在過去的幾年中，物聯(lián)網 （IoT） 呈指數級增長。國際數據公司 （IDC） 的一項新研究估計，到 2025 年，將有近 420 億臺聯(lián)網設備，產生超過 80 澤字節(jié) （ZB） 的數據。隨著物聯(lián)網設備數量的增長；數據量的增長，隨之而來的是對高級網絡儀器的需求；可以支持這個負載。

　　但是，如果我們考慮一個通用主機（如通用路由器），它可以連接到有限數量的節(jié)點，準確地說少于 32 個。隨著越來越多的物聯(lián)網設備可能出現在我們的家庭或行業(yè)中，這還不夠。目前，這個問題有兩種解決方案：第一種是使用Mesh 路由器，與通用路由器相比，它可以處理更多的連接，或者我們可以使用稱為Mesh Network的網絡協(xié)議。

　　因此，在本文中，我們將制作一個簡單的ESP Mesh 網絡設置，它由四個 ESP 設備組成，它們將在Wi-Fi Mesh 網絡的幫助下相互通信。最后，我們要將單個 ESP 連接到我們的筆記本電腦，以便從網絡上的所有四個傳感器獲取數據。請注意，我們將在本教程中同時使用 ESP32 和 ESP8266 板，以便您可以 使用相同的方法創(chuàng)建ESP8266 Mesh 網絡或ESP32 Mesh 網絡。

　　什么是 ESP-MESH 及其工作原理？

　　根據 ESP-MESH 的官方文檔，它是一個自組織和自愈網絡，意味著網絡可以自主構建和維護。

　　網狀網絡是網絡上的一組連接設備，它們充當單個網絡。ESP-Mesh與傳統(tǒng)的網格設置完全不同。在 ESP-Mesh 中，節(jié)點或單個設備可以同時連接到其鄰居。一個節(jié)點可以連接到多個節(jié)點，它們可以將數據從一個節(jié)點中繼到另一個節(jié)點。這個過程不僅高效，而且是多余的。如果任何一個節(jié)點發(fā)生故障；來自其他節(jié)點的數據可以毫無問題地到達目的地。這也開啟了在不需要中央節(jié)點的情況下實現互連的可能性，從而顯著擴展了網狀網絡的覆蓋范圍。有了這些特性，這個網絡就不太容易合并，因為網絡中的節(jié)點總數不受單個中心節(jié)點的限制。

　　為了簡單起見，我們決定使用四個 ESP 模塊；但是如果你正在構建這個網絡，你可以使用盡可能多的 ESP 設備。為了構建網狀網絡，我們將使用 Arduino 的painlessMesh 庫，它支持ESP8266和ESP32模塊。

　　使用 ESP 構建 Mesh 網絡所需的組件

　　該項目所需的組件列表如下。為了構建這個項目，我使用了非常通用的組件，您可以在當地的愛好商店中找到它們。

　　NodeMCU（ESP8266） - 2

　　ESP32 開發(fā)板 - 2

　　BMP280 傳感器 - 2

　　DHT22 傳感器 - 1

　　DS18B20 傳感器 - 1

　　面包板

　　USB 數據線（用于電源和數據）

　　ESP Wi-Fi Mesh - 電路圖

　　下圖用于構建基于 ESP8266 和 ESP32 的 Wi-Fi Mesh 網絡的硬件部分。

　　對于這個電路，我們將兩個BME280 傳感器連接到ESP32 板，我們將 DHT22 傳感器連接到其中一個ESP8266 板，并將 DS18B20 傳感器連接到另一個 ESP8266 板。我們之前曾在不同的項目中單獨使用過所有這些傳感器。在這里，我們將在不同的 NodeMCU/ESP32 板上使用它們，然后通過ESP Mesh 網絡將它們全部連接起來。硬件設置的圖像如下所示。

　　為網狀網絡編程 ESP8266 和 ESP32

　　在本文中，我們將使用 Arduino IDE 對 ESP32 和 ESP8266 板進行編程。在這里，我們將使用Painless Mesh 庫來構建我們的網格網絡。要安裝庫，請轉到Sketch-》Include Library-》Manage Libraries并搜索painlessMesh。完成后，只需單擊安裝，該庫將安裝在 Arduino IDE 中。如下圖所示，單擊安裝后，該庫會要求您安裝其他依賴項。您需要安裝它們才能使庫正常工作。

　　正如您在硬件部分已經知道的那樣，我們將使用一個 DS18B20 傳感器、一個 DHT22 傳感器和兩個 BME 280 傳感器。我們需要安裝所有這些，并且可以使用板管理器方法簡單地完成。

　　您也可以從下面給出的鏈接下載這些庫。一旦我們下載并安裝了所有必需的庫，我們就可以繼續(xù)創(chuàng)建我們的代碼。

　　注意：您接下來看到的代碼解釋是所有四個板中使用的代碼。我們設計了代碼，以便我們可以稍微調整一下，我們可以將它上傳到我們的任何 ESP 板上，盡管它是 ESP32 或 ESP8266 板。

　　將代碼上傳到連接了 BME280 傳感器的 ESP32 開發(fā)板：

正如您在硬件示意圖中看到的，我們已經連接了一個 BME280 傳感器。為此，您需要取消注釋BME_280傳感器的宏并為其指定一個唯一的節(jié)點名稱。在我們的例子中，我們將Node_1和Node_2用于我們連接 BME280 傳感器的兩個 ESP32 板

?

#define BME_280
//#定義DHT22
//#定義DS18B20
//#define ENABLE_LOG
字符串節(jié)點名 = "NODE_1";

?

將代碼上傳到連接了 DHT 傳感器的 ESP8266 開發(fā)板：

在我們的一個 ESP8266 板上，我們有一個 DHT22 傳感器，在另一個板上，我們有一個 DS18B20 傳感器。要將代碼上傳到 DHT22 板，我們必須遵循相同的過程。首先，我們取消注釋 DHT22 的宏，然后注釋掉 BME280 的宏，并將代碼上傳到我們連接了 DHT 22 傳感器的板上。

?

//#define BME_280
#定義DHT22
//#定義DS18B20
//#define ENABLE_LOG
字符串節(jié)點名 = "NODE_3";

?

將代碼上傳到連接了 DS18B20 傳感器的 ESP8266 開發(fā)板：

該電路板的過程也完全相同。我們取消注釋 DS18B20 傳感器的宏，并對其他宏進行注釋。

?

//#define BME_280
//#定義DHT22
#define DS18B20
//#define ENABLE_LOG
字符串節(jié)點名 = "NODE_3";

?

最后，要啟用或禁用其他日志語句，您可以取消注釋 ENABLE_LOG 宏。現在我們已經了解了代碼的工作原理，我們可以進一步解釋代碼。

我們將通過包含 painlessMesh 庫和 Arduino_JSON 庫來開始我們的代碼。?

?

#include 
#include 

?

接下來，我們定義一些宏，我們將使用它們來啟用或禁用我們的代碼部分。這是必需的，因為并非所有節(jié)點都使用相同的傳感器類型和。因此，為了包含或排除部分代碼，我們可以將四個不同的代碼放入一個文件中。

?

//#define BME_280
#定義DHT22
//#定義DS18B20
//#define ENABLE_LOG

?

接下來，我們定義一個String類型的變量nodeName。這將用于唯一標識網絡中的節(jié)點。除此之外，我們還定義了浮點類型變量來存儲溫度、濕度和氣壓數據。

?

字符串節(jié)點名 = "NODE_4"; // 名稱需要唯一
浮動溫度（NAN），嗡嗡聲（NAN），壓力（NAN）；

?

從這一步開始，我們將使用#ifdef和#endif宏來包含或排除部分代碼。代碼的第一部分用于 BME280 傳感器。如前所述，我們將從#ifdef BME_280語句開始。接下來，我們?yōu)?BME280 傳感器定義所有必需的庫。BME 傳感器也使用線庫，所以我們也定義了它。接下來，我們制作一個BME280I2C對象bme。接下來，使用范圍解析運算符，我們訪問類的變量，并使用 endif 語句完成它。

?

#ifdef BME_280
#include 
#include 
BME280I2C bme；
BME280::TempUnit tempUnit(BME280::TempUnit_Celsius);
BME280::PresUnit presUnit(BME280::PresUnit_Pa);
＃萬一

?

我們也對 DHT 庫做同樣的事情。我們從#ifdef DHT22語句開始，然后包含DHT.h庫。接下來，我們?yōu)?DHT 定義 PIN，并為 DHT22 添加一個原型。此后，我們通過傳遞上述定義的語句來創(chuàng)建一個對象。我們以#endif語句結束。?

?

#ifdef DHT22
#include "DHT.h"
#define DHTPIN 4
#define DHTTYPE DHT22
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
＃萬一

?

我們也為 DS18B20 傳感器做同樣的事情。我們從#ifdef DS18B20語句開始。

由于 DS18B20 傳感器需要OneWire庫，我們將其與DallasTemperature庫一起提供。接下來，我們?yōu)閭鞲衅鞫x引腳并通過傳遞引腳變量創(chuàng)建一個 OneWire 對象。接下來，我們通過創(chuàng)建一個新的 DallasTemperature 對象將 OneWire 對象的地址傳遞給 DallasTemperature 對象。

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#ifdef DS18B20
#include 
#include <達拉斯溫度.h>
常量 int oneWireBus = 4;
單線單線（oneWireBus）；
DallasTemperature ds18b20(&oneWire);
＃萬一

?

接下來，我們定義 Wi-Fi 憑據以及端口號。對于網絡中的所有節(jié)點，此憑據和端口號應保持不變。

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#define MESH_PREFIX "whateverYouLike"
#define MESH_PASSWORD "somethingSneaky"
#define MESH_PORT 5555

?

接下來，我們制作三個實例。一個用于調度器，另一個用于painlessMesh，最后一個用于 JSON 庫JSONVar

?

調度器用戶調度器；// 控制你的任務
無痛網眼；
JSONVar myVar;

?

接下來，我們創(chuàng)建了一個任務，它就像一個線程，總是在一段時間后運行并調用一個函數。下面定義的任務將用于向所有節(jié)點發(fā)送廣播消息。該任務立即采用三個參數。第一個定義任務調用函數的頻率，接下來，它要求任務的生命周期，最后，它需要一個指向調用函數的指針。

?

任務taskSendMessage(TASK_SECOND * 1, TASK_FOREVER, &sendMessage);

?

接下來，我們有調用函數sendMessage()。此函數調用另一個返回 JSON 字符串的函數。顧名思義，sendMessage 任務用于向所有節(jié)點發(fā)送消息。

?

無效發(fā)送消息（）{
  字符串味精 = construnct_json();
  網格.sendBroadcast（味精）；
  taskSendMessage.setInterval(隨機(TASK_SECOND * 1, TASK_SECOND * 5));
}

?

接下來，我們有我們的receivedCallback()函數。每當有新消息到達時，此函數就會被調用。如果你想對收到的消息做些什么，你需要調整這個函數來完成你的工作。這個函數有兩個參數——節(jié)點id和作為指針的消息。

?

無效接收回調（uint32_t來自，字符串&msg）{
  Serial.printf("startHere: 接收自 %u msg=%s\n", from, msg.c_str());
}

?

接下來，我們有我們的newConnectionCallback(?) 函數。每當有新設備添加到網絡時，此函數都會調用，并將打印語句發(fā)送到串行監(jiān)視器。

?

無效新連接回調（uint32_t nodeId）{
  Serial.printf("--> startHere: 新連接, nodeId = %u\n", nodeId);
}

?

接下來，我們有我們的nodeTimeAdjustedCallback()。此回調函數負責無痛網格所需的所有時間必需品。

?

無效節(jié)點時間調整回調（int32_t 偏移量）{
  Serial.printf("調整時間 %u.Offset = %d\n", mesh.getNodeTime(), offset);
}

?

接下來，我們有我們的setup()函數。在設置中，我們初始化串口并打印節(jié)點名稱。這很有幫助，因為一旦對所有節(jié)點進行了編程，我們就可以使用串行監(jiān)視器輕松識別節(jié)點。我們還有記錄任何 ERROR | 的網格對象的setDebugMsgTypes()類。啟動消息。接下來，我們通過將 SSID、密碼和端口號傳遞給init()函數來初始化網格。請記住，這些函數還需要指向調度程序的指針才能正常工作。

?

序列號.開始（115200）；
Serial.println(nodeName);
網格.setDebugMsgTypes（錯誤|啟動）；// 在 init() 之前設置，以便您可以看到啟動消息
mesh.init(MESH_PREFIX, MESH_PASSWORD, &userScheduler, MESH_PORT);

?

現在，我們將初始化我們上面討論過的所有回調函數。每當需要執(zhí)行某個任務時，就會調用這些回調函數。

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網格.onReceive(&receivedCallback);
 網格.onNewConnection(&newConnectionCallback);
 網格.onChangedConnections(&changedConnectionCallback);
 mesh.onNodeTimeAdjusted(&nodeTimeAdjustedCallback);

?

現在我們將任務添加到任務調度程序中，并在 taskSendMessage.enable() 方法的幫助下啟用它。當它執(zhí)行時，不同的任務開始在后臺同時運行。

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userScheduler.addTask(taskSendMessage);
taskSendMessage.enable();

?

接下來，在設置部分，我們擁有所有必要的ifdef和endif宏，它們用于根據要求初始化不同的傳感器。首先，我們將配置 BME280 傳感器。下面的代碼初始化 BME280 傳感器并檢查傳感器的版本，因為 BME280 傳感器帶有許多不同的版本。

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#ifdef BME_280
  Wire.begin();
  而（！bme.begin（））
  {
    Serial.println("找不到 BME280 傳感器！");
    延遲（1000）；
  }
  // bme.chipID(); // 已棄用。請參閱芯片模型（）。
  開關 (bme.chipModel())
  {
    案例 BME280::ChipModel_BME280:
      Serial.println("找到 BME280 傳感器！成功。");
      休息;
    案例 BME280::ChipModel_BMP280:
      Serial.println("找到 BMP280 傳感器！沒有可用的濕度。");
      休息;
    默認：
      Serial.println("發(fā)現未知傳感器！錯誤！");
  }
＃萬一

?

最后，我們在ifdef和#endif方法的幫助下配置了 DHT22 和 DS18B20 傳感器。這標志著setup()函數的結束。

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#ifdef DHT22
  Serial.println(F("DHTxx 開始！"));
  dht.begin();
＃萬一
#ifdef DS18B20
  ds18b20.begin();
  Serial.println(F("DS18B20 開始！"));
＃萬一

?

接下來，我們有我們的循環(huán)。在這段代碼中，循環(huán)?劑量沒有做太多，它只是在mesh.update()方法的幫助下更新網格。它負責所有任務。如果此更新方法不存在，這些任務將不起作用。

?

無效循環(huán)（）
{
  網格。更新（）；
  // construnct_json();
}

?

接下來，我們有我們的最終功能。此函數構造 JSON 字符串并將其返回給調用函數。在這個函數中，我們首先調用bme.read()方法，然后傳遞所有使用新值更新的預定義變量。接下來，我們將壓力值除以 100，因為我們要將其轉換為毫巴。接下來，我們定義 JSON 數組并放置傳感器名稱、節(jié)點名稱、溫度、壓力值，并使用JSON.stringify()函數返回值。最后，我們定義另一個 ifdef 和 endif 宏來啟用或禁用日志參數。?

?

字符串 construnct_json()
{
#ifdef BME_280
  bme.read(pres, temp, hum, tempUnit, presUnit);
  壓力 = 壓力 / 100；
  myVar["傳感器類型"] = "BME280";
  myVar["節(jié)點名稱"] = nodeName;
  myVar["Temperature"] = serialized(String(temp, 2));
  myVar["pres"] = 序列化(String(pres, 2));
#ifdef ENABLE_LOG
  Serial.println(JSON.stringify(myVar));
＃萬一
  返回 JSON.stringify(myVar);
＃萬一

?

最后，我們對 DHT22 和 DS18B20 傳感器代碼執(zhí)行相同的操作。

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#ifdef DHT22
  temp = dht.readTemperature();
  嗡嗡聲 = dht.readHumidity();
  myVar["傳感器類型"] = "DHT22";
  myVar["節(jié)點名稱"] = nodeName;
  myVar["Temperature"] = 序列化(String(temp));
  myVar["濕度"] = 序列化(String(hum));
#ifdef ENABLE_LOG
  Serial.println(JSON.stringify(myVar));
＃萬一
  返回 JSON.stringify(myVar);
＃萬一
#ifdef DS18B20
  ds18b20.requestTemperatures();
  temp = ds18b20.getTempCByIndex(0);
  myVar["傳感器類型"] = "DS18B20";
  myVar["節(jié)點名稱"] = nodeName;
  myVar["Temperature"] = 序列化(String(temp));
#ifdef ENABLE_LOG
  Serial.println(JSON.stringify(myVar));
＃萬一
  返回 JSON.stringify(myVar);
＃萬一
}

?

　　現在，隨著編碼過程的完成；我們注釋或取消注釋頂部定義的宏；根據我們要上傳的板。接下來，我們給每個節(jié)點一個唯一的名稱，我們只需上傳代碼。如果一切正常，代碼將正確編譯和上傳，沒有任何錯誤。

　　基于 ESP8266 和 ESP32 的網狀網絡 - 測試

　　基于 esp8266 和 esp32 的網狀網絡的測試設置如下所示。如上圖所示，我已經為所有 esp 模塊連接了電源，您還可以在筆記本電腦的屏幕上看到輸出數據。串行監(jiān)視器窗口的屏幕截圖如下所示。

　　在上面的窗口中，您可以看到我們正在輕松接收來自所有四個傳感器的數據。

#include
#include
//#define BME_280
#定義DHT22
//#定義DS18B20
//#define ENABLE_LOG
字符串節(jié)點名 = "NODE_4"; // 名稱需要唯一
浮動溫度（NAN），嗡嗡聲（NAN），壓力（NAN）；
//########################## Init_BME280 #################### #####
#ifdef BME_280
#include
#include
BME280I2C bme；
BME280::TempUnit tempUnit(BME280::TempUnit_Celsius);
BME280::PresUnit presUnit(BME280::PresUnit_Pa);
＃萬一
//__________________________ _BME280 結束 __________________________
//########################## Init_DHT22 ##################### #####
#ifdef DHT22
#include "DHT.h"
#define DHTPIN 4
#define DHTTYPE DHT22
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
＃萬一
//__________________________ DHT22 結束 __________________________
//######################### Init_Ds18B20 #################### #####
#ifdef DS18B20
#include
#include <達拉斯溫度.h>
常量 int oneWireBus = 4;
單線單線（oneWireBus）；
DallasTemperature ds18b20(&oneWire);
＃萬一
//__________________________ DHT22 結束 __________________________
#define MESH_PREFIX "whateverYouLike"
#define MESH_PASSWORD "somethingSneaky"
#define MESH_PORT 5555
調度器用戶調度器；// 控制你的個人任務
無痛網眼；
JSONVar myVar;
無效發(fā)送消息（）{
字符串味精 = construnct_json();
網格.sendBroadcast（味精）；
taskSendMessage.setInterval(隨機(TASK_SECOND * 1, TASK_SECOND * 5));
}
任務taskSendMessage(TASK_SECOND * 1, TASK_FOREVER, &sendMessage);
// 無痛庫需要
無效接收回調（uint32_t來自，字符串&msg）{
Serial.printf("startHere: 接收自 %u msg=%s\n", from, msg.c_str());
}
無效新連接回調（uint32_t nodeId）{
Serial.printf("--> startHere: 新連接, nodeId = %u\n", nodeId);
}
無效更改連接回調（）{
Serial.printf("改變的連接\n");
}
無效節(jié)點時間調整回調（int32_t 偏移量）{
Serial.printf("調整時間 %u.Offset = %d\n", mesh.getNodeTime(), offset);
}
無效設置（）
{
序列號.開始（115200）；
Serial.println(nodeName);
//mesh.setDebugMsgTypes(錯誤|啟動|MESH_STATUS|連接|同步|通信|一般|MSG_TYPES|遠程); // 所有類型開啟
網格.setDebugMsgTypes（錯誤|啟動）；// 在 init() 之前設置，以便您可以看到啟動消息
mesh.init(MESH_PREFIX, MESH_PASSWORD, &userScheduler, MESH_PORT);
網格.onReceive(&receivedCallback);
網格.onNewConnection(&newConnectionCallback);
網格.onChangedConnections(&changedConnectionCallback);
mesh.onNodeTimeAdjusted(&nodeTimeAdjustedCallback);
userScheduler.addTask(taskSendMessage);
taskSendMessage.enable();
#ifdef BME_280
Wire.begin();
而（！bme.begin（））
{
Serial.println("找不到 BME280 傳感器！");
延遲（1000）；
}
// bme.chipID(); // 已棄用。請參閱芯片模型（）。
開關 (bme.chipModel())
{
案例 BME280::ChipModel_BME280:
Serial.println("找到 BME280 傳感器！成功。");
休息;
案例 BME280::ChipModel_BMP280:
Serial.println("找到 BMP280 傳感器！沒有可用的濕度。");
休息;
默認：
Serial.println("發(fā)現未知傳感器！錯誤！");
}
＃萬一
#ifdef DHT22
Serial.println(F("DHTxx 測試！"));
dht.begin();
＃萬一
#ifdef DS18B20
ds18b20.begin();
＃萬一
}
無效循環(huán)（）
{
網格。更新（）；
// construnct_json();
}
字符串 construnct_json()
{
#ifdef BME_280
bme.read(pres, temp, hum, tempUnit, presUnit); // 用新值更新
壓力 = 壓力 / 100；
myVar["傳感器類型"] = "BME280";
myVar["節(jié)點名稱"] = nodeName;
myVar["Temperature"] = serialized(String(temp, 2)); // 序列化需要轉換浮點值
myVar["pres"] = serialized(String(pres, 2));// 序列化需要轉換flot值
#ifdef ENABLE_LOG
Serial.println(JSON.stringify(myVar)); //stringify 將數組轉換為字符串
＃萬一
返回 JSON.stringify(myVar);
＃萬一
#ifdef DHT22
temp = dht.readTemperature();
嗡嗡聲 = dht.readHumidity();
myVar["傳感器類型"] = "DHT22";
myVar["節(jié)點名稱"] = nodeName;
myVar["Temperature"] = 序列化(String(temp));
myVar["濕度"] = 序列化(String(hum));
#ifdef ENABLE_LOG
Serial.println(JSON.stringify(myVar));
＃萬一
返回 JSON.stringify(myVar);
＃萬一
#ifdef DS18B20
ds18b20.requestTemperatures();
temp = ds18b20.getTempCByIndex(0);
myVar["傳感器類型"] = "DS18B20";
myVar["節(jié)點名稱"] = nodeName;
myVar["Temperature"] = 序列化(String(temp));
#ifdef ENABLE_LOG
Serial.println(JSON.stringify(myVar));
＃萬一
返回 JSON.stringify(myVar);
＃萬一
}