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
- ESP-WROOM-02 开发板
- 面包板
- LED – 绿色
- 电阻220Ω/180Ω/91Ω
- 高功率RGB LED
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”。
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
* https://server_ip/gpio/0 will set the GPIO2 low,
* https://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
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。
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
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。
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。
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');
$jsonAry = json_decode(file_get_contents("https://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q=".$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。
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。
图11 全彩LED
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
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。
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。
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！
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