一、实现功能
当前文章介绍如何使用ESP8266和STM32微控制器，搭配OLED显示屏，制作一个能够实时显示天气预报的智能设备。将使用心知天气API来获取天气数据，并使用MQTT协议将数据传递给STM32控制器，最终在OLED显示屏上显示。
心知天气是一家专业的气象数据服务提供商，致力于为全球用户提供高质量、定制化的气象数据服务。其主要产品包括天气API、空气质量API、灾害预警API等。用户可以通过心知天气的API接口，获取准确、实时的天气数据，从而为各种应用场景提供支持，例如智能家居、出行、电商等。心知天气的数据覆盖全球200多个国家和地区，每日处理超过10亿次API请求，是业内领先的气象数据服务提供商之一。
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二、硬件准备
1. ESP8266模块
ESP8266是一款WiFi模块，它具有强大的网络连接功能，可以轻松地连接到互联网。将使用ESP8266模块来获取天气数据，并将其发送给STM32控制器。具体来说，我们将使用正点原子ATK-ESP8266模块，这是一款集成ESP8266芯片的小板子。
2. STM32微控制器
STM32是一款强大的32位微控制器，具有多种接口和功能。将使用STM32F103C8T6控制器，这是一款非常流行的型号，易于获得且价格较为合理。
3. OLED显示屏
OLED是一种非常流行的显示技术，具有高对比度、低功耗、快速响应等优点。将使用0.96英寸128x64像素的OLED显示屏。
三、CJSON解析天气预报数据
3.1 接口返回的数据
{
"results": [
{
"location": {
"id": "WTEMH46Z5N09",
"name": "合肥",
"country": "CN",
"path": "合肥,合肥,安徽,中国",
"timezone": "Asia/Shanghai",
"timezone_offset": "+08:00"
},
"now": {
"text": "阴",
"code": "9",
"temperature": "12",
"feels_like": "18",
"pressure": "1000",
"humidity": "89",
"visibility": "12.0",
"wind_direction": "西南",
"wind_direction_degree": "245",
"wind_speed": "19.0",
"wind_scale": "3",
"clouds": "85",
"dew_point": ""
},
"last_update": "2023-04-04T14:20:13+08:00"
}
]
}
3.2 CJSON是什么
CJSON是一款轻量级的C语言JSON解析器，其全称是“cJSON”，由Dave Gamble编写。它简单易用，可嵌入到C应用程序中，既支持JSON字符串的解析，也支持JSON对象的创建及操作。CJSON不依赖于任何其他的库或组件，使用它只需要引入其头文件即可。
CJSON的使用方式相对来说比较简单，需要进行以下几个步骤：
1. 在应用程序中包含cJSON的头文件：#include "cJSON.h"。
2. 调用cJSON_Parse函数，将JSON字符串转换为CJSON对象。
3. 使用cJSON提供的API函数对CJSON对象进行操作，包括读取、修改、删除、添加等。
4. 在程序结束时，记得释放cJSON对象的内存空间，避免内存泄漏。
CJSON的解析速度相对较快，占用的内存开销也比较小，因此非常适用于资源有限的嵌入式系统中使用。
3.3 解析数据
使用CJSON解析上述JSON数据非常简单，只需要按照以下步骤操作：
- 引入CJSON库文件
#include <cJSON.h>
- 解析JSON数据并创建cJSON对象
char* json_data = "{\"results\":[{\"location\":{\"id\":\"WTEMH46Z5N09\",\"name\":\"合肥\",\"country\":\"CN\",\"path\":\"合肥,合肥,安徽,中国\",\"timezone\":\"Asia/Shanghai\",\"timezone_offset\":\"+08:00\"},\"now\":{\"text\":\"阴\",\"code\":\"9\",\"temperature\":\"12\",\"feels_like\":\"18\",\"pressure\":\"1000\",\"humidity\":\"89\",\"visibility\":\"12.0\",\"wind_direction\":\"西南\",\"wind_direction_degree\":\"245\",\"wind_speed\":\"19.0\",\"wind_scale\":\"3\",\"clouds\":\"85\",\"dew_point\":\"\"},\"last_update\":\"2023-04-04T14:20:13+08:00\"}]}";
cJSON* root = cJSON_Parse(json_data);
在这个代码片段中，我们首先定义了一个字符串类型的变量json_data，用于存储上述JSON数据。然后，我们调用cJSON_Parse()函数来解析JSON数据，并将解析结果保存在root指针所指向的cJSON对象中。
- 从cJSON对象中提取数据
cJSON* location = cJSON_GetObjectItem(root, "location");
char* city = cJSON_GetObjectItem(location, "name")->valuestring;
cJSON* now = cJSON_GetObjectItem(root, "now");
int temperature = cJSON_GetObjectItem(now, "temperature")->valueint;
char* text = cJSON_GetObjectItem(now, "text")->valuestring;
在这个代码片段中，我们使用cJSON_GetObjectItem()函数从root指针所指向的cJSON对象中提取一个名为location的JSON对象，并从该JSON对象中获取名为name的字符串类型变量。类似地，我们也可以从root指针所指向的cJSON对象中提取名为now的JSON对象，并从该JSON对象中获取名为temperature和text的整型和字符串类型变量。
- 释放cJSON对象
cJSON_Delete(root);
最后，我们需要释放之前创建的cJSON对象，以释放内存空间。
完整的代码示例如下：
#include <cJSON.h>
#include <stdio.h>
int main() {
char* json_data = "{\"results\":[{\"location\":{\"id\":\"WTEMH46Z5N09\",\"name\":\"合肥\",\"country\":\"CN\",\"path\":\"合肥,合肥,安徽,中国\",\"timezone\":\"Asia/Shanghai\",\"timezone_offset\":\"+08:00\"},\"now\":{\"text\":\"阴\",\"code\":\"9\",\"temperature\":\"12\",\"feels_like\":\"18\",\"pressure\":\"1000\",\"humidity\":\"89\",\"visibility\":\"12.0\",\"wind_direction\":\"西南\",\"wind_direction_degree\":\"245\",\"wind_speed\":\"19.0\",\"wind_scale\":\"3\",\"clouds\":\"85\",\"dew_point\":\"\"},\"last_update\":\"2023-04-04T14:20:13+08:00\"}]}";
cJSON* root = cJSON_Parse(json_data);
cJSON* location = cJSON_GetObjectItem(root, "location");
char* city = cJSON_GetObjectItem(location, "name")->valuestring;
cJSON* now = cJSON_GetObjectItem(root, "now");
int temperature = cJSON_GetObjectItem(now, "temperature")->valueint;
char* text = cJSON_GetObjectItem(now, "text")->valuestring;
printf("City: %s\n", city);
printf("Temperature: %d\n", temperature);
printf("Weather: %s\n", text);
cJSON_Delete(root);
return 0;
}
在这个代码示例中，使用了cJSON_Parse()、cJSON_GetObjectItem()、cJSON_Delete()等函数来解析和处理JSON数据。
3.4 获取数据
下面是ESP8266访问HTTP接口请求的代码：
#include <SoftwareSerial.h>
// 定义ESP8266串口对象
SoftwareSerial esp8266(PA10, PA9); // RX, TX
void setup() {
Serial.begin(9600);
// 初始化ESP8266串口通信波特率为9600
esp8266.begin(9600);
// 发送AT指令测试ESP8266是否正常工作
esp8266.println("AT");
delay(500);
if (esp8266.find("OK")) {
Serial.println("ESP8266 is working properly.");
} else {
Serial.println("ESP8266 is not working properly.");
}
}
void loop() {
// 向ESP8266发送HTTP请求
esp8266.println("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"api.seniverse.com\",80");
if (esp8266.find("OK")) {
Serial.println("TCP connection established.");
} else {
Serial.println("TCP connection failed.");
}
String url = "/v3/weather/now.json?key=your_API_KEY&location=your_LOCATION";
String request = "GET " + url + " HTTP/1.1\r\n" +
"Host: api.seniverse.com\r\n" +
"User-Agent: STM32/1.0\r\n" +
"Connection: close\r\n\r\n";
int length = request.length();
String cmd = "AT+CIPSEND=" + String(length);
esp8266.println(cmd);
if (esp8266.find(">")) {
Serial.println("Sending HTTP request...");
esp8266.print(request);
} else {
Serial.println("Failed to send HTTP request.");
}
// 接收HTTP响应
while (esp8266.available()) {
String response = esp8266.readStringUntil('\n');
Serial.println(response);
}
// 关闭TCP连接
esp8266.println("AT+CIPCLOSE");
delay(1000);
}
在这个示例代码中，初始化了ESP8266串口对象，并通过发送AT指令测试ESP8266是否正常工作。然后，在loop()函数中，向ESP8266发送一个HTTP请求，包括请求头和请求体。发送完毕后，等待ESP8266返回HTTP响应并将其打印出来。最后，关闭TCP连接并等待一秒钟，然后重复上述步骤。
