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创造发明Arduino入门指南

利用ESP-WROOM-02和天气API制作发光的圣诞节雪人

这篇文章来源于DevicePlus.com英语网站的翻译稿。

ESP-WROOM-02

许多应用都用过ESP-WROOM-02,并且通过Arduino程序利用了该开发板的wifi通信功能。今天,我们要实现一个更具创意性的项目,根据天气API的天气信息制作另一款炫丽的圣诞装饰品。

今天的电子设计技巧

估计完成时间:90分钟

所需部件

 

为了启用ESP-WROOM-02开发板的Arduino程序无线通信功能,我想首先尝试一个示例程序。选择File → Sketch Example → ESP 8266 WiFi → WiFi Web Server。该示例程序负责处理与Arduino的Wifi通信。

图1 加载程序示例

这个示例程序能让ESP-WROOM-02成为服务器。程序启动后,它会一直等待来自其他终端的请求,当收到带有参数的请求后,程序就会处理该参数。在我们的例子中,我们将使用这个程序来点亮LED。

我想使用上次的电路进行测试。将示例程序中的引脚“2”更改为引脚“13”。

esp-wroom-02

图2 LED控制电路

 

/*
 * This sketch demonstrates how to set up a simple HTTP-like server.
 * The server will set a GPIO pin depending on the request
 * http://server_ip/gpio/0 will set the GPIO2 low,
 * http://server_ip/gpio/1 will set the GPIO2 high
 * server_ip is the IP address of the ESP8266 module, will be
 * printed to Serial when the module is connected.
 */
 
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <Servo.h>
 
const char *ssid = "Provide SSID of wireless router here";
const char *password = "Provide the wireless router password here";
 
// Create an instance of the server
// specify the port to listen on as an argument
WiFiServer server(80);
 
void setup() {
 Serial.begin(115200);
 delay(10);
 
 // prepare GPIO2
 pinMode(2, OUTPUT);
 digitalWrite(2, 0);
  
 // Connect to WiFi network
 Serial.println();
 Serial.println();
 Serial.print("Connecting to ");
 Serial.println(ssid);
  
 WiFi.begin(ssid, password);
  
 while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
 delay(500);
 Serial.print(".");
 }
 Serial.println("");
 Serial.println("WiFi connected");
  
 // Start the server
 server.begin();
 Serial.println("Server started");
 
 // Print the IP address
 Serial.println(WiFi.localIP());
}
 
void loop() {
 // Check if a client has connected
 WiFiClient client = server.available();
 if (!client) {
 return;
 }
  
 // Wait until the client sends some data
 Serial.println("new client");
 while(!client.available()){
 delay(1);
 }
  
 // Read the first line of the request
 String req = client.readStringUntil('\r');
 Serial.println(req);
 client.flush();
  
 // Match the request
 int val;
 if (req.indexOf("/gpio/0") != -1)
 val = 0;
 else if (req.indexOf("/gpio/1") != -1)
 val = 1;
 else {
 Serial.println("invalid request");
 client.stop();
 return;
 }
 
  
 // Set GPIO2 according to the request
 digitalWrite(2, val);
  
 client.flush();
 
 // Prepare the response
 String s = "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/html\r\n\r\n\r\n\r\nGPIO is now ";
 s += (val)?"high":"low";
 s += "\n";
 
 // Send the response to the client
 client.print(s);
 delay(1);
 Serial.println("Client disonnected");
 
 // The client will actually be disconnected
 // when the function returns and 'client' object is detroyed
}

启动程序后,请尝试连至路由器。如果已经连接,那么系统会在串行监视器上显示IP地址等。所以,请尝试从浏览器访问该IP地址。连至/gpio/1时,LED亮起;连至/gpio/0时,LED熄灭。

图3 Wifi访问成功

esp-wroom-02

图4 智能手机连接

 

通过程序控制伺服电机

接下来我们通过一个实际例子试着用Wifi控制伺服电机。伺服电机的控制基本上应与LED控制相同。我将在LED程序中添加一些修改,并通过从浏览器访问时添加一些HTML。

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <Servo.h>
 
const char *ssid = "Provide SSID of wireless router here";
const char *password = "Provide the wireless router password here";
 
Servo myservo;
WiFiServer server(80);
 
void setup() {
 Serial.begin(115200);
 delay(10);
  
 Serial.println();
 Serial.println();
 Serial.print("Connecting to ");
 Serial.println(ssid);
 
 WiFi.begin(ssid, password);
  
 while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
 delay(1500);
 Serial.print(".");
 }
 Serial.println("");
 Serial.println("WiFi connected");
  
 server.begin();
 Serial.println("Server started");
 
 Serial.println(WiFi.localIP());
 
 myservo.attach(2);
}
 
void loop() {
 WiFiClient client = server.available();
 if (!client) {
 return;
 }
  
 Serial.println("new client");
 while(!client.available()){
 delay(1);
 }
  
 String req = client.readStringUntil('\r');
 Serial.println(req);
 client.flush();
  
 // Match the request
 int val;
 if (req.indexOf("/gpio/0") != -1){ val = 0; }
 else if (req.indexOf("/gpio/30") != -1){ val = 30; }
 else if (req.indexOf("/gpio/60") != -1){ val = 60; }
 else if (req.indexOf("/gpio/90") != -1){ val = 90; }
 else if (req.indexOf("/gpio/120") != -1){ val = 120; }
 else if (req.indexOf("/gpio/150") != -1){ val = 150; }
 else {
 Serial.print("REQ:");
 Serial.println(req);
 Serial.println("invalid request");
 client.stop();
 return;
 }
 
 myservo.write(val);
  
 client.flush();
 
 String s = "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/html\r\n\r\n<!DOCTYPE HTML>\r\n<html>\r\nGPIO is now ";
 s += (val)?"high":"low";
 s += "<ul>";
 s += "<li><a href='/gpio/0/'>0</a></li>\n";
 s += "<li><a href='/gpio/30/'>30</a></li>\n";
 s += "<li><a href='/gpio/60/'>60</a></li>\n";
 s += "<li><a href='/gpio/90/'>90</a></li>\n";
 s += "<li><a href='/gpio/120/'>120</a></li>\n";
 s += "<li><a href='/gpio/150/'>150</a></li>\n";
 s += "</ul>\n";
 s += "</html>\n";
 
 client.print(s);
 delay(1);
 Serial.println("Client disonnected");
}

 

 

在这个程序中,浏览器显示的角度为0到150。当点击每个数值时,伺服电机会移动到一个指定角度。

esp-wroom-02

图5 通过Wifi进行伺服电机控制

 

让我们来制作我们的天气预报雪人吧!

圣诞节即将到来,我决定做一个圣诞节装饰品。大量的炫彩LED装饰灯固然不错,但是桌子上的可爱饰品则更具圣诞节韵味。所以,我用123d设计创建了一个雪人模型。这款工具可以在组合不同形状的同时进行建模,所以即使是初学者也可以轻松创建3D模型。

雪人模型

esp-wroom-02

图6 雪人建模

请根据个人喜好随意更改雪人的形状或大小。建模完成后,我试着用3D打印机输出自己设计的雪人。不幸的是,手臂没有打印出来。

esp-wroom-02

图7 3D打印的雪人

现在我们需要一个全彩LED。让我们将全彩LED和WiFi通信整合到一个桌面设备中,使得该设备能够根据特定位置的天气数据改变LED的颜色。

 

设备配置

像往常一样,在创建程序或电路之前我们先考虑一下设备配置。总体结构如下图所示。

esp-wroom-02

图8 整体设备配置

您也可以直接从Arduino程序连至API来处理和检索数据,但由于Arduino程序的容量很小,我们可以考虑外部扩展,Arduino会安装一个外部服务器“SERVER PROGRAM”并提出请求。这个外部服务器程序连至API,以JSON格式获取数据,然后只将必要的数据返回给Arduino。

 

从API获取天气信息

这次,我们使用的API名字叫做OpenWeatherMap。注册后,您就可以免费使用该API。通过该API,您可以通过输入位置信息和城市名称来获取具体地点的天气信息。

连接API的外部服务器程序用PHP创建。通过以下程序,我们可以利用国家、城市、appid-API密钥作为参数来获取天气信息。我们在运行PHP的环境中安装此程序并确认该操作。

外部服务器程序(PHP):从天气API获得数据

<?php
 $country = htmlspecialchars($_GET["country"], ENT_QUOTES, 'UTF-8');
 $city = htmlspecialchars($_GET["city"], ENT_QUOTES, 'UTF-8');
 $appid = htmlspecialchars($_GET["appid"], ENT_QUOTES, 'UTF-8');
 
 $jsonAry = json_decode(file_get_contents("http://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q=".$city.",".$country."&APPID=".$appid));
 
 if(isset($jsonAry->weather)){
 echo $jsonAry->weather[0]->main;
 }
 else{
 echo "no result";
 }

通过浏览器访问程序时,如果系统显示指定城市的天气信息,那么操作完成。

esp-wroom-02

图10 浏览器确认

 

全彩LED发光控制

接下来,我们来看看如何在输出端使用全彩LED。虽然我们将其称为全彩LED,其实是一块板上的RGB(即红、绿、蓝)LED。

如图11所示,由于每种颜色的LED都以+和-组合的形式发光,因此我们对其进行焊接,以便可以连接到面包板上。

esp-wroom-02

图11 全彩LED

esp-wroom-02

图12 焊接全彩LED

如果同时点亮3个全彩LED,那么颜色会变成白色。由于每个颜色LED所需的电压和电流量不同,所以需要为每个电路添加不同的电阻值。

  • 91Ω:红色
  • 180Ω:绿色
  • 220Ω:蓝色

 

从API获取数据时,根据以下天气信息显示颜色。

  • 晴天 – 阳光充足 → 红色
  • 云 – 阴天 → 绿色
  • 下雨 – 下雨 → 绿色
  • 下雪 – 下雪 → 浅绿色

esp-wroom-02

图13 全彩LED控制电路图

ESP-WROOM-02: 根据天气变换颜色

#include <ESP8266WiFi.h>
 
const char *ssid = "Provide SSID of wireless router here";
const char *password = "Provide the wireless router password here";
 
const char* host = "external server host name where the program is installed";
const char* appid = "Set API key"; // APPID registered with OnlineWeatherMap
const char* city = "Seattle"; //select city
const char* country = "us"; //select country
 
int color[3] = {255,255,255};
int colorPin[3] = {11,12,13};
 
void setup() {
 Serial.begin(115200);
 delay(10);
 
 Serial.println();
 Serial.println();
 Serial.print("Connecting to ");
 Serial.println(ssid);
  
 WiFi.begin(ssid, password);
  
 while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
 delay(500);
 Serial.print(".");
 }
 
 Serial.println("");
 Serial.println("WiFi connected");
 Serial.println("IP address: ");
 Serial.println(WiFi.localIP());
}
 
int value = 0;
 
void loop() {
 delay(1000);
 ++value;
 
 Serial.print("connecting to ");
 Serial.println(host);
  
 WiFiClient client;
 const int httpPort = 80;
 if (!client.connect(host, httpPort)) {
 Serial.println("connection failed");
 return;
 }
  
 String url = "/sample/esp-wroom-02/weather.php";
 url += "?appid=";
 url += appid;
 url += "&country=";
 url += country;
 url += "&city=";
 url += city;
  
 Serial.print("Requesting URL: ");
 Serial.println(url);
  
 client.print(String("GET ") + url + " HTTP/1.1\r\n" +
 "Host: " + host + "\r\n" +
 "Connection: close\r\n\r\n");
 delay(1000);
  
 while(client.available()){
 String line = client.readStringUntil('\r');
 line.trim();
 if(line.equals("Clouds")){
 color[0] = 255;
 color[1] = 0;
 color[2] = 0;
 }
 else if(line.equals("Clear")){
 color[0] = 0;
 color[1] = 0;
 color[2] = 255;
 }
 else if(line.equals("Rain")){
 color[0] = 0;
 color[1] = 255;
 color[2] = 0;
 }
 else if(line.equals("Snow")){
 color[0] = 55;
 color[1] = 128;
 color[2] = 255;
 }
 Serial.println(line);
 }
 
 
 for (int fadeValue = 0 ; fadeValue <= 255; fadeValue += 5) {
 for(int cp = 0; cp < 3; cp++){
 float ledValue = color[cp] / 255;
 ledValue = ledValue * fadeValue;
 Serial.print("cp:");
 Serial.print(colorPin[cp]);
 Serial.print(" ledValue:");
 Serial.println((int)ledValue);
 analogWrite(colorPin[cp], (int)ledValue);
 }
 delay(100);
 }
 
 for (int fadeValue = 255 ; fadeValue >= 0; fadeValue -= 5) {
 for(int cp = 0; cp < 3; cp++){
 float ledValue = color[cp] / 255;
 ledValue = ledValue * fadeValue;
  
 analogWrite(colorPin[cp], (int)ledValue);
 }
 delay(100);
 }
 Serial.println();
 Serial.println("closing connection");
}

在这个程序中,每次获取数据以确认操作。请根据自己的喜好更改设置。启动程序后,设备会根据获取的天气数据发光。

esp-wroom-02

图14 雪人根据获得的天气数据发光

最后我们对雪人进行了一些修饰,项目完成。

esp-wroom-02

图15 完成雪人的装饰

这一次,我们利用天气API创建了一个可爱的圣诞装饰品。通过整合其他API、程序以及智能手机连接,我相信您能够创作更加有趣的设备。欢迎您在下方的评论中分享您想法!

DevicePlus 编辑团队
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