ESP32环境下基于SD卡与FTP实现温湿度数据采集与存储

news2024/11/17 4:58:27

本篇文章将介绍如何利用ESP32开发板结合SD卡与FTP服务器功能，实现温湿度数据的实时采集、存储与远程访问。项目代码基于Arduino IDE平台编写，主要依赖于以下库：

SPI
DHT
WiFi
time.h
ESP-FTP-Server-Lib
SD
SPIFFS
FS

1. 硬件连接与配置

1.1 所需要的硬件

ESP32开发板
DHT22传感器模块
SD卡模块

1.2 SD卡接口

ESP32通过SPI总线与SD卡进行通信，各引脚连接如下：

CS：GPIO 23
MOSI：GPIO 17
MISO：GPIO 2
SCK：GPIO 16

1.3 DHT22温湿度传感器

DHT22传感器连接至ESP32的GPIO 13引脚。

1.4 Wi-Fi模块

ESP32内置Wi-Fi模块，用于接入无线网络。此处设定的Wi-Fi信息如下：

SSID：xxx
Password：xxx

1.5 NTP服务器与时区设置

为了获取准确的本地时间，通过NTP协议从阿里云NTP服务器同步时间，并设定时区为中国标准时间（UTC+8）：

NTP Server：ntp1.aliyun.com
GMT Offset：8 * 3600 秒
Daylight Offset：0 秒

1.6 FTP服务器配置

创建一个FTP服务器，供远程设备访问存储在ESP32上的温湿度数据。FTP登录信息如下：

Username：ftp
Password：ftp

2. 代码详解

2.1 引入库与定义常量

#include <Arduino.h>
/*
  sd Card Interface code for ESP32
  SPI Pins of ESP32 sd card as follows:
  CS    = 23;
  MOSI  = 17;
  MISO  = 2;
  SCK   = 16;
*/

#include <SPI.h>
#include <DHT.h>
#include <WiFi.h>
#include <time.h>
#include <ESP-FTP-Server-Lib.h>
#include <SD.h>
#include <SPIFFS.h>
#include <FS.h>

#define DHTPIN 13
#define DHTTYPE DHT22

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
static float h = 0;
static float t = 0;

File myFile;

FTPServer ftp;
// 设置SPI Pins
const int CS = 23;
const int MOSI_PIN = 17;
const int MISO_PIN = 2;
const int SCK_PIN = 16;

SPIClass CustomSPI;

// 设置wifi信息,更换为你的wifi设置
const char *ssid = "xxx";
const char *password = "xxx";

// NTP相关参数,设置NTP服务器为阿里NTP服务器
const char *ntpServer = "ntp1.aliyun.com";
const long gmtOffset_sec = 8 * 3600;
const int daylightOffset_sec = 0;

char timeStr_bj[9];
char dateStr_bj[11];
char timeStr_gmt[9];

// FTP服务器配置
#define FTP_USER "ftp"
#define FTP_PASSWORD "ftp"

// 上一次执行的时间，初始化为0
unsigned long previousExecutionTime = 0;
// 执行间隔时间，单位为毫秒，这里设置为60000毫秒，即1分钟
const unsigned long INTERVAL_MS = 60000;

String printLocalTime()
{
  struct tm timeinfo;
  if (!getLocalTime(&timeinfo))
  {
    Serial.println("Failed to obtain time");
    return "";
  }

  char formattedTimeBuffer[30];                                                                // 为格式化的时间字符串分配足够的缓冲区
  strftime(formattedTimeBuffer, sizeof(formattedTimeBuffer), "%Y-%B-%d  %H:%M:%S", &timeinfo); // 使用 strftime 将 timeinfo 转换为格式化的字符串

  String formattedTime = formattedTimeBuffer; // 将格式化后的字符串复制到 String 对象中
  return formattedTime;
}

/**
 * 将温度和湿度数据写入指定路径的CSV文件中。
 * 
 * @param path 指定的CSV文件路径。
 * @param timeStr 记录的时间字符串。
 * @param humidity 湿度值。
 * @param temperature 温度值。
 * 
 * 函数首先尝试打开文件以追加模式写入。如果文件成功打开，将依次写入时间字符串、湿度和温度值，
 * 每个数据项之间用逗号分隔，并在温度值后换行。写入完成后，关闭文件并打印完成信息。
 * 如果打开文件时出现错误，将打印错误信息和文件路径。
 */
void WriteCSVRecord(const char *path, const char *timeStr, float humidity, float temperature)
{
  myFile = SD.open(path, FILE_APPEND);

  if (myFile)
  {
    Serial.printf("Writing to %s ", path);
    myFile.print(timeStr);
    myFile.print(",");
    myFile.print(humidity, 2);
    myFile.print(",");
    myFile.println(temperature, 2);
    myFile.close();
    Serial.println("completed.");
  }
  else
  {
    Serial.println("error opening file ");
    Serial.println(path);
  }
}

void ReadFile(const char *path)
{
  myFile = SD.open(path);

  if (myFile)
  {
    Serial.printf("Reading file from %s\n", path);
    while (myFile.available())
    {
      // Serial.write(myFile.read());
      Serial.println("Read succeded");
    }
    myFile.close();
  }
  else
  {
    char error_msg[64];
    sprintf(error_msg, "error opening %s", path);
    Serial.println(error_msg);
  }
}

void environment()
{
  h = dht.readHumidity();
  t = dht.readTemperature();
  Serial.printf("Humidity: %f \n", h);
  Serial.printf("Temperature: %f \n", t);
}
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  delay(500);
  dht.begin();
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
  {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.println("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP()); // 记下运行时生成的IP地址，后面会用到
  configTime(gmtOffset_sec, daylightOffset_sec, ntpServer);
  SPIFFS.begin(true);
  CustomSPI.begin(SCK_PIN, MISO_PIN, MOSI_PIN, CS);

  while (!Serial)
  {
    ;
  }

  Serial.println("Initializing sd card...");

  if (!SD.begin(CS, CustomSPI, 1000000))
  {
    Serial.println("initialization failed!");
    return;
  }
  else
  {
    Serial.println("SD card initialization succeeded.");
  }

  // // 配置FTP

ftp.addUser(FTP_USER, FTP_PASSWORD); // 添加FTP用户

ftp.addFilesystem("SD", &SD); // 注册SD卡文件系统
ftp.addFilesystem("SPIFFS", &SPIFFS); // 注册SPIFFS文件系统

ftp.begin(); // 启动FTP服务

Serial.println("FTP server started"); // 打印启动信息}


void loop()
{
  unsigned long currentMillis = millis(); // 获取当前毫秒时间戳

  // 检查是否已过去一分钟
  if (currentMillis - previousExecutionTime >= INTERVAL_MS)
  {
    previousExecutionTime = currentMillis; // 更新上一次执行的时间戳

    environment(); // 执行环境相关操作
    String localTimeStr = printLocalTime(); // 获取本地时间字符串

    // 如果温度和湿度都不为零，则写入CSV文件
    if (h != 0 && t != 0)
    {
      WriteCSVRecord("/record.csv", localTimeStr.c_str(), h, t);
    }
  }
  // 处理FTP请求
  ftp.handle();
}

2.2 如果你是使用的PlatfromIO IDE可以把以下内容复制到你的platformio.ini里

[env:esp32dev]
platform = espressif32
board = esp32dev
framework = arduino
monitor_speed = 9600
lib_deps = 
	adafruit/DHT sensor library@^1.4.6
	adafruit/Adafruit Unified Sensor@^1.1.14
	peterus/ESP-FTP-Server-Lib@^0.14.0

3. FTP命令行操作

3.1 步骤说明

打开命令提示符（Windows）或终端（macOS/Linux）。
输入以下命令连接到 FTP 服务器（请将 IP 地址替换为实际 FTP 服务器的 IP 地址）：
输入用户名（默认为 “ftp”）和密码（默认为 “ftp”）。
输入 “ls” 或 “dir” 查看文件列表。
输入 “cd” 命令切换目录，例如 “cd /SD” 进入 “/SD” 目录。
输入 “lcd” 命令切换本地目录，例如 “lcd E:\temp” 进入 “E:\temp” 目录。
使用 “get” 或 “recv” 命令从 FTP 服务器下载文件，例如 “get record.csv” 下载 “record.csv” 文件。
使用 “put” 或 “send” 命令将文件上传到 FTP 服务器，例如 “put local_file.txt” 上传 “local_file.txt” 文件。
输入 “bye” 或 “quit” 命令退出 FTP 客户端。
10.更多命令直接输入"help"来了解

3.2 我用如下步骤下载了SD卡中的record.csv到电脑上：

C:\Users\User>ftp 192.168.55.203
连接到 192.168.55.203。
220--- Welcome to FTP Server for ESP32 ---
220---        By Peter Buchegger       ---
220 --           Version 0.1           ---
200 Ok
用户(192.168.55.203:(none)): ftp
331 OK. Password required
密码:
230 OK.
ftp> cd SD
250 Ok. Current directory is /SD
ftp> lcd "E:\temp"
目前的本地目录 E:\temp。
ftp> dir
200 PORT command successful
150 Accepted data connection
drwxr-xr-x 1 owner group             0 Jan 01  1970 System Volume Information
-rw-r--r-- 1 owner group            16 Jan 01  1970 test.txt
-rw-r--r-- 1 owner group        113466 Jan 01  1970 record.csv
226 3 matches total
ftp: 收到 208 字节，用时 0.01秒 20.80千字节/秒。
ftp> recv record.csv
200 PORT command successful
150 Accepted data connection
226 File successfully transferred
ftp: 收到 113466 字节，用时 1.17秒 96.81千字节/秒。
ftp>