Arduino IDE 搭建 ESP8266 开发环境及项目演示

geren2014

ESP8266 是一款由乐鑫 Espressif 公司制作的低成本的 Wi-Fi 芯片，具有完整的 TCP / IP 协议栈和微控制器功能。它专为移动设备、可穿戴电子产品和物联网应用设计，功耗很低且价格非常低廉。
我这里使用的 NodeMcu 开发板即搭载了这款芯片。

Arduino IDE 是由 Arduino 官方提供的支持 C 语言的集成开发环境，主要是针对 Arduino 系列的开发板进行编程。
通过简单的配置，可以在原本的编程环境里添加上对 ESP8266 开发板的支持。对于熟悉 Arduino 函数库和开发流程的用户，基本上没有任何使用上的区别。


一、添加 ESP8266 支持首先从 Arduino 官网 下载最新版本的 Arduino IDE 软件并安装。
安装完成以后，进入首选项（Preferences），找到附加开发板管理器地址（Additional Board Manager URLs），并在其后添加如下信息：
http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

管理器附加地址

之后点击工具 - 开发板 - 开发板管理器，进入开发板管理器界面：

开发板管理器

找到 esp8266 并安装：

安装完成后，重启 Arduino IDE 软件。在工具 - 开发板选项中即会看到 ESP8266 开发板的选项：

二、测量温湿度

本例中使用 DHT11 温湿度传感器测量室内温度和湿度，再把测量所得的结果输出至 Arduino IDE 的串口监视器中。

源代码

在 Arduino IDE 中新建项目并写入如下代码：

1. #include "DHT.h"
   
2. #define DHTPIN 5
   
3. #define DHTTYPE DHT11
   
4. 
   
5. // Initialize DHT sensor
   
6. DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE, 15);
   
7. 
   
8. void setup() {
   
9. 
   
10.   // Start Serial  
    
11.   Serial.begin(115200);
    
12. 
    
13.   // Init DHT
    
14.   dht.begin();
    
15. }
    
16. 
    
17. void loop() {
    
18. 
    
19.   // Reading temperature and humidity
    
20.   float h = dht.readHumidity();
    
21.   float t = dht.readTemperature();
    
22. 
    
23.   // Display data
    
24.   Serial.print("Humidity: ");
    
25.   Serial.print(h);
    
26.   Serial.print(" %\t");
    
27.   Serial.print("Temperature: ");
    
28.   Serial.print(t);
    
29.   Serial.println(" *C ");
    
30.   
    
31.    // Wait a few seconds between measurements.
    
32.   delay(2000);
    
33. }

复制代码

由于源代码中首行引入的 DHT 库并不是 Arduino IDE 内置的库文件，需要先点击项目 - 加载库 - 管理库进入库管理器，搜索安装如下两个依赖库（Adafruit Unified Sensor 和 DHT sensor library）：

线路连接

该测试项目只需要连接好 NodeMcu 开发板与 DHT11 温湿度模块（或者单独的 DHT11 元件配合 5kΩ 的上拉电阻），无需额外的传感器模块和电子组件。

线路连接示意图如下：

[td]

NodeMcu	DHT11
3V3	VCC（Pin1）
GND	GND（Pin4）
D1	DATA(Pin2）
3V3	5k 电阻 - DATA（Pin2）

编译运行Arduino IDE 实际上支持非常多的基于 ESP8266 芯片设计的开发板，如 Adafruit Feather HUZZAH ESP8266、LOLIN (WEMOS) D1 mini 等。可以根据自己购买的开发板的具体型号，在编译前选择对应的开发板选项（工具 - 开发板）。
我这里使用的是开源的 NodeMcu v1.0 开发板，编译代码前确保选择正确：


最终的运行效果如下：


呃，，南方的冬天，外面在下雨。室内，没开空调。。。（后面温湿度升高是因为，我对着传感器哈气了。。。）
注意事项可以看到，源代码中的 DHTPIN （即传感器 DATA 引脚需要连接的开发板引脚 ）定义为 5 ，但开发板实际连接的是 D1 引脚（而不是 D5）。
ESP8266 芯片有自己的引脚（GPIO）布局，但是基于该芯片设计的众多开发板，对于芯片上 GPIO 的引出方式却有自己的规则。
即源代码中的 5 指的并不是开发板的引脚 D5 ，而是 ESP8266 的引脚 GPIO 5 ，对应到开发板上即是 D1 引脚。
相关的引脚布局如下图所示：


三、Wi-Fi 连接

ESP8266 最大的特性就是其超低成本的 Wi-Fi 实现。
这里简单贴出其连接 Wi-Fi 的示例代码：

1. // Import required libraries
   
2. #include <ESP8266WiFi.h>
   
3. 
   
4. // WiFi parameters
   
5. const char* ssid = "your_wifi_name";
   
6. const char* password = "your_wifi_password";
   
7. 
   
8. void setup(void)
   
9. {
   
10.   // Start Serial
    
11.   Serial.begin(115200);
    
12.   
    
13.   // Connect to WiFi
    
14.   WiFi.begin(ssid, password);
    
15.   while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    
16.     delay(500);
    
17.     Serial.print(".");
    
18.   }
    
19.   Serial.println("");
    
20.   Serial.println("WiFi connected");
    
21.   
    
22.   // Print the IP address
    
23.   Serial.println(WiFi.localIP());
    
24. }
    
25.       
    
26. void loop() {
    
27. }

复制代码

运行结果如下：

四、aREST

aREST 框架可以为一些常见的嵌入式开发板提供 RESTful 接口，支持通过串口、Wi-Fi、以太网、蓝牙等硬件发送命令至开发板，激发特定的操作，并将数据以 JSON 的格式返回给控制端用户。

使用 aREST 框架既可以在本地网络环境中控制联网设备，也可以借助云端平台进行远程操作或监控。

结合之前的温湿度项目，可以将连接 Wi-Fi 后的 NodeMcu 开发板作为一个实现了 REST API 的本地服务器，通过访问其 IP 地址来获取相应的温湿度数据（JSON 格式）。
代码如下：

1. // Import required libraries
   
2. #include "ESP8266WiFi.h"
   
3. #include <aREST.h>
   
4. #include "DHT.h"
   
5. 
   
6. // DHT11 sensor pins
   
7. #define DHTPIN 5
   
8. #define DHTTYPE DHT11
   
9. 
   
10. // Create aREST instance
    
11. aREST rest = aREST();
    
12. 
    
13. // Initialize DHT sensor
    
14. DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE, 15);
    
15. 
    
16. // WiFi parameters
    
17. const char* ssid = "wifi-name";
    
18. const char* password = "wifi-pass";
    
19. 
    
20. // The port to listen for incoming TCP connections
    
21. #define LISTEN_PORT           80
    
22. 
    
23. // Create an instance of the server
    
24. WiFiServer server(LISTEN_PORT);
    
25. 
    
26. // Variables to be exposed to the API
    
27. float temperature;
    
28. float humidity;
    
29. 
    
30. void setup(void)
    
31. {  
    
32.   // Start Serial
    
33.   Serial.begin(115200);
    
34.   
    
35.   // Init DHT
    
36.   dht.begin();
    
37.   
    
38.   // Init variables and expose them to REST API
    
39.   rest.variable("temperature",&temperature);
    
40.   rest.variable("humidity",&humidity);
    
41.    
    
42.   // Give name and ID to device
    
43.   rest.set_id("1");
    
44.   rest.set_name("esp8266");
    
45.   
    
46.   // Connect to WiFi
    
47.   WiFi.begin(ssid, password);
    
48.   while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    
49.     delay(500);
    
50.     Serial.print(".");
    
51.   }
    
52.   Serial.println("");
    
53.   Serial.println("WiFi connected");
    
54. 
    
55.   // Start the server
    
56.   server.begin();
    
57.   Serial.println("Server started");
    
58.   
    
59.   // Print the IP address
    
60.   Serial.println(WiFi.localIP());
    
61. }
    
62. 
    
63. void loop() {
    
64.    
    
65.   // Reading temperature and humidity
    
66.   humidity = dht.readHumidity();
    
67.   temperature = dht.readTemperature();
    
68.   
    
69.   // Handle REST calls
    
70.   WiFiClient client = server.available();
    
71.   if (!client) {
    
72.     return;
    
73.   }
    
74.   while(!client.available()){
    
75.     delay(1);
    
76.   }
    
77.   rest.handle(client);
    
78. }

复制代码

运行效果：


以上只是一些基础的使用介绍吧，，，后续比如更加复杂的网络服务、对接公共的物联网云平台及 MQTT 协议等内容，有时间再看看。我去，光着脚，12℃。冻死我了。。。


参考资料

Internet of Things with ESP8266 (English Edition)

本文作者：rollingstarky

来源：简书