物联网（IoT）在过去几年中呈指数增长。国际数据公司（IDC）的一项新研究估计，到2025年，将有近420亿台互联设备，产生大约80兆字节（ZB）以上的数据。随着物联网设备数量的增长，以及数据量的增长，对可以支持此负载的高级网络工具的需求也随之增长。

但是，如果我们考虑一个通用主机（例如路由器），它可以连接到有限数量的节点，确切地说少于32个。随着越来越多的物联网设备可能出现在我们的家庭或行业中，这还不够。当前，针对此问题有两种解决方案：第一种是使用Mesh路由器，与通用路由器相比，它可以处理更多的连接；或者我们可以使用称为Mesh网络的网络协议。

因此，在本篇文章中，我们将进行一个简单的ESP Mesh网络设置，其中包括四个将通过Wi-Fi Mesh网络相互通信的ESP设备。最后，我们将单个ESP连接到笔记本电脑，以便从网络上获取所有四个传感器的数据。请注意，在本文中我们将同时使用ESP32和ESP8266开发板，以便您可以使用相同的方法创建ESP8266 Mesh网络或ESP32 Mesh网络。

什么是ESP-MESH及其运作方式？

根据ESP-MESH的官方文档，它是一个自组织和自愈的网络，意味着该网络可以自动构建和维护。有关更多信息，请访问ESP-MESH官方文档。

Mesh网状网络是充当单个网络的网络上的一组连接的设备。 ESP-Mesh与传统的网格设置完全不同。在ESP网格中，节点或单个设备可以同时连接到其相邻设备。单个节点可以连接到多个节点，并且它们可以将数据从一个节点中继到另一个节点。这个过程不仅高效，而且是冗余的。如果任何节点之一发生故障，其他节点的数据可以毫无问题地到达目的地。这也打开了实现互连而无需中央节点的可能性，这大大扩展了网状网络的覆盖范围。有了这些功能，该网络就不太容易连接，因为网络中节点的总数不受单个中央节点的限制。

为了简单起见，我们决定使用四个ESP模块。但是如果您要建立此网络，则可以使用尽可能多的ESP设备。为了建立Mesh网络，我们将使用Arduino的painlessMesh库，该库同时支持ESP8266和ESP32模块。

所需的组件

●    NodeMCU（ESP8266）开发板

●    ESP32开发板

●    BMP280传感器-

●    DHT22传感器-1

●    DS18B20传感器

●    面包板

ESP Wi-Fi Mesh-电路图

以下所示原理图用于制作基于ESP8266和ESP32的Wi-Fi Mesh网络的硬件部分。

在此电路中，我们将两个BME280传感器与ESP32开发板连接，将DHT22传感器连接至其中一个ESP8266开发板，并且将DS18B20传感器与另一个ESP8266开发板连接。在本文，我们将在不同的NodeMCU / ESP32开发板上使用它们，然后通过ESP Mesh网络将它们全部连接起来。硬件设置的图像如下所示。

对ESP8266和ESP32进行Mesh网络编程

在本文中，我们将使用Arduino IDE对ESP32和ESP8266板进行编程。我们将使用Painless Mesh库来构建我们的网格网络。要安装库，请转到Sketch->Include Library->Manage Libraries，然后搜索painlessMesh。完成后，只需单击安装，该库就会安装在Arduino IDE中。如下图所示，单击“Install ”后，该库将要求您安装其他依赖项。您需要安装这些文件才能使库正常工作。

从硬件部分您已经知道，我们将使用DS18B20传感器、DHT22传感器和两个BME 280传感器。我们需要安装所有这些，并且可以使用板管理器方法轻松完成。

将代码上传到连接了BME280传感器的ESP32开发板：

正如您在硬件原理图中所看到的，我们已经连接了BME280传感器。为此，您需要取消注释BME_280传感器的宏并为其赋予唯一的节点名称。在本文中，我们为两个已连接BME280传感器的ESP32开发板使用了Node_1和Node_2

1. #define BME_280
   
2. //#define DHT22
   
3. //#define DS18B20
   
4. //#define ENABLE_LOG
   
5. String nodeName = "NODE_1";

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将代码上传到连接了DHT传感器的ESP8266开发板：

在我们的ESP8266开发板上，有一个DHT22传感器，在另一个中，使用DS18B20传感器。要将代码上传到DHT22板上，我们必须遵循相同的过程。首先，我们取消对DHT22宏的注释，然后为BME280注释掉宏，并将代码上传到我们已将DHT 22传感器连接到的开发板上。

1. //#define BME_280
   
2. #define DHT22
   
3. //#define DS18B20
   
4. //#define ENABLE_LOG
   
5. String nodeName = "NODE_3";

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将代码上传到连接了DS18B20传感器的ESP8266开发板：

该电路板的过程也完全相同。我们取消注释DS18B20传感器的宏，并注释其他宏。

1. //#define BME_280
   
2. //#define DHT22
   
3. #define DS18B20
   
4. //#define ENABLE_LOG
   
5. String nodeName = "NODE_3";

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最后，要启用或禁用其他日志语句，可以取消注释ENABLE_LOG宏。现在我们已经了解了代码的工作原理，可以进一步介绍代码并进行解释。

首先我们将包含painlessMesh库和Arduino_JSON库。

1. #include <painlessMesh.h>
   
2. #include <Arduino_JSON.h>

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接下来，我们定义一些宏，这些宏将用于启用或禁用代码的各个部分。这是必需的，因为并非所有节点都使用相同的传感器类型。因此，为了包含或排除部分代码，我们可以将四个不同的代码放入一个文件中。

1. //#define BME_280
   
2. #define DHT22
   
3. //#define DS18B20
   
4. //#define ENABLE_LOG

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接下来，我们定义一个String类型的变量nodeName。这将用于唯一地标识网络中的节点。除此之外，我们还定义了float类型变量来存储温度、湿度和大气压力数据。

1. String nodeName = "NODE_4"; // Name needs to be unique
   
2. float temp(NAN), hum(NAN), pres(NAN);

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从这一步开始，我们将使用#ifdef和#endif宏来包含或排除部分代码。代码的第一部分适用于BME280传感器。如前所述，我们将从#ifdef BME_280语句开始。接下来，我们定义BME280传感器的所有必需库。 BME传感器还使用wire库，因此我们也对其进行定义。接下来，我们制作一个BME280I2C对象bme。使用作用域解析运算符，我们访问类的变量，并使用endif语句结束该变量。

1. #ifdef BME_280
   
2. #include <BME280I2C.h>
   
3. #include <Wire.h>
   
4. BME280I2C bme;
   
5. BME280::TempUnit tempUnit(BME280::TempUnit_Celsius);
   
6. BME280::PresUnit presUnit(BME280::PresUnit_Pa);
   
7. #endif

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我们也对DHT库执行相同的操作。我们从#ifdef DHT22语句开始，然后包含DHT.h库。接下来，我们为DHT定义引脚，并为DHT22添加原型。此后，我们通过传递上面定义的语句来创建对象。我们以#endif语句结束。

1. #ifdef DHT22
   
2. #include "DHT.h"
   
3. #define DHTPIN 4
   
4. #define DHTTYPE DHT22
   
5. DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
   
6. #endif

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我们对DS18B20传感器也做同样的事情。我们从#ifdef DS18B20语句开始。

由于DS18B20传感器需要OneWire库，因此我们将其与DallasTemperature库一起包括在内。接下来，我们定义传感器的引脚，并通过传递pin变量创建一个OneWire对象。接下来，我们通过制作一个新的DallasTemperature对象，将OneWire对象的地址传递给DallasTemperature对象。

1. #ifdef DS18B20
   
2. #include <OneWire.h>
   
3. #include <DallasTemperature.h>
   
4. const int oneWireBus = 4;
   
5. OneWire oneWire(oneWireBus);
   
6. DallasTemperature ds18b20(&oneWire);
   
7. #endif

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接下来，我们定义Wi-Fi凭证以及端口号。对于网络中的所有节点，此凭据和端口号应保持不变。

1. #define   MESH_PREFIX "whateverYouLike"
   
2. #define   MESH_PASSWORD "somethingSneaky"
   
3. #define   MESH_PORT 5555

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我们创建三个实例。一个用于调度程序，另一个用于painlessMesh，最后一个用于JSON库JSONVar。

1. Scheduler userScheduler; // to control your task
   
2. painlessMesh  mesh;
   
3. JSONVar myVar;

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接下来，我们创建了一个任务，该任务就像一个线程，该线程始终运行并在一段时间后调用一个函数。下面定义的任务将用于向所有节点发送广播消息。该任务立即具有三个参数。首先定义任务将多久调用一次函数，其次，它询问任务的生存周期，最后，它获取指向调用函数的指针。

1. Task taskSendMessage( TASK_SECOND * 1 , TASK_FOREVER, &sendMessage );
   

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接下来，我们有调用函数sendMessage()。该函数调用另一个返回JSON字符串的函数。顾名思义，sendMessage任务用于将消息发送到所有节点。

1. void sendMessage() {
   
2.   String msg = construnct_json();
   
3.   mesh.sendBroadcast( msg );
   
4.   taskSendMessage.setInterval( random( TASK_SECOND * 1, TASK_SECOND * 5 ));
   
5. }

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我们定义了一个receiveCallback()函数。每当收到新消息时，此函数都会调用。如果您想对收到的消息进行处理，则需要调整此函数以完成您的工作。此函数采用两个参数-节点ID和消息作为指针。

1. void receivedCallback( uint32_t from, String &msg ) {
   
2.   Serial.printf("startHere: Received from %u msg=%s\n", from, msg.c_str());
   
3. }

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接下来，我们定义newConnectionCallback()函数。每当有新设备添加到网络时，此函数都会获得一个回调函数，并且它将打印语句发送到串口监视器。

1. void newConnectionCallback(uint32_t nodeId) {
   
2.   Serial.printf("--> startHere: New Connection, nodeId = %u\n", nodeId);
   
3. }

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我们定义了nodeTimeAdjustedCallback()函数。该回调函数可满足painless网格所需的所有计时需求。

1. void nodeTimeAdjustedCallback(int32_t offset) {
   
2.   Serial.printf("Adjusted time %u. Offset = %d\n", mesh.getNodeTime(), offset);
   
3. }

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在setup()函数中，我们初始化串口并打印节点名称。这很有用，因为一旦对所有节点进行了编程，我们就可以使用串口监视器轻松识别节点。我们还有网状对象的setDebugMsgTypes()类，用于记录任何错误| STARTUP消息。接下来，我们通过将SSID、密码和端口号传递给init()函数来初始化网格。

1. Serial.begin(115200);
   
2. Serial.println(nodeName);
   
3. mesh.setDebugMsgTypes( ERROR | STARTUP );  // set before init() so that you can see startup messages
   
4. mesh.init( MESH_PREFIX, MESH_PASSWORD, &userScheduler, MESH_PORT );

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现在，我们将初始化上面讨论的所有回调函数。每当需要执行某些任务时，将调用这些回调函数。

1. mesh.onReceive(&receivedCallback);
   
2. mesh.onNewConnection(&newConnectionCallback);
   
3. mesh.onChangedConnections(&changedConnectionCallback);
   
4. mesh.onNodeTimeAdjusted(&nodeTimeAdjustedCallback);

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现在，我们将任务添加到任务计划程序中，并在taskSendMessage.enable()方法的帮助下将其启用。当它执行时，不同的任务开始同时在后台运行。

1. userScheduler.addTask( taskSendMessage );
   
2. taskSendMessage.enable();

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接下来，在setup函数部分，我们具有所有必需的ifdef和endif宏，这些宏用于根据需要初始化不同的传感器。首先，我们将配置BME280传感器。下面的代码初始化BME280传感器并检查传感器的版本，因为BME280传感器随附许多不同的版本。

1. #ifdef BME_280
   
2.   Wire.begin();
   
3.   while (!bme.begin())
   
4.   {
   
5.     Serial.println("Could not find BME280 sensor!");
   
6.     delay(1000);
   
7.   }
   
8.   // bme.chipID(); // Deprecated. See chipModel().
   
9.   switch (bme.chipModel())
   
10.   {
    
11.     case BME280::ChipModel_BME280:
    
12.       Serial.println("Found BME280 sensor! Success.");
    
13.       break;
    
14.     case BME280::ChipModel_BMP280:
    
15.       Serial.println("Found BMP280 sensor! No Humidity available.");
    
16.       break;
    
17.     default:
    
18.       Serial.println("Found UNKNOWN sensor! Error!");
    
19.   }
    
20. #endif

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最后，我们通过ifdef和#endif方法配置了DHT22和DS18B20传感器。

1. #ifdef DHT22
   
2.   Serial.println(F("DHTxx Begin!"));
   
3.   dht.begin();
   
4. #endif
   
5. #ifdef DS18B20
   
6.   ds18b20.begin();
   
7.   Serial.println(F("DS18B20 Begin!"));
   
8. #endif

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在loop()函数中，这部分代码的作用并不大，它只是借助mesh.update()方法来更新网格。它负责所有任务。

1. void loop()
   
2. {
   
3.   mesh.update();
   
4.   // construnct_json();
   
5. }

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接下来，我们定义construnct_json函数。此函数构造JSON字符串，并将其返回给调用函数。在此函数中，我们首先调用bme.read()方法，然后传递所有使用新值更新的预定义变量。接下来，将压力值除以100，因为我们要将其转换为毫巴。接下来，我们定义JSON数组，并放置传感器名称、节点名称、温度、压力值，然后使用JSON.stringify()函数返回这些值。最后，我们定义另一个ifdef和endif宏来启用或禁用日志参数。

1. String construnct_json()
   
2. {
   
3. #ifdef BME_280
   
4.   bme.read(pres, temp, hum, tempUnit, presUnit);
   
5.   pres = pres / 100;
   
6.   myVar["Sensor Type"] = "BME280";
   
7.   myVar["Node Name"] = nodeName;
   
8.   myVar["Temperature"] = serialized(String(temp, 2));
   
9.   myVar["pres"] = serialized(String(pres, 2));
   
10. #ifdef ENABLE_LOG
    
11.   Serial.println(JSON.stringify(myVar));
    
12. #endif
    
13.   return JSON.stringify(myVar);
    
14. #endif

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最后，我们对DHT22和DS18B20传感器代码执行相同的操作。

1. #ifdef DHT22
   
2.   temp = dht.readTemperature();
   
3.   hum = dht.readHumidity();
   
4.   myVar["Sensor Type"] = "DHT22";
   
5.   myVar["Node Name"] = nodeName;
   
6.   myVar["Temperature"] = serialized(String(temp));
   
7.   myVar["Humidity"] = serialized(String(hum));
   
8. #ifdef ENABLE_LOG
   
9.   Serial.println(JSON.stringify(myVar));
   
10. #endif
    
11.   return JSON.stringify(myVar);
    
12. #endif
    
13. #ifdef DS18B20
    
14.   ds18b20.requestTemperatures();
    
15.   temp = ds18b20.getTempCByIndex(0);
    
16.   myVar["Sensor Type"] = "DS18B20";
    
17.   myVar["Node Name"] = nodeName;
    
18.   myVar["Temperature"] = serialized(String(temp));
    
19. #ifdef ENABLE_LOG
    
20.   Serial.println(JSON.stringify(myVar));
    
21. #endif
    
22.   return JSON.stringify(myVar);
    
23. #endif
    
24. }

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现在，代码部分完成了。根据要上传的开发板，我们在顶部注释或取消注释已定义的宏；接下来，我们给每个节点一个唯一的名称，然后上传代码。如果一切正常，代码将正确编译并正确上载，没有任何错误。

测试基于ESP8266和ESP32的Mesh网络

基于ESp8266和esp32的网状网络的测试设置如下所示。 如上图所示，我已经为所有esp模块连接了电源，并且您还可以在笔记本电脑的屏幕上看到输出数据。 串口监视器窗口的屏幕截图如下所示。

在上面的窗口中，您可以看到我们正在轻松地从所有四个传感器接收数据。

希望您喜欢这个项目， 如果您有任何疑问，请随时在本帖下面回复。