HTU21D+ESP8266推送数据到ThingsPanel

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HTU21D温湿度采集方案 - ThingsPanel接入指南

一般大家都用DHT11，相比之下，HTU21D和DHT11它们在性能和应用场景上有着显著差异。在精度和准确性方面，HTU21D明显优于DHT11。HTU21D的温度测量精度可达到±0.3℃，湿度精度为±2%RH，而DHT11的温度精度只有±2℃，湿度精度为±5%RH。不仅如此，HTU21D的测量结果具有更好的可重复性和稳定性，这使得它更适合需要持续监测的场景。

从测量范围来看，HTU21D也展现出更强的适应性。它可以测量-40℃到+125℃的温度范围，湿度测量范围覆盖0-100%RH。相比之下，DHT11的测量范围相对有限，温度测量范围仅为0℃到50℃，湿度测量范围为20-90%RH。这种差异使得HTU21D更适合工业环境和特殊应用场景。
在通信协议方面，HTU21D采用I2C通信协议，这种协议具有更强的抗干扰能力和更可靠的数据传输特性。而DHT11使用单总线协议，虽然接线简单，但容易受到外部干扰，对时序要求也较高。HTU21D的响应速度也比DHT11快得多，前者约需8秒即可完成一次测量，而后者则需要15-30秒。

一、硬件准备

NodeMCU ESP8266开发板
HTU21D温湿度传感器
杜邦线若干
Micro USB数据线

二、接线说明

HTU21D与ESP8266的连接方式：

VDD → 3.3V
GND → GND
SCL → GPIO5 (D1)
SDA → GPIO4 (D2)

三、软件环境

Arduino IDE
必要的库文件：
- ESP8266WiFi
- PubSubClient
- SparkFunHTU21D
- ArduinoJson
- WiFiManager

源代码
注意里面的MQTT信息需要在ThingsPanel平台添加设备后获得。

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <Wire.h>
#include <WiFiManager.h>
#include "SparkFunHTU21D.h"
#include <ArduinoJson.h>
#include <DNSServer.h>
#include <ESP8266WebServer.h>

// MQTT设置
const char* mqtt_server = "47.115.210.16";
const int mqtt_port = 1883;
const char* mqtt_username = "0d97c8ad-c34e-8c4d-c28";
const char* mqtt_password = "1ffd8b9";
const char* mqtt_client_id = "mqtt_240df43e-9c4";
const char* mqtt_pub_topic = "devices/telemetry";
const char* mqtt_sub_topic = "devices/telemetry/control/240df43e-9c46-795d-11a2-a71d78a22ae5";

// 创建对象
WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
HTU21D myHumidity;
WiFiManager wifiManager;

// 定义发送间隔时间(毫秒)
const long interval = 30000;  
unsigned long previousMillis = 0;

// 数据滤波用变量
float lastTemp = 0;
float lastHum = 0;
bool isFirstReading = true;

// 重置按钮引脚
const int RESET_PIN = 0;  // GPIO0, 通常是Flash按钮

// 数据有效性检查
bool isValidReading(float temp, float hum) {
  // 温度范围检查(-40到80度是HTU21D的规格范围)
  if (temp < -40 || temp > 80) return false;
  // 湿度范围检查(0-100%)
  if (hum < 0 || hum > 100) return false;
  // 检查是否为NaN
  if (isnan(temp) || isnan(hum)) return false;
  return true;
}

// 简单滤波函数
float filterData(float newValue, float lastValue, bool isFirstReading) {
  if (isFirstReading) return newValue;
  // 如果新值与上一次值相差太大，可能是异常
  if (abs(newValue - lastValue) > 10) {
    return lastValue;  // 返回上一次的值
  }
  // 简单平均滤波
  return (newValue + lastValue) / 2;
}

void saveConfigCallback () {
  Serial.println("Should save config");
}

void checkButton(){
  if (digitalRead(RESET_PIN) == LOW) {
    delay(50);
    if (digitalRead(RESET_PIN) == LOW) {
      Serial.println("Button Pressed");
      delay(3000);
      if (digitalRead(RESET_PIN) == LOW) {
        Serial.println("Button Held");
        Serial.println("Erasing Config, restarting");
        wifiManager.resetSettings();
        ESP.restart();
      }
    }
  }
}

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  Serial.print("Message arrived [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] ");
  String messageTemp;
  
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    Serial.print((char)payload[i]);
    messageTemp += (char)payload[i];
  }
  Serial.println();

  StaticJsonDocument<200> doc;
  DeserializationError error = deserializeJson(doc, messageTemp);
  
  if (!error) {
    if(doc.containsKey("switch")) {
      int switchValue = doc["switch"];
      Serial.print("Switch value: ");
      Serial.println(switchValue);
    }
  }
}

void reconnect() {
  int retries = 0;
  while (!client.connected() && retries < 5) {  // 最多尝试5次
    Serial.print("Attempting MQTT connection...");
    if (client.connect(mqtt_client_id, mqtt_username, mqtt_password)) {
      Serial.println("connected");
      client.subscribe(mqtt_sub_topic);
      break;
    } else {
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println(" retry in 5 seconds");
      retries++;
      delay(5000);
    }
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(RESET_PIN, INPUT);
  
  // 初始化I2C
  Wire.begin(4, 5);  // SDA = GPIO4, SCL = GPIO5
  Wire.setClock(100000);  // 设置I2C频率为100kHz以提高稳定性
  
  // 初始化HTU21D
  myHumidity.begin();
  delay(1000); // 等待传感器初始化完成
  
  // 测试传感器是否正常工作
  float testTemp = myHumidity.readTemperature();
  float testHum = myHumidity.readHumidity();
  if (isnan(testTemp) || isnan(testHum)) {
    Serial.println("HTU21D read failed");
    delay(1000);
    ESP.restart();
  }
  Serial.println("HTU21D initialized successfully");
  
  // WiFiManager设置
  wifiManager.setConfigPortalTimeout(180);
  
  if(!wifiManager.autoConnect("HTU21D_Setup")) {
    Serial.println("failed to connect and hit timeout");
    delay(3000);
    ESP.restart();
  }
  
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.println("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
  
  client.setServer(mqtt_server, mqtt_port);
  client.setCallback(callback);
  
  // 等待传感器稳定
  delay(2000);
}

void loop() {
  checkButton();
  
  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  client.loop();

  unsigned long currentMillis = millis();
  
  if (currentMillis - previousMillis >= interval) {
    previousMillis = currentMillis;
    
    // 读取温湿度数据
    float rawTemp = myHumidity.readTemperature();
    float rawHum = myHumidity.readHumidity();
    
    // 数据有效性检查
    if (isValidReading(rawTemp, rawHum)) {
      // 应用滤波
      float temp = filterData(rawTemp, lastTemp, isFirstReading);
      float hum = filterData(rawHum, lastHum, isFirstReading);
      
      // 更新上一次的值
      lastTemp = temp;
      lastHum = hum;
      isFirstReading = false;
      
      // 创建JSON数据 - 保留一位小数
      StaticJsonDocument<200> doc;
      doc["temperature"] = round(temp * 10) / 10.0;  // 保留一位小数
      doc["humidity"] = round(hum * 10) / 10.0;      // 保留一位小数
      
      char jsonBuffer[200];
      serializeJson(doc, jsonBuffer);
      
      // 发布数据
      client.publish(mqtt_pub_topic, jsonBuffer);
      
      // 打印到串口
      Serial.print("Temperature: ");
      Serial.print(temp, 1);  // 显示一位小数
      Serial.print("C");
      Serial.print(" Humidity: ");
      Serial.print(hum, 1);   // 显示一位小数
      Serial.println("%");
    } else {
      Serial.println("Invalid reading detected");
    }
  }
}

四、功能特点

自动配网功能
- 首次使用时会生成"HTU21D_Setup"热点
- 连接热点后自动跳转配置页面
- 配置完成后自动保存信息
数据处理优化
- 温湿度数据保留一位小数
- 异常数据过滤
- 简单滤波处理
远程监控
- 实时推送温湿度数据
- 支持远程查看历史数据
- 支持数据可视化展示

五、使用说明

首次使用步骤：
- 给设备上电
- 手机搜索并连接"HTU21D_Setup"热点
- 在配置页面输入WiFi信息
- 等待设备连接到网络
数据查看：
- 登录ThingsPanel平台
- 在设备列表中找到对应设备
- 查看实时数据和历史曲线
注意事项：
- 确保供电稳定，建议使用5V USB供电
- 传感器需要2-3分钟预热时间
- 避免将传感器放置在强气流区域

六、故障排除

设备无法连接网络：
- 检查WiFi密码是否正确
- 长按Flash按钮3秒重置网络设置
- 检查路由器设置
数据异常：
- 检查接线是否牢固
- 确认供电电压稳定
- 避免传感器受外界干扰