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。

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：

1. 引入CJSON库文件

 #include <cJSON.h>

1. 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。

1. 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。

1. 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。