Arduino客户端与服务器交互数据以JSON格式传输的实现

ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ　Ｗ０ＲＬＤ・技术交流　Ａｒｄｕｉｎｏ客户端与服务器交互数据以ＪＳＯＮ麓式传输硇实项　马鞍山市第二中学　陈郁欣　【摘要】作为一种数据传输格式，ＪＳＯＮ与ＸＭＬ很相似，但是它更加灵巧，具有良好的可读和便于快速编写的特性，借助Ｊｓ０Ｎ可以传输一　个简单的字符、数组或复杂的ｏｂｊｅｃｔ对象，可在不同平台之间进行数据交换。本文以一个典型的智能大棚数据传输设计为例，介绍运用第三　￣Ａｒｄｕｉｎｏｊｓｏｎ库实现Ｊｓ０ｎ数据格式￣Ｊａｒｄｕｉｎｏ客户端与服务￣ＨＴＴＰ交互方法和设计步骤。本方法对－Ｙ＇ａｒｄｕｉｎｏ在物联网等其他方面的应用也有　借鉴之处，可以很好的解决数据传输效率。　【关键词】ＪＳＯＮ；Ａｒｄｕｉｎｏ；客户端与服务端数据交互　１．引言　目前物联网发展火热，在人们的生活中扮演着十分重要的角　色，而作为下位机核心控制单元的单片机更是得到了广泛的应用。　Ａｒｄｕｉｎｏ作为一款软硬件开源的单片机，它除了继承ＡＶＲ系列单片　机速度快、安全性强、价格便宜等优点外，还具有数字接口、模拟　接口丰富，支持ＳＰＩ，ＩＩＣ，ＵＡＲＴ串口通信；能通过众多的传感器感知　环境，通过控制驱动执行装置反馈、影响环境：简便的编程环境，　功能函数化处理、极大的自由度，丰富的第三方资源，与多种电子　元件对接简单等优势，为构建物联网下位机系统提供了良好的软硬　件开发平台。　本文以一个典型的智能大棚数据传输设计为例，介绍基于Ｊｓｏｎ　数据格式的ａｒｄｕｉｎｏ客户端与服务器ＨＴＴＰ交互的实现方法和设计步　骤，本方法对于ａｒｄｕｉｎｏ远程通讯有借鉴之处。　２．系统实现　２．１数据交换格式　在实际应用中，Ａｒｄｕｉｎｏ下位机采集数据往往有多个，为了提　高效率，作为客户端应一次性向远端服务器发送一组采集值，这就　需要我们规划一种数据格式。　ＪＳＯＮ（Ｊａｖａ　Ｓｃｒｉｐｔ　Ｏｂｊｅｃｔ　Ｎａｔａｔｉｏｎ）是一种轻量级的数据交换　格式，它的作用与ＸＭＬ类似，也是基于纯文本的数据格式，但比　ＸＭＬ更为轻巧。ＪＳＯＮ将一组数据转换为字符串后，就可以在函数　之间轻松地传递这个字符串，或者在异步应用程序中将字符串从客　户机传递给服务器端程序，因此ＪＳＯＮ广泛用于网络消息交换。　法国软件工程师Ｂｅｎｏｉｔ　Ｂｌａｎｃｈｏｎ为在Ａｒｄｕｉｎｏ平台上进行ＪＳ０Ｎ编　码和解码发布了Ａｒｄｕｉｎｏｊｓｏｎ类库。这是一个嵌入式系统的免费ＪＳＯＮ　库，Ａｒｄｕｉｎｏ用户可以使用它来连接扩展装置或ｗｅｂｆｌｌ￣务。这个库包括　一个强大的解析器，而且有一个非常好的ＡＰＩ，所以很容易使用。　２．２实现核心代码设计　２．２．１场景　某智能大棚控制系统主要有下位机与远端服务器两大部分组　・１３２・电子ｔＩ｜，●　成。下位机包括Ａｒｄｕｉｎｏ单片机和采集装置、执行机构。采集装置　有空气温度、空气湿度、光照、土壤温度、ＣＯ　浓度传感器。其中　温度和光照传感器有两套，一套检测棚外的温度和光照，一套检测　大会棚内的温度和光照。执行机构包括洒水，遮阳，通风，加热。　工作过程：下位机采集装置利用传感器检测环境，并把检测　到的信息传送￣ｌＪＡｒｄｕｉｎｏ，Ａｒｄｕｉｎｏ单片机利用ＥＳＰ８２６６或Ｅｔｈｅｒｎｅｔ通　过互联网把数据上传到远端服务器，服务器对数据进行分析判断并　作出决策，把执行命令发回到下位机，下位机控制相应执行机构动　作，实现智能大棚的远程控制。　２．２．２发￣＿ＪＳＯＮ数据到服务器　传感器采集并向服务器上传数据有：采集站编号（ＳｔａｔｉｏｎｌＤ）、　棚内空气温度（ＩｎＡｉｒＴｅｍｐ）、棚外空气温度（ＯｕｔＡｉｒＴｅｍｐ）、土壤温度　（ＳｏｉｌＴｅｍｐ）、棚外光照度（Ｏｕｔｌｌｌｕ）、棚内光照度（Ｉｎｌｌｌｕ）、空气湿度　（ＡｉｒＨｕｍｉ）、ＣＯ２浓度（ｃｏ２）、采集更新时间（ＬａｓｔＣｏｌｌｅｃｔ）。　Ｊｓｏｎ格式的字符串形式：　ｃｈａｒ　ｊｓｏｎ［］－”　ｓｔａｔｉｏｎｉｄ　ＳｔａｔｉｏｎｌＤ—Ｓｔｒｉｎｇ，＼．ｔｔｅｍｐ＼Ｉ｜：【ｌｎＡｉｒＴｅｍｐＶｌａｕｅ．　ＯｕｔＡｉｒＴｅｍｐＶｌａｕｅ，ＳｏｉｌＴｅｍｐＶｌａｕｅ］，＼’’ｉｉｉｕ＼”：【Ｏｕｔｌｌｌｕ　Ｖｌａｕｅ，Ｉｎｌｌｌｕ　Ｖｌａｕｅ］，＼”ｃｏ２＼”　ＣＯ２Ｖｌａｕｅ，＼”ｌａｓｔｃｏｌｌｅｃｔ＼ｔｔ：ＬａｓｔＣｏｌｌｅｃｔ｝”ｅ　２．２．２．１创建对象，在ＪＳＯＮ串中添加采集值等相关数据　ＳｔａｔｉｃＪｓｏｎＢｕｆｆｅｒ＜２００＞ｊｓｏｎＢｕｆｆｅｒ￣／／分配临时内存池　ＪｓｏｎＯｂｊｅｃｔ＆ｒｏｏｔ＝ｊｓｏｎＢｕｆｆｅｒ．ｃｒｅａｔｅＯｂｊｅｃｔ０＝　ｒｏｏｔ［”ｓｔａｔｉｏｎｉｄ”］＝ＳｔａｔｉｏｎｌＤ　Ｓｔｒｉｎｇ／／站点编号　ＪｓｏｎＡｒｒａｙ＆ｔｅｍｐ：ｒｏｏｔ．ｃｒｅａｔｅＮｅｓｔｅｄＡｒｒａｙ（”ｔｃｍｐ”１：　ｔｅｍｐ．ａｄｄ（ＩｎＡｉｒＴｅｍｐ＿Ｖｌａｕｅ）；／／棚内空气温度值　ｔｅｍｐ．ａｄｄ（ＯｕｔＡｉｒＴｅｍｐＶｌａｕｅ）；，／棚外空气温度值　ｔｃｍｐ．ａｄｄ（ＳｏｉｌＴｅｍｐ＿Ｖｌａｕｅ）：／／土壤温度值　ＪｓｏｎＡｒｒａｙ＆ｉｉｉｕ＝ｒｏｏｔ．ｃｒｅａｔｅＮｅｓｔｅｄＡｒｒａｙ（”ｉｉｉｕ”）；　ｉｉｉｕ．ａｄｄ（ＯｕｔｌｌＩｕ＿Ｖｌａｕｅ）：／／棚外光照度值　ｉｉｉｕ．ａｄｄ（ＩｎｌＩＩｌ０　ｌａｕｅ）；／ｌｌｌ内光照度　ｒｏｏｔ［”ｃｏ２”】＝ＣＯ２＿Ｖｌａｕｅ；；／／ＣＯ２浓度值　ｒｏｏｔ［”ｌａｓｔｃｏｌｌｅｃｔ”ｌ＝ｌａｓｔｃｏｌｌｅｃｔ—Ｓｔｒｉｎｇ：／／数据更新时间　２．２．２．２生成ＪＳＯＮ字符串　调用ｐｒｉｎｔＴｏ０和目标缓冲区，将字符串转储到一个数组。　ＳｔｒｉｎｇｊｓｏｎＤａｔａ：ｒｏｏｔ．ｐｒｉｎｔＴｏ（ｊｓｏｎＤａｔａ）　ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ　ＷｒＯＲＬＤ・　苈　，当使用Ｊｓｏｎ数据向前端传递的时候，数据中出现引号的时候，　如果不转义，前台就会获取一个错误的Ｊｓｏｎ格式的数据。所以还须　￣．ｊｓｏｎＤａｔａ转化为符合变量发送的ＪＳＯＮ￣际准格式字符串，即添加必　要的转义符。　２Ｉ２－２．３发送ＪＳＯＮ数据　当使用浏览器访问网站时，会在浏览器中输入需要访问的　域名，浏览器会先通过ＤＮＳ服务器连接到域名所对应的网站服　务器，再将主域名后的数据用ＧＥＴ方法发送到服务器上。这里　使用ａｒｄｕｉｎｏ作为一个网页客户端连接到服务器上，服务器响　应地址为ｈｔｔｐｓ：／／ｉｏｔ．ｍａｅｃｋｒ．．ｃａ／ｓｈｅｄ／ｇｅｔｓｅｒｖｅｒｄａｔａ．ｐｈｐ？ａｐｉｋｅｙ＝　ｎｏｄｙｕｚ２ｋａｌｘｅａｎｇｌ＆ｊｓｏｎ＝ｊｓｏｎｄａｔａ”。发￣ＨＴＴＰ　ＧＥＴ请求：　ｅｏｎｓｔ　ｃｈａｒ＊ｈｏｓｔ＝“ｌｏｔ．ｍａｅｅｋｒ．ｃｎ”：　Ｓｔｒｉｎｇ　ｇｅｔｕｒｌ－“／ｓｈｅｄ／ｇｅｔｓｅｒｖｅｒｄａｔａ．ｐｈｐ？ａｐｉｋｅｙ＝ｎｏｄｙｕｚ２ｋａｌｘｅａｎｇｌ”：　ｅｌｉｅｎＬｃｏｎｎｅｃｔ（ｈｏｓｔ，８ｏ）；　ｃｌｉｅｎｔ．．ｐｒｉｎｔ（Ｓｔｎｎｇ（”ＧＥＴ”）　ｇｅｔｕｒｌ＋”＆ｊＳＯＩｌ＝”＋”ｊｓｏｎｄａｔａ”＋”ＨＴＴＰ／Ｉ．１ｋｒｋｎ”＋　＇Ｈｏｓｔ：”＋ｈｏｓｔ＋”＼ｒ、ｎ”＋　＇Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ：ｃｌ０ｓｅ＼＾ｎ＼　、Ｉｌ”１：　２．２．３获取服务器Ｊｓ０Ｎ数据　下位机获取服务器数据事件控制开关量有：采集站编号（ｓｔａ．　ｔｉｏｎｉｄ）、洒水阀控＊ＷＪ（ｗａｔｅｒ）、遮阳电机控＊［Ｊ０ｉｇｈｔ）、通风开关控制　《ｉｗｉｎｄ）、加热温度控制（ｈｏｔ）、更新时间（１ａｓｔ＿ｕｐｄａｔｅ）。　本场景中通过浏览器访问指定网址，出现下列内容，现在我们　通过下位机获取此网页中控制数据。　｛“ｒｅｓｕｌｔｓ”：［｛“ｍｏｍｅｎｔ”：｛“ｓｔａｔｉｏｎｉｄ”：”ＷＴＵＸＫ２７ＤＸＮＯＲ”，”ｗａｔｅｒｃｏｄｅ”：”０”，”ｌｉｇｈｔｃｏｄｅ”：…１，”ｗｉｎｄｃｏｄ”：　３，”ｈｏｔｃｏｄｅ”：”２”），”ｌａｓｔｕｐｄａｔｅ”：”Ｄ２０１７－１１－０５ＴＩ　５：４０：００＋０８：００”）】｝　首先为Ｊｓｏｎ数！据成员定义一个ＣｏｎｔｒＤａｔａ结构：　ＳｔｒｕｃｔＣｏｎｔｒＤａｔａ　｛ｃｈａｒ　ｓｔａｉＤ［１２］；／／：控制点编号　ｉｎｌＷａｔｅｒ　ｃｏｎ；，／洒水阀控制　ｉｎｔ　Ｌｉｇｈｔｃｏｎ；／／：遮阳电机控制　ｉｎｔ　Ｗｉｎｄ＿ｃｏｎ；／，通风开关控制　ｉｎｔ　Ｈｏｔｃｏｎ；／／加热控制　ｃｈａｒｕｄａｔｅ　ｔｉｍｅｒ２６］：｝／／最后更新日期与时间　２．２．３．１发送ＨＴＴＰ　ＧＥＴ请求，并跳过ＨＴＴＰ头　客户端向服务器发出请求后，服务器收到请求，即返回对应数　据。服务器会向客户端回送协议的版本号、应答状态码以及关于它　自身的数据及被请求的文档等应答信息。服务器向客户端发送头信　息后，它会发送一个空白行来表示头信息的发送到此为结束。　通过下列程序代码跳过ＨＴＴＰ头，这样使我们在响应的正文的　开头。　ｃｈａｒ　ｅｎｄＯｆＨｅａｄｅｒｓ［］＝”ｋｒｋｎ￣ｒ＼ｎ＂’：　ｃｌｉｅｎＬｓｅｔＴｉｍｅｏｕｔ（Ｈ力Ｚ，ＩＭＥＯＵＴ）：　ｃｌｉｅｎｔ．ｉｆｎｄ（ｅｎｄＯｆＨｅａｄｅｒｓ）；　２．２＿３．２获取字符串　（１）读取正文　ｃｏｎｓｔ　ｓｉｚｅｔ　ＭＡＸＣｏｎｔｅｎｔＬｅｎｇｔｈ＝５１２；／／ＨＴＴＰ请求最大数　ｃｈａｒｂｕｆｆｅｒ［］；∥接收数据缓冲区　ｃｌｉｅｎｔ．ｒｅａｄＢｙｔｔｅｓ（ｂｕｆｆｅｒ，ＭＡＸＣｏｎｔｅｎｔＬｅｎｇｔｈ）：　（２）解析数据并获得数据　ＳｔａｔｉｅＪｓｏｎＢｕｆｆｅｒ＜５１２＞ｊｓｏｎＢｕｆｆｅｒ；／／分配临时内存池　ＪｓｏｎＯｂｊｅｃｔ＆ｒｏｏｔ　ｊｓｏｎＢｕｆｆｅｒ．ｐａｒｓｅＯｂｊｅｃｔ（ｂｌｂｕｆｆｅｒ）：　ｒｏｏｔ．ＳＵＣＣＥＳＳ（）；　ｓｔｒｃｐｙ（ＣｏｎｔｒＤａｔａ－＞ｓｔａｉＤ　ｒｏｏｔ［”ｒｅｓｕｌｔｓ”］［０　ｍｏｍｅｎｔ”　ｓｔａｔｉｏｎｉｄ”］）；；／／控制　点编号　ＣｏｎｔｒＤａｔａ－＞ＷａｔｅｒＣｏｎ＝ｒｏｏｔ［’＇ｒｅｓｕｌｔｓ＇’］［Ｏ　ｍｏｍｅｎｔ”　ｗａｔｅｒ＿ｃｏｄｅ”】；／／水　阀控制值　ＣｏｎｔｒＤａｔａ－＞ＬｉｇｈｔＣｏｎ＝ｒｏｏｔ［”＇ｒｅｓｕｌｔｓ”】【０　ｍｏｍｅｎｔ”　ｌｉｇｈｔ＿ｃｏｄｅ”】；／，遮阳　控制值　ＣｏｎｔｒＤａｔａ－＞ｗｉｎｄＣｏｎ＝ｒｏｏｔ［　＇ｒｅｓｕｌｔｓ”］［Ｏ　ｍｏｍｅｎｔ”　ｗｉｎｄ＿ｃｏｄｅ”］：，／通风　控制值　ＣｏｎｔｒＤａｔａ－＞ＨｏｔＣｏｎ＝ｒｏｏｔ［＇＇ｒｅｓｕｌｔｓ＇’】［０　ｍｏｍｅｎｔ”　ｈｏｔ＿ｃｏｄｅ＇’１；，／加热控　制值　ｓｔｒｃｐｙ（ＣｏｎｔｒＤａｔａ一＞ｕｄａｔｅ＿ｔｉｍｅ，ｒｏｏｔ［＇　ｒｅｓｕｌｔｓ”］【Ｏ　ｌａｓｔ＿ｕｐｄａｔｅ”１）；／／／数据更新　时间　３．结束语　ＪＳＯＮ具有更好地适应不同平台之间进行数据交换的功能。　此外，许多编程语言（如ＰＨＰ、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｒｕｂｙ、ｃ　）都具有解析　ＪＳＯＮ数据的相关函数库，非常适合与其他应用程序交换数据，这　些特性使ＵＳＯＮ成为数据交换语言理想选择。　本文以场景为例完成程序实现方法，开发过程中用到了Ｂｅｎｏｉｔ　Ｂｌａｎｃｈｏ发布的ＡｒｄｕｉｎｏｊｓｏＷ类库，使您能够直接在Ａｒｄｕｉｎｏ：端从数据　结构解码、创建、操作和编码ＪＳＯＮ。运用Ａｒｄｕｉｎｏｊｓｏｎ库可以很方　便地在Ａｒｄｕｉｎｏ上操作ＪＳＯＮ数据，轻松的将ＪＳＯＮ对象转化为ＪＳＯＮ　字符串，实现数据传输流程中，以文本，即字符串的形式传递，达　到ＪＳ０Ｎ字符串的信息交换。　参考文献　【１】陈吕洲．Ａｒｄｕｉｎｏ￣序设计基础【Ｍ】．北京航天航空大学出版　社．．２０１４１１１１　２４８－２５５．　【２］Ｂｅｎｏｋ　Ｂｌａｎｃｈｏｎ．Ａｒｄｕｉｎ＠ｓｏｎ：ｃ＋＋ＪＳＯＮ　ｌｉｂｒａｒｙ　ｆｏｒ　Ａｒｄｕｉｎｏ　ａｎｄ　ＩｏＴ［ＥＢ／ＯＬ】．ｈｔｔｐ：／／ａｒｄｕｉｎｏｊｓｏｎ．ｏｒｇ／ＡＨ／．　电子ｔＩｌＩ●・１３３・