《物联网大数据采集与处理》 课件 第2章 物联网数据采集

第二章物联网数据采集技能目标能够使用NodeMCU和常见传感器组建一个简单的物联网环境。能够部署物联网数据采集所需要的软件开发环境。能够进行NodeMCU编程。本章任务学习本章，读者需要完成以下任务。任务2.1组建物联网环境。任务2.2部署软件开发环境。任务2.3NodeMCU编程。任务1组建物联网环境01【任务描述】了解传感器的定义、组成部分、种类及应用领域；掌握通过NodeMCU连接传感器，组建物联网环境的方法，使用NodeMCU和常见传感器组建一个简单的物联网环境。任务1组建物联网环境01【关键步骤】（1）认识传感器，了解传感器的定义、组成部分、种类及应用领域。（2）使用杜邦线连接NodeMCU、DHT11温湿度传感器和人体红外传感器的对应引脚，组建一个简单的物联网环境。传感器（Sensor）是一种能够检测物理量、化学量、生物量等各种信号的装置

，将这些信号转化为电信号或其他形式的信号并输出。传感器可以测量温度、湿度、压力、流量、位置、速度、加速度、重力、光强度、声音、磁场、化学成分等。传感器在现代化生产和科学研究中起着重要的作用，它能够实现实时监测和控制，可以提高生产效率和产品质量，保障人们的安全和健康。2.1.1

认识传感器本小节分别以DHT11温湿度传感器和人体红外传感器为例演示如何利用NodeMCU连接传感器，以组建一个简单的物联网环境，如图所示。2.1.1

NodeMCU连接传感器如图所示，DHT11温湿度传感器有3个引脚，其中“+”引脚代表电源正极，接入NodeMCU的3.3v引脚处，“out”引脚代表数据输出端口，在本示例中接入NodeMCU的D1引脚处，“-”代表传感器接地引脚，将其接入NodeMCU的GND引脚即可。任务2部署软件开发环境02【任务描述】在任务2.1中介绍了利用NodeMCU组建简单物联网环境的过程。本任务以Ubuntu系统为例，要求能够独立地安装和配置EMQXBroker和ArduinoIDE，如图所示任务2部署软件开发环境02【关键步骤】（1）安装和配置EMQXBroker。（2）安装和配置ArduinoIDE。2.2.1

EMQXBroker从Github选择、下载并安装与操作系统版本一致的二进制包。Github网址为/emqx/emqx/releases2.2.1

EMQXBroker启动EMQXBroker进入Web界面停止EMQXBroker2.2.2

安装配置ArduinoIDE在Arduino官网下载最新版安装包安装文件安装ArduinoIDE2.2.2

安装配置ArduinoIDE安装ArduinoIDE配置AdditionalboardsmanagerURLs打开ArduinoIDE，选择“File”→“Preferences”。在打开的对话框的“AdditionalboardsmanagerURLs”输入框中填写以下链接：/stable/package_esp8266com_index.json2.2.2

安装配置ArduinoIDE添加ESP8266相关开发板再次选中“Tools”→“Board:”ArduinoUno“”，选中“BOARDSMANAGER”开发板管理器，打开新的窗口。在开发板管理器上部的搜索栏输入“esp8266”，搜索相关开发板。点击“INSTALL”按钮安装，安装完成后将开发板切换到NodeMCU1.0（ESP-12EModule），就可以使用ArduinoIDE对NodeMCU进行代码开发及代码烧写操作了。2.2.2

安装配置ArduinoIDE准备工作完成后可以在“File”→“example”中找到ESP8266相关示例程序，打开Blink示例程序，使用USB线连接电脑和NodeMCU，点击ArduinoIDE中的上传按钮就可以将程序编译烧写到硬件中，测试ESP8266示例程序如图所示。任务3NodeMCU编程03【任务描述】能够对NodeMCU进行编程，以连接EMQXBroker；掌握读取DHT11温湿度传感器数据的方法和示例；掌握使用PubSubClient库向MQTT服务器的特定数据主题发布消息的方法及传感器数据发布示例，并能融会贯通。任务3NodeMCU编程03【关键步骤】（1）对NodeMCU编程，以连接EMQXBroker。（2）掌握读取DHT11温湿度传感器数据的方法和示例。（3）掌握传感器数据发布示例。2.3.1

连接EMQXBroker（1）连接NodeMCU与计算机。EMQXBroker本质上是一个以MQTT协议实现的代理服务器，对其进行连接需要使用硬件端MQTT库，这里选择PubSubClient库。NodeMCU已经集成了Wi-Fi芯片和协议栈，使用相关库可以实现设备的Wi-Fi接入。（2）在ArduinoIDE中安装PubSubClient库。在NodeMCU连接硬件后，介绍如何在ArduinoIDE中安装PubSubClient库。依次打开“Sketch”→“IncludeLibrary”，在打开的菜单栏中点击“LIBRARIEMANAGER”，打开包管理器。在顶部搜索栏中输入库名搜索安装即可2.3.1

连接EMQXBroker（3）编写代码，连接EMQXBroker2.3.1

连接EMQXBroker2.3.1

连接EMQXBroker2.3.1

连接EMQXBroker这里需要注意的是，填写的EMQXBroker代理

地址必须是通过Wi-Fi网络可访问的，可以在同一局域网下部署EMQXBroker（其部署过程已在2.2.1小节介绍过），也可以使用具有公网IP地址的云服务器进行搭建。2.3.1

连接EMQXBroker这里需要注意的是，填写的EMQXBroker代理

地址必须是通过Wi-Fi网络可访问的，可以在同一局域网下部署EMQXBroker（其部署过程已在2.2.1小节介绍过），也可以使用具有公网IP地址的云服务器进行搭建。2.3.2

读取传感器数据示例本小节以接入DHT11温湿度传感器为示例，DHT11只需要一根数据线将其接入NodeMCU的D1口即可，传感器正负极按照NodeMCU板载指示连接。（1）安装开源社区提供的DHT相关库。将传感器按照正确的方式连接到NodeMCU引脚上后，安装开源社区提供的DHT相关库，以读取DHT11温湿度传感器数据。具体而言，打开包管理窗口，搜索DHT，安装DHTsensorlibrary库。（2）编写读取DHT11温湿度传感器数据的代码。2.3.2

读取传感器数据示例以下给出读取DHT11温湿度传感器数据的示例代码。2.3.2

读取传感器数据示例以下给出读取DHT11温湿度传感器数据的示例代码。如图所示，运行程序后可以持续采集DHT11温湿度传感器的数据。2.3.3

发布传感器数据示例读取传感器数据后，使用PubSubClient库向MQTT服务器的特定数据主题发布消息即可实现传感器数据上传。（1）在ArduinoIDE中安装ArduinoJson。本小节使用了一个新的包ArduinoJson，该包用于将变量序列化为json字符串，并通过MQTT协议发送到网络中，具体安装方式同上一小节，此处不再赘述。（2）编写和测试代码。综合前两小节的内容可以通过以下代码实现传感器数据的上传操作：2.3.3

发布传感器数据示例2.3.3

发布传感器数据示例2.3.3

发布传感