王欣蕾 劉念

摘 要：傳感器數(shù)據(jù)的采集在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，智慧城市等多種信息產(chǎn)業(yè)中扮演著最基礎(chǔ)的，最根本的角色。但在數(shù)據(jù)采集完成后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器中卻是一件有著多樣化解決方案的事務(wù)。在眾多方式當(dāng)中，使用wifi通信模塊ESP8266相對(duì)功耗較低，適用場(chǎng)景靈活，成本低廉，逐漸成為多數(shù)工程人員的首選方案。

關(guān)鍵詞：ESP8266；服務(wù)器；數(shù)據(jù)采集

1 系統(tǒng)硬件組成

本系統(tǒng)主要由三部分組成，數(shù)據(jù)采集模塊，通信模塊和服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集模塊可以是任意的單片機(jī)芯片，如51單片機(jī)，AVR單片機(jī)，stm32芯片等等。通信模塊采用樂鑫公司出品的ESP8266物聯(lián)網(wǎng)的芯片。鑒于ESP8266的可編程性和擴(kuò)展性，對(duì)于采集的數(shù)據(jù)只有數(shù)字量的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，甚至可以使用ESP8266代替數(shù)據(jù)采集模塊，使其同時(shí)扮演兩個(gè)角色。服務(wù)器可以是騰訊云，阿里云等云服務(wù)器，亦可以是局域網(wǎng)內(nèi)的本地服務(wù)器，主要負(fù)責(zé)接收處理和存儲(chǔ)最終的傳感器數(shù)據(jù)。

1.1 單片機(jī)

單片機(jī)（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。

1.2 ESP8266無(wú)線通信模塊

ESP8266是一款WIFI通信的芯片，使用了3.3V的直流電源，體積小，功耗低，支持透?jìng)?，丟包現(xiàn)象不嚴(yán)重。ESP8266可以配置成station（即client模式）、AP（即wifi熱點(diǎn)模式）、station+AP三種模式，就是說(shuō)模塊可以當(dāng)成一個(gè)設(shè)備（client）連接局域網(wǎng)內(nèi)的路由，也可以設(shè)置成是一個(gè)路由（sever），也可以既作為局域網(wǎng)里面的client同時(shí)又是其他client的sever。同時(shí)該模塊支持tcp傳輸，既可以配置為tcp server也可以配置為tcp client。參考ESP8266的SDK文檔我們發(fā)現(xiàn)，ESP8266支持三種開發(fā)方式，一種是常用的AT指令，通過(guò)RX，TX串口向ESP8266發(fā)送指令。如AT+RST，AT等等。然而遺憾的是，通過(guò)AT指令的方式并不能有效的實(shí)現(xiàn)我們預(yù)期的功能，如果直接使用ESP8266作為MCU去完成相關(guān)的功能設(shè)計(jì)是并不理想（上位機(jī)發(fā)送指令常常會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)料的錯(cuò)誤，）。第二類開發(fā)方式是通過(guò)NodeMCU的代碼方式燒寫，NodeMCU采用Arduino語(yǔ)言將ESP8266的SDK文檔中C語(yǔ)言代碼高度封裝，使用方式與Arduino類似。相比于AT指令，NodeMCU支持對(duì)ESP8266所有GPIO引腳接口的控制，提高了可閱讀性卻不失強(qiáng)大的功能。第三種方式是利用Lua語(yǔ)言腳本的為ESP8266編寫控制程序，目前市面上的集成AVR芯片大都采用這種方式。第四種方式即采用官方的SDK進(jìn)行開發(fā)。本系統(tǒng)采用NodeMCU的方式設(shè)計(jì)相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)。

1.3 服務(wù)器

服務(wù)器：server表示軟件程序，這種程序向外提供各種服務(wù)，有ftp服務(wù)，網(wǎng)頁(yè)服務(wù)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)等。或者server表示硬件，就是主機(jī)。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)上電之后，數(shù)據(jù)采集模塊并非會(huì)一直采集數(shù)據(jù)向通信模塊發(fā)送，因?yàn)檫@樣大大增加了數(shù)據(jù)采集模塊MPU的負(fù)擔(dān)。本系統(tǒng)采用問答的方式，通信模塊每隔固定時(shí)間間隔就會(huì)像數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，發(fā)送請(qǐng)求之后會(huì)原地進(jìn)行等待，直到收到數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊收到請(qǐng)求之后才會(huì)執(zhí)行數(shù)據(jù)的采集，隨后發(fā)送給通信模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送后則會(huì)等待下一次數(shù)據(jù)請(qǐng)求。當(dāng)通信模塊接收完成數(shù)據(jù)之后，便可以通過(guò)wifi連接采用TCP或UDP協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送給指定的服務(wù)器，完成一次數(shù)據(jù)的采集。

3 服務(wù)器相關(guān)配置

本系統(tǒng)的服務(wù)器可以才采用TOMCAT8.0版本，利用MYSQL，Servlet，JSP，HTML，CSS3，JAVASCRIPT等技術(shù)搭建服務(wù)器的前端和后臺(tái)。通過(guò)編寫不同的Servlet去完成，響應(yīng)不同的功能，達(dá)到數(shù)據(jù)展示需要的目的。如果單純?yōu)榱藬?shù)據(jù)簡(jiǎn)單顯示，也可以進(jìn)設(shè)置一個(gè)socket應(yīng)用程序去實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。