PlatformIO+ESP32S3学习：通过WIFI与和风天气API获取指定地点的天气情况并显示

news2024/9/21 2:37:22

1. 硬件准备

你只需要有一个ESP32S3开发板。我目前使用的是：

购买地址：立创·ESP32S3R8N8 开发板

在这里插入图片描述

2. 和风天气API

2.1. 和风天气介绍

和⻛天气是中国领先的气象科技服务商、国家高新技术 企业，致力于运用先进气象模型结合大数据、人工智能 技术发展智慧型气象服务。
他们的业务包括气象数据分发、地理信息、气象可视 化、个人气象服务等，在全球10个国家建有数据中心， 为300余家中国及全球企业、50万开发者提供优质的数 据服务。

另外的话

和风天气支持用户免费使用订阅，只是一个用户只能创建一个项目API，但是对我们来说已经足够了，感谢和风天气！

2.2. 创建自己的天气API

请前往 和风天气API 官网，注册账号并进入控制台。

在这里插入图片描述

关于和风天气的API介绍和开发文档，参考控制台处的介绍：

在这里插入图片描述

开始创建属于我们的API !

在这里插入图片描述

和风天气项目创建参数填写：

在这里插入图片描述

完成创建！

在这里插入图片描述

2.3. API介绍

和风天气的 API介绍网页 如下：

在这里插入图片描述

本文将用的API是城市天气 -> 每日天气预报 -> 3天预报API 。【API的详细介绍页点我】

在这里插入图片描述

需要注意的是，如果是免费订阅，要将API Host更改为 devapi.qweather.com。

这里以获取深圳3天的天气预报为例，关键的API参数说明如下：

https://devapi.qweather.com/v7/weather/3d?location=101280601&key=YOUR_KEY

请求参数包括必选和可选参数，参数之间使用&进行分隔。这里只给大家介绍必填项。
1. key(必选) ： 用户认证key，请参考如何获取你的KEY。
2. location(必选) ： 需要查询地区的LocationID或以英文逗号分隔的经度,纬度坐标（十进制，最多支持小数点后两位），LocationID可通过GeoAPI获取。例如 location=101010100 或 location=116.41,39.92

关于这个LocationID需要各位自行根据和风天气官方的github地址查询，这里我找到深圳的LocationID为：101280601

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2.4. 手动验证API是否正确

首先回到你的和风天气管理台。你会看到你新建的项目。

在这里插入图片描述
复制你的密钥KEY。
在这里插入图片描述

然后将你的KEY填充到下方API的YOUR_KEY中

下方这个是获取深圳3天的天气预报API，只剩KEY没有填写

https://devapi.qweather.com/v7/weather/3d?location=101280601&key=YOUR_KEY

例如我的KEY是 ABCasdsdgsdfgdsgdfgdf，则我的API是

https://devapi.qweather.com/v7/weather/3d?location=101280601&key=ABCasdsdgsdfgdsgdfgdf

填写你的KEY后，直接复制该API，将它作为网址跳转到对应页面，你就会看的返回的天气数据。

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关于API返回的数据具体的意思是什么，参考该API的介绍页。

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根据返回的参数说明，这里我关注的是4个数据：
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图标代码的说明：返回的数据中关于天气的说明只有空落落的数字，这些数字在API说明中代表着各个天气情况。数字对应的天气情况链接。

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到这里我们就已经是准备好了，接下来可以上工程代码了。请准备好你的完整API和KEY。

3. 工程创建

在VSCode中打开PlatformIO扩展创建工程。

在这里插入图片描述
设置工程向导

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在这里插入图片描述
等待创建完成。

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4. 安装驱动库

创建完成之后，我们在VSCode中打开我们刚才创建的工程文件夹。

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在VSCode中回到PlatformIO的主页，准备给工程安装JSON的驱动库。

在这里插入图片描述
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搜索ArduinoJson，安装来自Benoit Blanchon 的 ArduinoJson库。

在这里插入图片描述

将库添加到我们的工程之中。

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在这里插入图片描述

安装完成之后，打开platformio.ini文件，可以看到已经安装上了驱动库。

在这里插入图片描述

这里还有一个问题，和风天气API返回的JSON格式是带了Gzip压缩的。

为了能够在ESP32S3中进行Gzip的解压操作，引用了github上的一个开源项目，来自pfalcon的uzlib。感谢伟大的开源贡献者！

在这里插入图片描述

在我们的工程中，去lib文件夹下新建一个文件夹uzlib，将仓库中的 src 文件夹下的文件全部拉下来保存在我们在工程中新建的uzlib文件夹下。

在这里插入图片描述

5. 编辑代码

在工程中的src文件夹下的新建 weather.cpp 文件。

在这里插入图片描述
往 weather.cpp 中写入如下代码：

#include "weather.h"

Weather::Weather(String apiKey, String location)
{
    this->apiKey = apiKey;
    this->location = location;
}

bool Weather::update()
{
    HTTPClient http;   //用于访问网络
    WiFiClient *stream;
    int size;
    
    http.begin("https://devapi.qweather.com/v7/weather/3d?location="+ this->location + "&key=" + this->apiKey); //获取近三天天气信息
    int httpcode = http.GET();   //发送GET请求
    if(httpcode > 0)
    {
        if(httpcode == HTTP_CODE_OK)
        {
            stream = http.getStreamPtr();   //读取服务器返回的数据
            size = http.getSize();
        }
    }
    else
    {
        Serial.printf("[HTTP] GET... failed, error: %s\n", http.errorToString(httpcode).c_str());
    }
    http.end();   //结束当前连接
    
    uint8_t inbuff[size];
    stream->readBytes(inbuff, size);
    uint8_t *outbuf = NULL;
    uint32_t out_size = 0;
    int result = ArduinoUZlib::decompress(inbuff,size, outbuf, out_size);
    deserializeJson(doc, outbuf);
    today = doc["daily"][0].as<JsonObject>();
    tomorrow = doc["daily"][1].as<JsonObject>();
    return true;
}

//获取天气数据中的当天最高气温数据
int Weather::getTempMax(bool is_today)
{
    if(is_today)
    {
        return today["tempMax"].as<int>();
    }
    else
    {
        return tomorrow["tempMax"].as<int>();
    }
}

//获取天气数据中的当天最低气温数据
int Weather::getTempMin(bool is_today)
{
    if(is_today)
    {
        return today["tempMin"].as<int>();
    }
    else
    {
        return tomorrow["tempMin"].as<int>();
    }
}

//获取天气数据中的天气标识代码
int Weather::getWeather(bool is_today, bool is_day)
{
    if(is_today)
    {
        if(is_day)
            return today["iconDay"].as<int>();
        else
            return today["iconNight"].as<int>();
    }
    else
    {
        if(is_day)
            return tomorrow["iconDay"].as<int>();
        else
            return tomorrow["iconNight"].as<int>();
    }
}

在工程中的include文件夹下的新建 weather.h 文件。

在这里插入图片描述
往 weather.h 中写入如下代码：

#ifndef _WEATHER_H
#define _WEATHER_H

#include "Arduino.h"
#include "ArduinoJson.h"
#include "ArduinoUZlib.h"
#include "HTTPClient.h"

//定义天气类
class Weather
{
    public:
        Weather(String apiKey, String location);
        bool update();  //发送一次请求信息，获取天气数据

        //只需要今明日的天气与温度，故仅设置了以下若干函数
        int getTempMax(bool is_today);
        int getTempMin(bool is_today);
        int getWeather(bool is_today, bool is_day);
    private:
        String apiKey;                  //天气API密钥
        String location;                //地点
        StaticJsonDocument<2048> doc;   //Json容器
        JsonObject today, tomorrow;     //可根据返回的json信息自行定义其他天气数据
};

#endif

打开工程下的src文件夹下的main.cpp，并且写入如下代码：

#include <Arduino.h>
#include <WiFi.h>
#include "weather.h"  //定义Weather类，用于解析Json数据并返回天气数据

//WIFI
#define WIFI_SSID "lckfb"         //要连接的WIFI名称
#define WIFI_PASSWORD "12345678"  //要连接的WIFI密码
#define WIFI_RETRY_COUNT  20      //WIFI连接重试数

//和风天气预报
#define USER_KEY      "d89d4706adcc4fb89d6f166cb420ee39" //密钥
#define LOCATION_ID   "101280601"  //地点标识：深圳

int weatherid;      //根据和风天气API返回的天气ID显示对应天气
bool is_day = 1;    //白天为1，夜晚为0
bool is_today = 1;  //今天为1，明天为0

//创建天气对象
Weather weather(USER_KEY, LOCATION_ID);

//根据和风天气API返回天气标识
void WeatherIcon(int weatherid)
{
    switch(weatherid)
    {
        case 100://白天晴
            Serial.println("白天晴\r\n");
            break;
        case 101://多云
        case 102://少云
        case 151://夜间多云
        case 152://夜间少云
        case 103://晴间多云
            Serial.println("多云\r\n");
            break;
        case 104://阴天
            Serial.println("阴天\r\n");
            break;
        case 150://夜间晴朗
            Serial.println("夜间晴朗\r\n");
            break;
        case 153://夜间晴间多云
            Serial.println("夜间多云\r\n");
            break;
        case 305://小雨
        case 309://毛毛雨/细雨
            Serial.println("小雨\r\n");
            break;
        case 300://阵雨
        case 350://夜间阵雨
        case 306://中雨
        case 399://雨
        case 313://冻雨
        case 314://小到中雨
            Serial.println("阵雨\r\n");
            break;
        case 301://强阵雨
        case 351://夜间强阵雨
        case 307://大雨
        case 308://极端降雨
        case 310://暴雨
        case 311://大暴雨
        case 312://特大暴雨
        case 315://中到大雨
        case 316://大到暴雨
        case 317://暴雨到大暴雨
        case 318://大暴雨到特大暴雨
            Serial.println("大雨\r\n");
            break;
        case 302://雷阵雨
            Serial.println("雷阵雨\r\n");
            break;
        case 303://强雷阵雨
            Serial.println("强雷阵雨\r\n");
            break;

        //雪天
        case 400://小雪
        case 401://中雪
        case 402://大雪
        case 403://暴雪
        case 404://雨夹雪
        case 405://雨雪天气
        case 406://阵雨夹雪
        case 407://阵雨夹雪
        case 408://小到中雪
        case 409://中到大雪
        case 410://雪
        case 456://阵雨夹雪
        case 457://阵雪
        case 499://雪
            Serial.println("雪天\r\n");
            break;

        //雾霾
        case 500://薄雾
        case 501://雾
        case 509://浓雾
        case 510://强浓雾
        case 514://大雾
        case 515://特强浓雾
            Serial.println("雾天\r\n");
            break;
        case 502://霾
        case 511://中度霾
        case 512://重度霾
        case 513://严重霾
            Serial.println("雾霾\r\n");
            break;
    }
}

void setup() 
{
  int count = 0;
  char disp_buf[50]={0};

  //串口初始化
  Serial.begin(9600);

  //尝试连接WIFI网络
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD); 
  //尝试连接直至超时
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) 
  {
    count++;
    if (count > WIFI_RETRY_COUNT)
    {
      Serial.println("\r\nconnection failed.\r\n");
      break;
    }
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }

  //获取天气数据
  weather.update();

  //WIFI断开连接
  WiFi.disconnect();

  //显示最低与最高温度
  sprintf(disp_buf, "TempMin = %d", weather.getTempMin(is_today));
  Serial.println(disp_buf);
  sprintf(disp_buf, "TempMax = %d", weather.getTempMax(is_today));
  Serial.println(disp_buf);

  //显示天气标识代码
  sprintf(disp_buf, "WeatherCode = %d", weather.getWeather(is_today, is_day));
  Serial.println(disp_buf);

  //根据天气标识代码确定天气
  WeatherIcon(weather.getWeather(is_today, is_day));
}

void loop() 
{
  delay(1000);
}

6. 代码验证

代码编写完成之后，将ESP32S3开发板接入电脑。我当前的开发板上是CH340K的驱动，故我这里选择COM3端口。

在这里插入图片描述
编译并下载到开发板中。

在这里插入图片描述

打开串口监视器。

在这里插入图片描述

实际获取天气数据的效果如下：
最低温度26，最高温度31，天气代码为307，对应的就是大雨。
在这里插入图片描述

查看和风天气的API中天气代码说明，确认数据是正确的。

在这里插入图片描述

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