FireBeetle 2 ESP32 C6 试用——制作一个室外的温湿度气象站

FireBeetle 2 ESP32 C6到手把玩了几天了。是时候去实现申请时定下的目标了：尝试一下esp32系列的低功耗功能。用太阳能电池板，制作一个室外的温湿度气象站。
首先分析使用场景：计划在房屋外边搭建一个气象站。离房屋不会太远，所以WiFi是能够覆盖到，计划使用物联网通讯，收集温湿度信息。虽然离房屋不远，但是室外是没有电源的，使用电池供电，就存在更换电池的问题，所以打算使用电池加太阳能板补能的方式解决能源问题。白天通过太阳能给锂电池补能，夜间就通过锂电池给单片机供电，同时单片机必须实现低功耗，用来节约电能。

ESP32低功耗可以通过睡眠模式实现。可以进入light-sleep和deep-sleep模式。
light-sleep：CPU暂停运行，wifi/蓝牙基带和射频关闭。RTC、ULP运行，任何唤醒事件都会唤醒芯片。数字外设、大部分内存和CPU都会被停用（停用时钟），电源功耗也会降低，从light-sleep模式下唤醒后外设和CPU会接回时钟源并继续工作，他们的外部状态会被保存。
deep-sleep：CPU、大部分外设掉电，wifi/蓝牙基带和射频关闭，进有RTC、ULP运行，wifi和蓝牙连接数据被转移到RTC内存中。仅有一部分中断源会唤醒芯片。由APB_CLK时钟提供是时钟源的CPU、大部分内存和所有数字外设都会掉电；只有片上RTC控制器、RTC外设、ULP和RTC内存会被保留电源。
了解了两种睡眠模式，这里当然就是去使用最节能的deep-sleep模式啦！有睡眠就要有唤醒，这里选用的是时间唤醒。

esp_sleep_enable_timer_wakeup(time_in_us)
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为了适应低功耗，就去掉了自制的扩展板。接了个额外的SHT30模块，使用板载的I2C接口，和模块连接起来。这里我使用了Arduino-sht的库，用来驱动SHT30；还使用了adafruit_mqtt库，这样收集到的信息就通过mqtt上传到物联网上了，这里物联网选用了百度的物联网平台。

与传统的Arduino编程方式有所区别。传统的Arduino运行方式为：step方法中对系统进行初始化，然后程序在loop方法中不停的循环。而使用deep-sleep方式工作，则每次唤醒都需要对系统进行初始化，包括连wifi、连mqtt、读取温湿度、上传传感器信息，然后进入deep-sleep状态，不停地重复。

基本流程就比较简单，在连接wifi和连接mqtt过程中，遇到错误会重试，重试一定次数依然失败就进入睡眠状态，等待时钟的唤醒。

#include<WiFi.h>
#include <esp_sleep.h>
#include "driver/rtc_io.h"
#include "WiFiClient.h"
#include "Adafruit_MQTT.h"
#include "Adafruit_MQTT_Client.h"
#include <Wire.h>
#include "SHTSensor.h"

#define WIFI_SSID "AAA"
#define WIFI_PASSWORD "xxxxxxxx"

const char *MQTT_SERVER = "afgsmmu.iot.gz.baidubce.com";
const int MQTT_PORT = 1883;
const char *MQTT_USRNAME = "your_mqtt_username";
const char *MQTT_PASSWD = "your_mqtt_passwd";
const char *TOPIC = "$iot/AICAM/user/ismask";

WiFiClient espClient;
Adafruit_MQTT_Client mqtt(&espClient, MQTT_SERVER, MQTT_PORT, MQTT_USRNAME, MQTT_PASSWD);
Adafruit_MQTT_Publish pub = Adafruit_MQTT_Publish(&mqtt, TOPIC); // 发布主题

#define ANALOG_PIN_0   0   //电池AD管脚
SHTSensor sht;

#define uS_TO_S_FACTOR 1000000ULL   //计时单位 秒

void mcusleep() {
  digitalWrite(15, LOW);      //关灯
  Serial.flush();
  esp_deep_sleep_start();
}

void MQTT_connect()//连接mqtt服务器，5s连接一次  连接超过5次还连不上 就休眠
{
  int8_t ret;
  if (mqtt.connected())
  {
    return;
  }
  Serial.print("Connecting to MQTT... ");
  uint8_t retries = 5;//尝试5次
  while ((ret = mqtt.connect()) != 0)
  {
    Serial.println(mqtt.connectErrorString(ret));
    Serial.println("Retying MQTT connection in 5 seconds...");
    mqtt.disconnect();
//    digitalWrite(15, LOW);      //关灯
    delay(5000);
    retries--;
    if (retries == 0) //如果五次都没连接上进入死循环
    {
      esp_sleep_enable_timer_wakeup(60 * uS_TO_S_FACTOR);
      Serial.println("MQTT connect fail! Going to sleep now");
      mcusleep();
    }
    Serial.println("MQTT Connected!");
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(15, OUTPUT);
  digitalWrite(15, HIGH);       //亮灯
  //  rtc_gpio_isolate(GPIO_NUM_15);
  Wire.begin();
  pinMode(ANALOG_PIN_0, INPUT);     //电源电池电压测量
  uint8_t retries = 10;//尝试连接wifi 10次
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
  while (!WiFi.isConnected())
  {
    digitalWrite(15, LOW);      //关灯
    delay(5000);
    digitalWrite(15, HIGH);       //亮灯
    retries--;
    Serial.print(".");
    if (retries == 0) //如果五次都没连接上进入死循环
    {
      esp_sleep_enable_timer_wakeup(60 * uS_TO_S_FACTOR);
      Serial.println("wifi connect fail! Going to sleep now");
      mcusleep();
    }
  }
  Serial.println("WIFI connect success!");

  MQTT_connect();
  sht.init();
  sht.setAccuracy(SHTSensor::SHT_ACCURACY_MEDIUM); // only supported by SHT3x
}
void loop() {             //空循环
  uint analog_value = 0;
  char msg[100];
  analog_value = analogRead(ANALOG_PIN_0);  //读取电池电压
  sht.readSample();                     //读取sht30
  Serial.printf("bat:%.1f\t RH:%.2f\t T:%.2f\n", float(analog_value) / 497.5, sht.getHumidity(), sht.getTemperature());
  sprintf(msg, "{"Bat":%.2f,"Humidity":%.2f,"Temperature":%.2f}", float(analog_value) / 497.5, sht.getHumidity(), sht.getTemperature());
  Serial.println(msg);
  pub.publish(msg);

  esp_sleep_enable_timer_wakeup(30 * uS_TO_S_FACTOR);
  Serial.println("Finsh work! Going to sleep now");
  delay(100);
  mcusleep();
  delay(10000);     //代码到不了这里
}
复制代码

这里有几个地方需要注意的：

1、管脚0，是接到通过电阻分压后的电源上，可以通过管脚0测量电源电池的电压。

2、板子一旦进入deep-sleep状态了，那么就是连串口都会消失掉的。所以在调试烧写代码时，会找不到串口号，无法烧写。此时烧写板子就需要按住板子上的BOOT按键，再按下RST按键，然后松开，进入烧写模式，即可有串口出现，此时可以正常烧写。

使用Python写个简单的上位机，用来接收mqtt的消息，只是简单地测试一下物联网。接下来就是要使用电池做测试，看看一天能耗电池多少电量，然后决定用多大的太阳能板进行补能。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
# @FileName  :mqtt_recvmsg.py
# @Time      :2024/3/25 11:20
# @Author    :aramy
import paho.mqtt.client as mqtt
from unit.mqttinfo import MQTT_INFO


class MqttMsg():
    def __init__(self):
        super(MqttMsg, self).__init__()
        self.mqttinfo=MQTT_INFO()
        self.client=mqtt.Client()
        self.message=""

    def on_connect(self,client, userdata, flags, rc):
        print("Connected with result code: " + str(rc))

    def on_message(self,client, userdata, msg):
        print(msg.topic + " " + str(msg.payload))
        # self.sinGetNewMsg.emit(str(msg.payload,encoding = "utf-8"))


    def run(self):
        self.client.username_pw_set(self.mqttinfo.mqtt_name, self.mqttinfo.mqtt_pwd)  # 设置用户名，密码
        self.client.connect(self.mqttinfo.broker_address, self.mqttinfo.port, 60)  # 连接服务 keepalive=60
        self.client.on_connect = self.on_connect
        self.client.on_message = self.on_message
        self.client.subscribe(self.mqttinfo.publishtopic[0], qos=0)
        self.client.loop_forever()  # 保持连接

if __name__ == "__main__":
    mqtt=MqttMsg()
    mqtt.run()
复制代码

如果我想从I2C接口获取其他的传感器数据，是不是还得用其他的库文件？

余老师 发表于 2024-4-6 20:31
如果我想从I2C接口获取其他的传感器数据，是不是还得用其他的库文件？

库文件 一般是针对具体传感器的。走i2c协议都是试用wire文件了。所以 要是能找到具体的库文件，就要加载库文件，找不到的话，就用wire自己写方法了。