从硬件采集到云端数据库全实现之物联网体温检测系统（ESP32+MQTT+云服务器+MySQL ）

前言

学了这么久的物联网，一直停留在硬件层面的数据采集和显示，虽然也用过Ubuntu系统进行过项目开发（年初的时候用树莓派完成了口罩识别的项目），也使用过云服务器与硬件简单的MQTT通讯，但是一直没有把两者紧密的结合起来，这两天实现了从硬件采集数据、上传到云服务器以及将数据永久化（存储进数据库）的整个物联网系统，接下来我详细的叙述整个系统是如何实现的，也算是给自己留个纪念。
本文将分为五个部分：

1. 用硬件来采集温度数据并通过MQTT协议上传到云服务器
2. 在服务器上搭建自己的MQTT服务器
3. 在云服务建立一个数据库
4. 利用MQTT服务器对上传的数据进行解析并存储
5. 实现效果

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一、数据采集与上传

这里用到的硬件主要有：主控板ESP32、钢琴按键一排、DHT11一个（代替红外测温模块）

硬件连线

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

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

关于数据格式
我们MQTT服务器接收到的JSON数据格式，即接收到的MQTT消息应该如下

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

所以我们发出的代码定义的字符串应该对"进行转义处理，避免编译时当作特殊字符而出错

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

需要在消息中插入变量时应使用"+String+"的格式进行拼接。

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

部分代码

采集数据部分就是一个简单的DHT11，上传部分用了WIFI和MQTT，使用了WIFI库和PubSubClient库，为了记录每次测温数据的时间，这里还使用了一个全球的ntp服务器，每次开机自动联网，根据设定初始化并连接MQTT服务器和时间服务器，然后循环检测按键是否按下，按下则采集数据，并将数据封装成JSON格式，通过MQTT协议上传到云服务器。硬件的部分没什么特别难的地方，比较烦人的地方是将数据封装成JSON格式，要将一些变量转成字符串格式并且拼接在一起，特别要注意转义字符的使用，否则就会报错或者发送的数据无法解析；另外一个地方就是获取网络时间，ntp设置东八区获取的时间会晚八个小时，获取后把年月日、时分秒取出来、进行校正，最后拼接到上传的JSON数据里。这两个部分几乎耗费了我一天的时间。关于网络时间的获取可以参考这篇文章https://blog.csdn.net/LinQiPing233/article/details/83615058

完整代码点击此处下载

串口打印的信息

用MQTTX进行调试也能接收到发送的数据，到这里硬件部分算是告一段落了。

二、搭建MQTT服务器

这部分需要用到云服务器，由于我阿里云的服务器过期了，所以去腾讯云白嫖了一个月的服务器，如果实在没有服务器的话，也可以在虚拟机里搭建，废话不多说，MQTT我用的是EMQ，大家可以去官网下载，建议大家选择zip包安装

获取安装ZIP包

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

解压并安装

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

进入解压的目录运行shell命令启动EMQ

./bin/emqx start

启动成功后查看运行状态

emqx_ctl status

到这里EMQ算是安装完成了，但是要想使用MQTT服务，必须还要在云服务器的安全组里放行MQTT所使用的1883端口，同时EMQ自带了个 管理控制台Dashboard，使用18083端口，放行之后可以通过IP:18083进行访问，详细的内容大家可以去看官方的文档https://docs.emqx.cn/enterprise/v4.2/getting-started/dashboard-ee.html#%E7%9B%91%E6%8E%A7


接下来我们用MQTTX来测试MQTT服务器，测试软件在这里下载https://mqttx.app/cn/
新建一个连接

连接上之后可以向指定的Topic发送消息，也可以订阅Topic，同时在控制台也可以看到连接上了的客户端

通过MQTTX给服务器发送消息，控制台中也能看到，说明服务器已经搭建完成可以使用，至此MQTT部分已经完成。

三、云端数据库搭建与设计表格

这部分需要在我们的云服务器上安装一个数据库，我在这里选择的是MySQL，还需要安装PHP、Nginx。大家可以自行在服务器上安装，这里就不展开来说了。由于阿里云的服务器过期之后忘记备份了，我又不想从头安装配置一遍，我选择了个简单的方法，安装宝塔运维面板，宝塔面板提供一键安装LNMP套件服务，这里提供大家参考。
宝塔官网
Ubuntu/Deepin安装命令：

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

安装成功之后，同样在云服务器的安全组放行TCP8888端口，通过IP:8888访问运维面板。

第一次打开面板会自动提示安装LNMP套件，选择一键安装即可，安装完成之后点击数据库，选择新建数据库，要记住用户名和密码，等下我们本地连接数据库的时候要用到，访问权限建议选择所有IP。
数据库建立好之后，在安全组放行3306端口，在本地用Navicat 15 for MySQL连接数据库，对刚刚建立的数据库进行设计和修改。Navicat下载地址
打开Navicat选择新建连接——MySQL，连接名可以随意填，主机填写我们云服务器的IP地址，端口默认选择3036，用户名和密码填写我们上一步新建数据库时填写的用户名和密码，填写完之后可以选择测试连接，如果出现无法连接的情况就去宝塔面板—安全—防火墙再次放行3036端口。

连接上数据库之后，双击展开，点击选中表，右键选择新建表格，根据自己的需求添加字段设计表格，类型可以选择整型、字符串、浮点型等，如果是需要存储中文字符数据，例如name字段，字符集需要选择utf8mb4，排列规则选择utf8mb4_general_ci，否则会出现乱码。设计好之后，Ctrl+Shift+S保存一下，到这里数据库部分就算搭建完成了。

四、数据解析以及数据永久化

在这里我们需要将服务器收到的JSON格式数据根据字段分割开来，并且将相应的字段存进数据库，实现数据的永久化，这一步可以使用MQTT服务器的规则引擎模块。
首先在规则引擎下找到资源，选择新建一个资源，由于我们的MQTT服务器和数据库在同一个云服务器上，所以这里填写的IP地址是本地的127.0.0.1:3306，用户名和密码则是我们创建数据库时设定的，如果忘了可以去宝塔面板上查询，填好之后选择测试连接，如果显示资源可用的则配置成功。
注意如果安装的EMQ是Broker版本，是不支持数据库资源的。
添加资源完成之后，选择规则，新建规则，这里的规则就是用来根据字段切割消息，大家可以参考我的规则，然后根据自己数据库的字段以及上传的消息来编写规则。

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'

填写好规则后进行SQL测试，确保上传的数据能正确解析。

点击测试后可以输出正确的数据则配置成功。
最后一步就是把数据存进数据库了，即创建响应动作，资源选择我们刚刚创建的MySQL数据库资源

insert into
  `temp` (`client_id`, `name`, `date`,`time`, `temp`)
  //temp是要插入数据的表的名字
values
  (${
     client_id},${
     name},${
     date},${
     time},${
     temp});
  //对应刚刚规则输出的值

五、实现效果

开机自动连接WIFI并初始化连接MQTT服务器

等待按键按下，检测到按键按下则读取温度信息、获取网络时间，将相关数据封装为JSON格式上传。

MQTT服务器收到消息后，会检测是否符合规则，如果消息命中规则，则将数据根据字段切割，并且存进数据库。

视频效果链接：https://b23.tv/cPe6Ls