMQXBroker從Github選擇、下載并安裝與操作系統(tǒng)版本一致的二進制包。Github網址為/emqx/emqx/releases2.2.1

EMQXBroker啟動EMQXBroker進入Web界面停止EMQXBroker2.2.2

安裝配置ArduinoIDE在Arduino官網下載最新版安裝包安裝文件安裝ArduinoIDE2.2.2

安裝配置ArduinoIDE安裝ArduinoIDE配置AdditionalboardsmanagerURLs打開ArduinoIDE，選擇“File”→“Preferences”。在打開的對話框的“AdditionalboardsmanagerURLs”輸入框中填寫以下鏈接：/stable/package_esp8266com_index.json2.2.2

安裝配置ArduinoIDE添加ESP8266相關開發(fā)板再次選中“Tools”→“Board:”ArduinoUno“”，選中“BOARDSMANAGER”開發(fā)板管理器，打開新的窗口。在開發(fā)板管理器上部的搜索欄輸入“esp8266”，搜索相關開發(fā)板。點擊“INSTALL”按鈕安裝，安裝完成后將開發(fā)板切換到NodeMCU1.0（ESP-12EModule），就可以使用ArduinoIDE對NodeMCU進行代碼開發(fā)及代碼燒寫操作了。2.2.2

安裝配置ArduinoIDE準備工作完成后可以在“File”→“example”中找到ESP8266相關示例程序，打開Blink示例程序，使用USB線連接電腦和NodeMCU，點擊ArduinoIDE中的上傳按鈕就可以將程序編譯燒寫到硬件中，測試ESP8266示例程序如圖所示。任務3NodeMCU編程03【任務描述】能夠對NodeMCU進行編程，以連接EMQXBroker；掌握讀取DHT11溫濕度傳感器數據的方法和示例；掌握使用PubSubClient庫向MQTT服務器的特定數據主題發(fā)布消息的方法及傳感器數據發(fā)布示例，并能融會貫通。任務3NodeMCU編程03【關鍵步驟】（1）對NodeMCU編程，以連接EMQXBroker。（2）掌握讀取DHT11溫濕度傳感器數據的方法和示例。（3）掌握傳感器數據發(fā)布示例。2.3.1

連接EMQXBroker（1）連接NodeMCU與計算機。EMQXBroker本質上是一個以MQTT協議實現的代理服務器，對其進行連接需要使用硬件端MQTT庫，這里選擇PubSubClient庫。NodeMCU已經集成了Wi-Fi芯片和協議棧，使用相關庫可以實現設備的Wi-Fi接入。（2）在ArduinoIDE中安裝PubSubClient庫。在NodeMCU連接硬件后，介紹如何在ArduinoIDE中安裝PubSubClient庫。依次打開“Sketch”→“IncludeLibrary”，在打開的菜單欄中點擊“LIBRARIEMANAGER”，打開包管理器。在頂部搜索欄中輸入庫名搜索安裝即可2.3.1

連接EMQXBroker（3）編寫代碼，連接EMQXBroker2.3.1

連接EMQXBroker2.3.1

連接EMQXBroker2.3.1

連接EMQXBroker這里需要注意的是，填寫的EMQXBroker代理

地址必須是通過Wi-Fi網絡可訪問的，可以在同一局域網下部署EMQXBroker（其部署過程已在2.2.1小節(jié)介紹過），也可以使用具有公網IP地址的云服務器進行搭建。2.3.1

連接EMQXBroker這里需要注意的是，填寫的EMQXBroker代理

地址必須是通過Wi-Fi網絡可訪問的，可以在同一局域網下部署EMQXBroker（其部署過程已在2.2.1小節(jié)介紹過），也可以使用具有公網IP地址的云服務器進行搭建。2.3.2

讀取傳感器數據示例本小節(jié)以接入DHT11溫濕度傳感器為示例，DHT11只需要一根數據線將其接入NodeMCU的D1口即可，傳感器正負極按照NodeMCU板載指示連接。（1）安裝開源社區(qū)提供的DHT相關庫。將傳感器按照正確的方式連接到NodeMCU引腳上后，安裝開源社區(qū)提供的DHT相關庫，以讀取DHT11溫濕度傳感器數據。具體而言，打開包管理窗口，搜索DHT，安裝DHTsensorlibrary庫。（2）編寫讀取DHT11溫濕度傳感器數據的代碼。2.3.2

讀取傳感器數據示例以下給出讀取DHT11溫濕度傳感器數據的示例代碼。2.3.2

讀取傳感器數據示例以下給出讀取DHT11溫濕度傳感器數據的示例代碼。如圖所示，運行程序后可以持續(xù)采集DHT11溫濕度傳感器的數據。2.3.3

發(fā)布傳感器數據示例讀取傳感器數據后，使用PubSubClient庫向MQTT服務器的特定數據主題發(fā)布消息即可實現傳感器數據上傳。（1）在ArduinoIDE中安裝ArduinoJson。本小節(jié)使用了一個新的包ArduinoJson，該包用于將變量序列化為json字符串，并通過MQTT協議發(fā)送到網絡中，具體安裝方式同上一小節(jié)，此處不再贅述。（2）編寫和測試代碼。綜合前兩小節(jié)的內容可以通過以下代碼實現傳感器數據的上傳操作：2.3.3

發(fā)布傳感器數據示例2.3.3

發(fā)布傳感器數據示例2.3.3

發(fā)布傳感