Arduino UNO + ESP-01 + ThingSpeak + MIT App Inventor 打造简易 IoT 系统

所需元件与物料

软件与云服务

• Arduino IDE
• ThingSpeak.com (免费 IoT 平台，提供数据存储、可视化、HTTP API)
• MIT App Inventor (开发 Android 监控/控制 App)

项目架构

本地采集单元 (Arduino + 传感器) → ESP-01 (AT 命令透传) → ThingSpeak 云端通道 → Android App 读取状态 / 下发控制指令 → ESP-01 → Arduino 驱动继电器控制水泵/灯泡。

分步实施指南 (17 步)

Step 1: 项目概览

采集空气温湿度、土壤温湿度、光照强度 5 项传感器数据，上传 ThingSpeak 状态通道 (Channel)。控制水泵与灯泡 2 路执行器，状态回传云端。Android App 实时显示并可远程开关执行器。决策逻辑示例：土壤湿度低 → 开水泵；土壤温度低 → 开灯泡加温。

Step 2: 物料清单 (BoM)

详见元件表，含参考价格 (约 $50 总成本)。

Step 3: 硬件分阶段组装建议

1. 分别安装测试所有传感器
2. 配置 ESP-01 (BareMinimum 空代码避免串口冲突)
3. 修改 ESP-01 波特率为 9600 (出厂常为 115200)，命令：AT+UART_DEF=9600,8,1,0,0
4. 设置 Station 模式 AT+CWMODE=1，连接 WiFi AT+CWJAP="SSID","PASS"
5. 创建 ThingSpeak 状态通道 (8 字段：2 执行器 + 5 传感器 + 1 预留)
6. 编写 Arduino 代码上传传感器数据 (HTTP GET 写入)
7. 开发 App 读取状态通道并显示
8. 安装执行器 (继电器+水泵/灯泡)
9. 创建 2 个执行器专用通道 (各仅用 Field1 存 0/1)
10. Arduino 定时读取执行器通道 (HTTP GET 读最后值) 并驱动继电器
11. 完善 App 增加控制按钮 (写入执行器通道)
12. 整合收发代码，加入 ESP-01 心跳检测与硬件复位机制

Step 4-6: 传感器接线与代码框架

// 传感器初始化
#define ONE_WIRE_BUS 5
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature DS18B20(&oneWire);
DHT dht(11, DHT22);
#define ldrPIN A1
#define soilHumPIN A0

void readSensors() {
  airTemp = dht.readTemperature();
  airHum  = dht.readHumidity();
  DS18B20.requestTemperatures();
  soilTemp = DS18B20.getTempCByIndex(0);
  soilHum = map(analogRead(soilHumPIN), 1023, 0, 0, 100);
  light   = map(analogRead(ldrPIN), 1023, 0, 0, 100);
}

Step 7-9: ThingSpeak 状态通道配置与数据上传

创建通道后记录 Write API Key。上传采用三步 AT 命令：

1. AT+CIPSTART="TCP","184.106.153.149",80 (建立 TCP 连接)
2. AT+CIPSEND=长度
3. 发送 GET 字符串：GET /update?api_key=KEY&field1=pump&field2=lamp&field3=airTemp&field4=airHum&field5=soilTemp&field6=soilHum&field7=light&field8=spare\r\n\r\n

代码含定时发送 (默认 17 秒)、失败重发、错误计数 (field8) 等健壮性逻辑。

Step 10: Android App 第一版 (仅监控)

使用 MIT App Inventor：
- Clock 定时器 (2 秒) 调用 readArduino 过程
- Web 组件 GET 请求 ThingSpeak 状态通道 JSON
- 解析 JSON 填充全局变量并更新 Label 显示
- 土壤温度<10°C 或湿度<60% 时闪烁报警

Step 11-13: 执行器安装、ThingSpeak 执行器通道、Arduino 读取控制指令

继电器模块低电平触发，GND 与 Arduino 隔离供电以防干扰。创建两个通道 (Pump、Lamp)，各仅用 Field1 存 0/1。Arduino 每 10 秒轮询读取：

GET /channels/375598/fields/1/last  // 读取水泵指令
GET /channels/375599/fields/1/last  // 读取灯泡指令

解析响应第 5 字符 (ASCII '0'/'1')，驱动对应继电器引脚 (D10/D12)。

Step 14: 浏览器测试执行器控制

直接在浏览器访问：
https://api.thingspeak.com/update?api_key=ACT1_WRITE_KEY&field1=1 (开水泵)
...&field1=0 (关水泵) 同理灯泡。

Step 15: App 完善 (增加控制按钮)

每个执行器配 ON/OFF 两按钮，按下变色 (蓝/红)，点击时向对应执行器通道写入 1/0。

Step 16: 终极整合代码

合并传感器上传、执行器轮询、ESP-01 心跳检测 (定时发 AT 检测是否卡死，卡死则硬件复位) 的完整 Arduino 代码见 GitHub：
ArduFarmBot_Light.ino

Step 17: 总结

Arduino UNO + ESP-01 虽老但经典，配合 ThingSpeak 与 App Inventor 可快速落地 IoT 原型。后续将推出更多进阶教程，敬请关注 GitHub 与 博客。

电路原理图

Fritzing 源文件：下载