ESP8266处理JSON数据格式发送与解析实战

ESP8266是一款非常流行的Wi-Fi模块，广泛应用于物联网设备中。在许多应用场景下，我们需要通过ESP8266与服务器或其他设备进行通信，而JSON（JavaScript Object Notation）作为一种轻量级的数据交换格式，因其易读性和跨语言兼容性，在现代开发中被广泛应用。

本文将详细介绍如何使用ESP8266处理JSON数据的发送与解析。内容包括JSON基础、ESP8266的相关库介绍、代码实现以及调试技巧等。

一、JSON基础

JSON是一种以键值对形式表示数据的格式，其结构简单且易于解析。以下是JSON的基本语法：

• 对象：由花括号包裹的一组键值对组成，例如{"name": "ESP8266", "age": 5}。
• 数组：由方括号包裹的一组值组成，例如[1, 2, 3, 4]。
• 值类型：支持字符串、数字、布尔值、数组、对象和null。

示例JSON数据：

{
  "device": "ESP8266",
  "parameters": {
    "temperature": 25.5,
    "humidity": 60
  },
  "status": true
}

二、ESP8266相关库介绍

ESP8266的Arduino开发环境提供了丰富的库来简化JSON的处理。主要使用的库包括：

1. ArduinoJson：一个功能强大且高效的库，用于解析和生成JSON数据。

   • 安装方法：在Arduino IDE中，通过工具 -> 管理库 -> 搜索 ArduinoJson安装。
   • 特点：支持嵌套结构、动态内存分配及静态内存分配。

2. WiFiClient：用于建立TCP连接，发送和接收数据。

三、代码实现

1. 发送JSON数据

以下代码演示了如何通过ESP8266向服务器发送JSON数据：

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ArduinoJson.h>

const char* ssid = "YourWiFiSSID";
const char* password = "YourWiFiPassword";
const char* serverAddress = "http://example.com/api";

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(ssid, password);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.println("Connecting to WiFi...");
  }

  Serial.println("Connected to WiFi");
}

void loop() {
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
    HTTPClient http;
    http.begin(serverAddress);

    // 创建JSON对象
    StaticJsonDocument<200> doc;
    doc["device"] = "ESP8266";
    doc["parameters"]["temperature"] = 25.5;
    doc["parameters"]["humidity"] = 60;
    doc["status"] = true;

    // 将JSON对象序列化为字符串
    String payload;
    serializeJson(doc, payload);

    // 设置请求头并发送POST请求
    http.addHeader("Content-Type", "application/json");
    int httpResponseCode = http.POST(payload);

    if (httpResponseCode > 0) {
      Serial.print("HTTP Response Code: ");
      Serial.println(httpResponseCode);
      String response = http.getString();
      Serial.println(response);
    } else {
      Serial.print("Error on sending POST: ");
      Serial.println(httpResponseCode);
    }

    http.end();
    delay(5000); // 每5秒发送一次
  }
}

2. 解析JSON数据

假设服务器返回如下JSON数据：

{
  "command": "turn_on",
  "data": {
    "pin": 5,
    "value": 255
  }
}

以下是解析该JSON数据的代码示例：

void handleIncomingData(String jsonData) {
  StaticJsonDocument<200> doc;

  // 解析JSON数据
  DeserializationError error = deserializeJson(doc, jsonData);
  if (error) {
    Serial.print("Failed to parse JSON: ");
    Serial.println(error.c_str());
    return;
  }

  const char* command = doc["command"];
  int pin = doc["data"]["pin"];
  int value = doc["data"]["value"];

  Serial.print("Command: ");
  Serial.println(command);
  Serial.print("Pin: ");
  Serial.println(pin);
  Serial.print("Value: ");
  Serial.println(value);

  // 根据解析结果执行操作
  if (strcmp(command, "turn_on") == 0) {
    digitalWrite(pin, HIGH);
  } else if (strcmp(command, "turn_off") == 0) {
    digitalWrite(pin, LOW);
  }
}

四、调试技巧

1. 检查网络连接：确保ESP8266已成功连接到WiFi，并能访问目标服务器。
2. 日志输出：使用Serial.println()打印关键变量值，便于定位问题。
3. 验证JSON格式：在发送或解析JSON前，可以使用在线工具（如https://jsonlint.com/）验证其正确性。
4. 内存管理：对于较大的JSON数据，建议使用动态内存分配（DynamicJsonDocument），但需注意避免内存溢出。

五、扩展讨论

1. 安全性：在实际应用中，可以通过HTTPS加密传输数据，避免敏感信息泄露。
2. 优化性能：减少不必要的字段，使用更紧凑的JSON结构以降低带宽占用。
3. 错误处理：增加异常捕获机制，确保程序在遇到错误时能够优雅地退出或重试。

flowchart LR
    A[开始] --> B[创建JSON对象]
    B --> C[序列化为字符串]
    C --> D[设置HTTP请求头]
    D --> E[发送POST请求]
    E --> F[接收响应]
    F --> G[解析响应数据]
    G --> H[结束]