基于ESP8266WiFi模块和MQTT协议的物联网传感节点设计1
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2022-08-03
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物联网技术
2019
年
/
第
6
期
全面感知
Comprehensive Perception
24
0 引 言
随着物联网技术日趋成熟
，
物联网已被广泛应用在医疗
、
交通与物流
、
能源与公用事业
、
零售业等领域
[1]
。
据思科公
司
（
Cisco
）
思科视觉化网络指数显示
，
到 2022 年全球有超
过半数设备和连接将会是机器对机器
（
M2M
）
的互联
，
比
2017 年增加 34%
。
智能音箱
、
固定设备
、
移动设备及其他
物件的连接数将从 2017 年的 61 亿增至 2022 年的 146 亿
[2]
。
互联设备的数量和类型越来越多
，
应用环境日趋复杂
，
实现
资源有限或带宽有限环境下的传感器联网和保证传感数据的
可靠传输成为物联网技术应用应重点考虑的问题之一
。
物联网传感节点作为物联网和物理世界交互的边界节
点
，
负责信息的采集和简单处理
，
与将数据传输到应用层
进行数据分析和处理
[3]
。
传感器节点的通信方式主要分为近
距离通信和远距离通信
，
传感器节点之间一般采用短距离
无线通信
，
如蓝牙
，
ZigBee
，
WiFi 等
；
传感器与物联网云
服务器或应用服务器采用远距离通信
，
如固网
、
移动网络
（
2G/3G/4G
）、
NB-IoT 网络等
。
无线网络连接类型
（
WiFi
、
移动网络
）
是主流
。
现在越来越多的应用场合要求传感器节
点自带接入网关
，
即支持物联网网络接入服务
。
由于传感
器节点资源有限
，
受 CPU 处理能力
、
内存等限制
，
通常在
LwIP 协议栈上采用轻量级物联网传输协议
。
目前
，
应用最广
泛的物联网标准传输协议包括 MQTT
、
CoAP
。
MQTT 是一种
在 TCP/IP 协议上的基于订阅 / 发布模式的轻量级传输协议
，
适用于引入第三方云平台的物联网应用
。
CoAP 即约束应用
协议
，
类似 HTTP
，
是一种文档传输协议
，
也是一种基于请
求 / 响应的客户端 / 服务器端轻量级 UDP 传输协议
，
适合将
物联网应用嵌入到现有 Web 服务器中
[4]
。
本文基于 ESP8266 WiFi 模块和 MQTT 协议设计了一
种低成本物联网传感节点
，
以 ESP8266 嵌入式处理器为核
心
，
采用 AM2302 传感器采集温湿度数据
，
进行简单处理后
将传感数据通过 MQTT 协议发布到百度天工物联网云平台
IoTHub
。
数据采集中心采用 Visual C# 实现
，
能自动识别传
感节点和订购传感器的数据
，
可保存
、
处理和显示传感节点
的温湿度数据
。
数据采集中心可通过云平台 IoTHub 下发命
令
，
实现传感器节点参数配置并让传感节点执行指定操作
（
打
开 / 关闭继电器
）。
传感器节点性能可靠
，
扩展性强
，
通用性好
。
1 系统总体结构
系统由传感节点
、
数据采集中心和百度天工物联网云平
台组成
，
如图 1 所示
。
传器节点由 ESP8266 和 AM2302 构成
，
实现温湿度的采集和上报
；
数据采集中心基于 Visual C# 开
发
，
实现传感数据的接收
、
存储
、
分析和显示
；
百度天工物
联网云平台 IoTHub 作为 MQTT 消息代理
，
负责主题订阅管理
、
消息转发和缓冲
，
实现传感节点与数据采集中心的信息交互
。
传感节点与数据采集中心的交互数据类型为 JSON 格式
。
图 1 系统总体框图
2 传感节点设计
传感节点负责采集感知对象相关信息
，
并通过相应的通
信模块将数据通过 MQTT 消息代理推送到远端数据采集中心
。
基于 ESP8266WiFi 模块和 MQTT 协议的
物联网传感节点设计
丘 源，经本钦，李精华
（
桂林航天工业学院 电子信息与自动化学院
，
广西 桂林 541004
）
摘 要 ：
设计了一种基于 ESP8266 WiFi 模块和 MQTT 协议的物联网传感节点
，
该节点具有数据采集
、
数据上
报和远程控制功能
。
传感节点通过轻量级物联网 MQTT 协议与数据采集中心通信
，
数据采集中心能够自动识别和
实时显示传感节点的采集数据
。
实验证明
，
所设计的传感器节点可靠
、
扩展性强
、
通用性好
。
关键词 ：
ESP8266
；
MQTT 协议
；
物联网
；
传感器节点
；
远程控制
；
实时显示
中图分类号
：
TP393
文献标识码
：
A
文章编号
：
2095-1302
（
2019
）
06-0024-03
收稿日期
：
2019-01-28
修回日期
：
2019-02-21
基金项目
：
桂 林 航 天工业学院校级基金资助项目
（
YJ1410
）
DOI
：
10.16667/j.issn.2095-1302.2019.06.007
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