feat: 集成 MQTT 高频上报与远程控制功能，并标准化协议文档

1. 核心功能增强： - 实现 1s/次的传感器数据主动上报，温湿度精度提升至小数点后两位。 - 新增基于 cJSON 的 MQTT 控制指令解析逻辑，支持对双路继电器的远程开关控制。 - 引入即时回执 (ACK) 机制：设备在执行控制指令后立即通过 `agri/env/ack` 主题反馈执行状态。 2. 系统架构优化： - 引入 `sntp_time` 组件实现自动对时，确保上报数据携带准确的 `YYYY-MM-DD HH:MM:SS` 时间戳。 - 增加基于 eFuse 的芯片 UID 获取逻辑，结合 MAC 地址实现设备唯一标识。 - 为传感器采集任务引入 Mutex 互斥锁，确保多任务环境下 `env_sample_data_t` 的线程安全。 - 将所有传感器任务堆栈提升至 3072 字节，解决 cJSON 操作导致的 Stack Overflow 风险。 3. 文档与规范： - 新增 `README_MQTT.md` (V1.2)，定义了环境报文、控制指令及 ACK 回执的完整 JSON Schema。 - 同步更新主工程 `README.md`，明确硬件接线说明及系统功能列表。
2026-04-19 20:34:26 +08:00
parent 8548f04733
commit d9fba1be5b
10 changed files with 587 additions and 27 deletions
--- a/main/CMakeLists.txt
+++ b/main/CMakeLists.txt
@@ -1,3 +1,3 @@
 idf_component_register(SRCS "main.c"
                    INCLUDE_DIRS "."
-                    REQUIRES nvs_flash esp_wifi esp_event esp_system wifi-connect agri_env bh1750 dht relay_ctrl )
+                    REQUIRES nvs_flash sntp_time esp_wifi esp_event esp_system wifi-connect agri_env bh1750 dht relay_ctrl efuse )
--- a/main/main.c
+++ b/main/main.c
@@ -2,6 +2,7 @@
 #include <stdlib.h>

 #include "freertos/FreeRTOS.h"
+#include "freertos/semphr.h"
 #include "freertos/task.h"

 #include "esp_check.h"
@@ -12,8 +13,201 @@
 #include <dht.h>
 #include "driver/gpio.h"
 #include "relay_ctrl.h" // 包含继电器控制模块头文件(提供继电器控制接口)
+#include "sntp_time.h"  // 包含 SNTP 时间模块头文件(提供时间同步接口)
+#include "esp_mac.h"
+#include "esp_system.h"
+#include "esp_efuse.h"
+#include "esp_efuse_table.h"
+#include <time.h>
+#include <string.h>
+#include <cJSON.h>

 static const char *TAG = "main";
+static const gpio_num_t MQ135_DO_GPIO = GPIO_NUM_10;
+
+typedef struct
+{
+    float temperature_c;
+    float humidity_percent;
+    float illuminance_lux;
+    int mq135_do_level;
+    bool relay1_on;
+    bool relay2_on;
+    char time_str[32];
+    char mac_str[20];
+    char uid_str[20];
+} env_sample_data_t;
+
+static env_sample_data_t s_env_data = {
+    .temperature_c = 0.0f,
+    .humidity_percent = 0.0f,
+    .illuminance_lux = 0.0f,
+    .mq135_do_level = -1,
+    .relay1_on = false,
+    .relay2_on = false,
+    .time_str = "N/A",
+    .mac_str = "N/A",
+    .uid_str = "N/A",
+};
+
+static SemaphoreHandle_t s_env_data_lock = NULL;
+
+static void env_data_update_dht(float humidity, float temperature)
+{
+    if (s_env_data_lock == NULL)
+    {
+        return;
+    }
+
+    xSemaphoreTake(s_env_data_lock, portMAX_DELAY);
+    s_env_data.humidity_percent = humidity;
+    s_env_data.temperature_c = temperature;
+    xSemaphoreGive(s_env_data_lock);
+}
+
+static void env_data_update_lux(float lux)
+{
+    if (s_env_data_lock == NULL)
+    {
+        return;
+    }
+
+    xSemaphoreTake(s_env_data_lock, portMAX_DELAY);
+    s_env_data.illuminance_lux = lux;
+    xSemaphoreGive(s_env_data_lock);
+}
+
+static void env_data_update_mq135(int level)
+{
+    if (s_env_data_lock == NULL)
+    {
+        return;
+    }
+
+    xSemaphoreTake(s_env_data_lock, portMAX_DELAY);
+    s_env_data.mq135_do_level = level;
+    xSemaphoreGive(s_env_data_lock);
+}
+
+static void env_data_update_relays(void)
+{
+    if (s_env_data_lock == NULL)
+    {
+        return;
+    }
+
+    bool relay1_on = false;
+    bool relay2_on = false;
+
+    if (relay_ctrl_get(RELAY_CTRL_ID_1, &relay1_on) != ESP_OK)
+    {
+        relay1_on = false;
+    }
+    if (relay_ctrl_get(RELAY_CTRL_ID_2, &relay2_on) != ESP_OK)
+    {
+        relay2_on = false;
+    }
+
+    xSemaphoreTake(s_env_data_lock, portMAX_DELAY);
+    s_env_data.relay1_on = relay1_on;
+    s_env_data.relay2_on = relay2_on;
+    xSemaphoreGive(s_env_data_lock);
+}
+
+static void env_data_update_system_info(void)
+{
+    if (s_env_data_lock == NULL)
+    {
+        return;
+    }
+
+    // 获取当前时间
+    time_t now;
+    struct tm timeinfo;
+    time(&now);
+    localtime_r(&now, &timeinfo);
+    char time_buf[32];
+    strftime(time_buf, sizeof(time_buf), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", &timeinfo);
+
+    // 获取 MAC 地址 (Base MAC)
+    uint8_t mac[6];
+    esp_read_mac(mac, ESP_MAC_WIFI_STA);
+    char mac_buf[20];
+    snprintf(mac_buf, sizeof(mac_buf), "%02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X",
+             mac[0], mac[1], mac[2], mac[3], mac[4], mac[5]);
+
+    // 获取 UID (基于核心 ID)
+    uint8_t chip_id[8];
+    esp_err_t err = esp_efuse_read_field_blob(ESP_EFUSE_OPTIONAL_UNIQUE_ID, chip_id, 64);
+    char uid_buf[20];
+    if (err == ESP_OK) {
+        snprintf(uid_buf, sizeof(uid_buf), "%02X%02X%02X%02X%02X%02X%02X%02X",
+                 chip_id[0], chip_id[1], chip_id[2], chip_id[3],
+                 chip_id[4], chip_id[5], chip_id[6], chip_id[7]);
+    } else {
+        snprintf(uid_buf, sizeof(uid_buf), "UNKNOWN");
+    }
+
+    xSemaphoreTake(s_env_data_lock, portMAX_DELAY);
+    strncpy(s_env_data.time_str, time_buf, sizeof(s_env_data.time_str));
+    strncpy(s_env_data.mac_str, mac_buf, sizeof(s_env_data.mac_str));
+    strncpy(s_env_data.uid_str, uid_buf, sizeof(s_env_data.uid_str));
+    xSemaphoreGive(s_env_data_lock);
+}
+
+static void env_data_log_snapshot(void)
+{
+    if (s_env_data_lock == NULL)
+    {
+        return;
+    }
+
+    env_data_update_system_info(); // 打印前更新一次系统信息
+
+    env_sample_data_t snapshot;
+    xSemaphoreTake(s_env_data_lock, portMAX_DELAY);
+    snapshot = s_env_data;
+    xSemaphoreGive(s_env_data_lock);
+
+    ESP_LOGI(TAG,
+             "采集汇总 | 时间:%s | UID:%s | MAC:%s | 温度:%.2f°C | 湿度:%.2f%% | 光照:%.2fLux | MQ135:%d | R1:%d | R2:%d",
+             snapshot.time_str,
+             snapshot.uid_str,
+             snapshot.mac_str,
+             snapshot.temperature_c,
+             snapshot.humidity_percent,
+             snapshot.illuminance_lux,
+             snapshot.mq135_do_level,
+             snapshot.relay1_on,
+             snapshot.relay2_on);
+
+    // 将数据构建为 cJSON 格式并通过 MQTT 发送
+    cJSON *root = cJSON_CreateObject();
+    if (root != NULL) {
+        cJSON_AddStringToObject(root, "uid", snapshot.uid_str);
+        cJSON_AddStringToObject(root, "mac", snapshot.mac_str);
+        cJSON_AddStringToObject(root, "time", snapshot.time_str);
+
+        cJSON *data = cJSON_AddObjectToObject(root, "data");
+        cJSON_AddNumberToObject(data, "temp", snapshot.temperature_c);
+        cJSON_AddNumberToObject(data, "humi", snapshot.humidity_percent);
+        cJSON_AddNumberToObject(data, "lux", snapshot.illuminance_lux);
+        cJSON_AddNumberToObject(data, "gas_do", snapshot.mq135_do_level);
+
+        cJSON *status = cJSON_AddObjectToObject(root, "status");
+        cJSON_AddNumberToObject(status, "r1", snapshot.relay1_on ? 1 : 0);
+        cJSON_AddNumberToObject(status, "r2", snapshot.relay2_on ? 1 : 0);
+
+        char *json_str = cJSON_PrintUnformatted(root);
+        if (json_str != NULL) {
+            if (agri_env_mqtt_is_connected()) {
+                agri_env_mqtt_publish("agri/env/data", json_str, 1, 0);
+            }
+            free(json_str);
+        }
+        cJSON_Delete(root);
+    }
+}

 // 等待 Wi-Fi 连接成功，超时后返回当前连接状态
 static bool wait_for_wifi_connected(TickType_t timeout_ticks)
@@ -47,8 +241,7 @@ void dht_test(void *pvParameters)
    const gpio_num_t dht_gpio = (gpio_num_t)CONFIG_EXAMPLE_DATA_GPIO;
    uint32_t timeout_count = 0;

-    ESP_LOGI(TAG, "正在启动 DHT 测试任务，引脚: GPIO%d", dht_gpio);
-    ESP_LOGI(TAG, "使用的传感器类型: %d (0:DHT11, 1:AM2301, 2:SI7021)", SENSOR_TYPE);
+    ESP_LOGI(TAG, "正在启动 DHT 任务，引脚: GPIO%d", dht_gpio);

    // 传感器上电后先等待稳定，避免首读超时
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1500));
@@ -74,7 +267,7 @@ void dht_test(void *pvParameters)
        if (res == ESP_OK)
        {
            timeout_count = 0;
-            ESP_LOGI(TAG, "湿度: %.1f%% 温度: %.1f°C", humidity, temperature);
+            env_data_update_dht(humidity, temperature);
        }
        else
        {
@@ -95,16 +288,65 @@ void dht_test(void *pvParameters)
    }
 }

+static void mq135_do_task(void *pvParameters)
+{
+    (void)pvParameters;
+
+    ESP_LOGI(TAG, "正在启动 MQ135 DO 任务，引脚: GPIO%d", MQ135_DO_GPIO);
+
+    while (1)
+    {
+        int level = gpio_get_level(MQ135_DO_GPIO);
+        env_data_update_mq135(level);
+        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
+    }
+}
+
+static void bh1750_task(void *pvParameters)
+{
+    (void)pvParameters;
+
+    ESP_LOGI(TAG, "正在启动 BH1750 任务");
+
+    while (1)
+    {
+        float lux;
+        if (bh1750_user_read(&lux) == ESP_OK)
+        {
+            env_data_update_lux(lux);
+        }
+        env_data_log_snapshot();
+        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
+    }
+}
+
 void app_main(void)
 {
+    s_env_data_lock = xSemaphoreCreateMutex();
+    if (s_env_data_lock == NULL)
+    {
+        ESP_LOGE(TAG, "采集数据互斥锁创建失败");
+        return;
+    }
+
    ESP_ERROR_CHECK(wifi_connect_init()); // 初始化 Wi-Fi 配网模块
    ESP_ERROR_CHECK(bh1750_user_init());  // 初始化光照传感器

-    ESP_ERROR_CHECK(relay_ctrl_init(GPIO_NUM_6, GPIO_NUM_7, true)); //  
+    const gpio_config_t mq135_do_cfg = {
+        .pin_bit_mask = (1ULL << MQ135_DO_GPIO),
+        .mode = GPIO_MODE_INPUT,
+        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_DISABLE,
+        .pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE,
+        .intr_type = GPIO_INTR_DISABLE,
+    };
+    ESP_ERROR_CHECK(gpio_config(&mq135_do_cfg));
+    ESP_LOGI(TAG, "MQ135 DO 输入已配置: GPIO%d", MQ135_DO_GPIO);
+    //  初始化继电器控制模块，继电器1连接 GPIO6，继电器2连接 GPIO7，且为高电平吸合
+    ESP_ERROR_CHECK(relay_ctrl_init(GPIO_NUM_6, GPIO_NUM_7, true));
+    env_data_update_relays();

    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(2000)); // 等待系统稳定

-
    if (wait_for_wifi_connected(pdMS_TO_TICKS(60000)))
    {
        esp_err_t err = agri_env_mqtt_start();
@@ -112,12 +354,11 @@ void app_main(void)
        {
            ESP_LOGW(TAG, "MQTT 启动失败: %s", esp_err_to_name(err));
        }
-
-        // 测试读取光照数据
-        float lux;
-        if (bh1750_user_read(&lux) == ESP_OK)
+        // Wi-Fi 连通后做一次 SNTP 对时，失败不阻断后续业务。
+        esp_err_t sntp_ret = sntp_timp_sync_time(12000);
+        if (sntp_ret != ESP_OK)
        {
-            ESP_LOGI(TAG, "测试读取光照强度: %.2f Lux", lux);
+            ESP_LOGW(TAG, "SNTP 对时未完成: %s", esp_err_to_name(sntp_ret));
        }
    }
    else
@@ -126,21 +367,26 @@ void app_main(void)
    }

    // 启动 DHT 传感器测试任务
-    if (xTaskCreate(dht_test, "dht_test", 2048, NULL, 5, NULL) != pdPASS)
+    if (xTaskCreate(dht_test, "dht_test", 3072, NULL, 5, NULL) != pdPASS)
    {
        ESP_LOGE(TAG, "创建 DHT 任务失败");
    }

-    // 启动一个心跳任务
+    // 启动 MQ135 DO 电平检测任务
+    if (xTaskCreate(mq135_do_task, "mq135_do", 3072, NULL, 5, NULL) != pdPASS)
+    {
+        ESP_LOGE(TAG, "创建 MQ135 DO 任务失败");
+    }
+
+    // 启动 BH1750 光照检测任务
+    if (xTaskCreate(bh1750_task, "bh1750_task", 3072, NULL, 5, NULL) != pdPASS)
+    {
+        ESP_LOGE(TAG, "创建 BH1750 任务失败");
+    }
+
+    // 主任务保持存活，不再打印系统心跳
    while (1)
    {
-        ESP_LOGI(TAG, "系统心跳...");
-        // 测试读取光照数据
-        float lux;
-        if (bh1750_user_read(&lux) == ESP_OK)
-        {
-            ESP_LOGI(TAG, "测试读取光照强度: %.2f Lux", lux);
-        }
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10000));
    }
 }