從硬體采集到云端資料庫全實作之物聯網體溫檢測系統（ESP32+MQTT+云服務器+MySQL ）

前言

學了這么久的物聯網，一直停留在硬體層面的資料采集和顯示，雖然也用過Ubuntu系統進行過專案開發（年初的時候用樹莓派完成了口罩識別的專案），也使用過云服務器與硬體簡單的MQTT通訊，但是一直沒有把兩者緊密的結合起來，這兩天實作了從硬體采集資料、上傳到云服務器以及將資料永久化（存盤進資料庫）的整個物聯網系統，接下來我詳細的敘述整個系統是如何實作的，也算是給自己留個紀念，
本文將分為五個部分：

1. 用硬體來采集溫度資料并通過MQTT協議上傳到云服務器
2. 在服務器上搭建自己的MQTT服務器
3. 在云服務建立一個資料庫
4. 利用MQTT服務器對上傳的資料進行決議并存盤
5. 實作效果

一、資料采集與上傳

這里用到的硬體主要有：主控板ESP32、鋼琴按鍵一排、DHT11一個（代替紅外測溫模塊）

硬體連線

ESP32   --------------------- DHT11
P19  --------------------- DATA
3.5V    --------------------- VCC
GND     --------------------- GND

ESP32   --------------------- PianoKey
P23     --------------------- key1
5V      --------------------- VCC
GND     --------------------- GND

關于資料格式
我們MQTT服務器接收到的JSON資料格式，即接收到的MQTT訊息應該如下

{"name":"anyone",
"temp":"25",
"date":"2021-4-19",
"time":"22:32:36",
"client_id":"esp32"}

所以我們發出的代碼定義的字串應該對"進行轉義處理，避免編譯時當作特殊字符而出錯

String message = "{\"name\":\"xxx\",
\"temp\":\"25\",
\"date\":\"2021-4-19\",
\"time\":\"22:32:36\",
\"client_id\":\"esp32\"}"

需要在訊息中插入變數時應使用"+String+"的格式進行拼接，

String message = "{\"name\":\"xxx\",
\"temp\":\""+String+"\",
\"date\":\""+Date+"\",
\"time\":\""+Time+"\",
\"client_id\":\"esp32\"}";

部分代碼

采集資料部分就是一個簡單的DHT11，上傳部分用了WIFI和MQTT，使用了WIFI庫和PubSubClient庫，為了記錄每次測溫資料的時間，這里還使用了一個全球的ntp服務器，每次開機自動聯網，根據設定初始化并連接MQTT服務器和時間服務器，然后回圈檢測按鍵是否按下，按下則采集資料，并將資料封裝成JSON格式，通過MQTT協議上傳到云服務器，硬體的部分沒什么特別難的地方，比較煩人的地方是將資料封裝成JSON格式，要將一些變數轉成字串格式并且拼接在一起，特別要注意轉義字符的使用，否則就會報錯或者發送的資料無法決議；另外一個地方就是獲取網路時間，ntp設定東八區獲取的時間會晚八個小時，獲取后把年月日、時分秒取出來、進行校正，最后拼接到上傳的JSON資料里，這兩個部分幾乎耗費了我一天的時間，關于網路時間的獲取可以參考這篇文章https://blog.csdn.net/LinQiPing233/article/details/83615058

完整代碼點擊此處下載

串口列印的資訊

用MQTTX進行除錯也能接收到發送的資料，到這里硬體部分算是告一段落了，

二、搭建MQTT服務器

這部分需要用到云服務器，由于我阿里云的服務器過期了，所以去騰訊云白嫖了一個月的服務器，如果實在沒有服務器的話，也可以在虛擬機里搭建，廢話不多說，MQTT我用的是EMQ，大家可以去官網下載，建議大家選擇zip包安裝

獲取安裝ZIP包

wget https://www.emqx.cn/downloads/enterprise/v4.2.5/emqx-ee-ubuntu18.04-4.2.5-x86_64.zip

解壓并安裝

unzip emqx-ee-ubuntu18.04-4.2.5-x86_64.zip

進入解壓的目錄運行shell命令啟動EMQ

./bin/emqx start

啟動成功后查看運行狀態

emqx_ctl status

到這里EMQ算是安裝完成了，但是要想使用MQTT服務，必須還要在云服務器的安全組里放行MQTT所使用的1883埠，同時EMQ自帶了個 管理控制臺Dashboard，使用18083埠，放行之后可以通過IP:18083進行訪問，詳細的內容大家可以去看官方的檔案https://docs.emqx.cn/enterprise/v4.2/getting-started/dashboard-ee.html#%E7%9B%91%E6%8E%A7


接下來我們用MQTTX來測驗MQTT服務器，測驗軟體在這里下載https://mqttx.app/cn/
新建一個連接

連接上之后可以向指定的Topic發送訊息，也可以訂閱Topic，同時在控制臺也可以看到連接上了的客戶端

通過MQTTX給服務器發送訊息，控制臺中也能看到，說明服務器已經搭建完成可以使用，至此MQTT部分已經完成，

三、云端資料庫搭建與設計表格

這部分需要在我們的云服務器上安裝一個資料庫，我在這里選擇的是MySQL，還需要安裝PHP、Nginx，大家可以自行在服務器上安裝，這里就不展開來說了，由于阿里云的服務器過期之后忘記備份了，我又不想從頭安裝配置一遍，我選擇了個簡單的方法，安裝寶塔運維面板，寶塔面板提供一鍵安裝LNMP套件服務，這里提供大家參考，
寶塔官網
Ubuntu/Deepin安裝命令：

 wget -O install.sh http://download.bt.cn/install/install-ubuntu_6.0.sh && sudo bash install.sh 124cc0

安裝成功之后，同樣在云服務器的安全組放行TCP8888埠，通過IP:8888訪問運維面板，

第一次打開面板會自動提示安裝LNMP套件，選擇一鍵安裝即可，安裝完成之后點擊資料庫，選擇新建資料庫，要記住用戶名和密碼，等下我們本地連接資料庫的時候要用到，訪問權限建議選擇所有IP，
資料庫建立好之后，在安全組放行3306埠，在本地用Navicat 15 for MySQL連接資料庫，對剛剛建立的資料庫進行設計和修改，Navicat下載地址
打開Navicat選擇新建連接——MySQL，連接名可以隨意填，主機填寫我們云服務器的IP地址，埠默認選擇3036，用戶名和密碼填寫我們上一步新建資料庫時填寫的用戶名和密碼，填寫完之后可以選擇測驗連接，如果出現無法連接的情況就去寶塔面板—安全—防火墻再次放行3036埠，

連接上資料庫之后，雙擊展開，點擊選中表，右鍵選擇新建表格，根據自己的需求添加欄位設計表格，型別可以選擇整型、字串、浮點型等，如果是需要存盤中文字符資料，例如name欄位，字符集需要選擇utf8mb4，排列規則選擇utf8mb4_general_ci，否則會出現亂碼，設計好之后，Ctrl+Shift+S保存一下，到這里資料庫部分就算搭建完成了，

四、資料決議以及資料永久化

在這里我們需要將服務器收到的JSON格式資料根據欄位分割開來，并且將相應的欄位存進資料庫，實作資料的永久化，這一步可以使用MQTT服務器的規則引擎模塊，
首先在規則引擎下找到資源，選擇新建一個資源，由于我們的MQTT服務器和資料庫在同一個云服務器上，所以這里填寫的IP地址是本地的127.0.0.1:3306，用戶名和密碼則是我們創建資料庫時設定的，如果忘了可以去寶塔面板上查詢，填好之后選擇測驗連接，如果顯示資源可用的則配置成功，
注意如果安裝的EMQ是Broker版本，是不支持資料庫資源的，
添加資源完成之后，選擇規則，新建規則，這里的規則就是用來根據欄位切割訊息，大家可以參考我的規則，然后根據自己資料庫的欄位以及上傳的訊息來撰寫規則，

SELECT

  payload.client_id AS client_id,
  payload.name AS name,
  payload.date as date,
  payload.time AS time,
  payload.temp AS temp

FROM

  "$events/message_delivered" //接受

WHERE
  topic = 'topic_temp'

填寫好規則后進行SQL測驗，確保上傳的資料能正確決議，

點擊測驗后可以輸出正確的資料則配置成功，
最后一步就是把資料存進資料庫了，即創建回應動作，資源選擇我們剛剛創建的MySQL資料庫資源

insert into
  `temp` (`client_id`, `name`, `date`,`time`, `temp`)
  //temp是要插入資料的表的名字
values
  (${client_id},${name},${date},${time},${temp});
  //對應剛剛規則輸出的值

五、實作效果

開機自動連接WIFI并初始化連接MQTT服務器

等待按鍵按下，檢測到按鍵按下則讀取溫度資訊、獲取網路時間，將相關資料封裝為JSON格式上傳，

MQTT服務器收到訊息后，會檢測是否符合規則，如果訊息命中規則，則將資料根據欄位切割，并且存進資料庫，

視頻效果鏈接：https://b23.tv/cPe6Ls