12. ESP32-JSON(Arduino)

使用ESP32和Arduino框架处理JSON数据

在物联网（IoT）开发中，ESP32是一款功能强大的微控制器，它结合了Wi-Fi和蓝牙功能，适用于各种智能设备和传感器项目。JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，广泛应用于网络通信中。在Arduino框架下使用ESP32处理JSON数据，可以方便地解析和生成数据，从而实现设备之间的高效通信。

准备工作

安装ArduinoJson库

处理JSON数据需要使用ArduinoJson库，这个库可以简化JSON的解析和生成过程。安装方法如下（这里只讲解platformIO环境下）：

打开platformIO，点击Libraries。
在弹出的库管理器中搜索ArduinoJson，选择最新版本并安装。

什么是JSON?

JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，易于人们阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。JSON 是基于 JavaScript 的一个子集，虽然 JSON 是基于 JavaScript 的，但可以在许多编程语言中使用。现代的大多数编程语言都内置了 JSON 库，或者可以使用第三方库来方便地解析和生成 JSON 数据。。

JSON 的结构

JSON的数据格式包括两种结构：

对象（Object）: 由键值对组成，键是字符串，值可以是字符串、数字、布尔值、数组、对象或null。对象用花括号 {} 包围。
数组（Array）: 一个有序的值的集合。数组用方括号 [] 包围，值之间用逗号分隔。

一个典型的JSON结构示例：

{
  "name": "John",
  "age": 30,
  "isStudent": false,
  "scores": [85, 90, 92],
  "address": {
    "street": "123 Main St",
    "city": "New York"
  }
}

JSON 数据类型

JSON 支持以下数据类型：

字符串：双引号包围的文本，例如：“Hello, World!”
数字：整数或浮点数，例如：123 或 45.67
布尔值：true 或 false
数组：有序值的集合，例如：[1, 2, 3]
对象：键值对的集合，例如：{“key”: “value”}
null：表示空值

转义字符

在嵌入式设备存储JSON数据时，需要将JSON数据嵌入到字符串中，那么就会遇到转义字符的问题。

例如：

const char* json = "{\"sensor\":\"temperature\",\"value\":23.5}";

在这个JSON字符串中，我们需要在字符串中包含双引号。为了不让编译器误解，我们使用反斜杠（\）来转义每一个双引号。

使用 ArduinoJson 库处理 JSON 数据

解析JSON数据

解析JSON数据通常用于从服务器或传感器接收数据，并将其转换为易于处理的格式。

包含库文件：在你的Arduino代码顶部包含ArduinoJson库。
```
#include <Arduino.h>
#include <ArduinoJson.h>
```

定义解析JSON的函数：定义一个函数来解析JSON字符串，并返回解析结果。

struct SensorData {
  const char* sensor;
  float value;
};

bool parseJson(const char* json, SensorData& data) {
  StaticJsonDocument<200> doc;
  DeserializationError error = deserializeJson(doc, json);

  if (error) {
    Serial.print("解析JSON失败: ");
    Serial.println(error.c_str());
    return false;
  }

  data.sensor = doc["sensor"];
  data.value = doc["value"];
  return true;
}

在setup函数中调用解析函数：

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // 示例JSON字符串
  const char* json = "{\"sensor\":\"temperature\",\"value\":23.5}";

  // 创建一个SensorData对象
  SensorData data;

  // 解析JSON字符串
  if (parseJson(json, data)) {
    Serial.print("传感器: ");
    Serial.println(data.sensor);
    Serial.print("值: ");
    Serial.println(data.value);
  } else {
    Serial.println("解析失败");
  }
}

void loop() {
  // 空循环
}

完整代码示例如下：

#include <Arduino.h>
#include <ArduinoJson.h>

struct SensorData {
  const char* sensor;
  float value;
};

bool parseJson(const char* json, SensorData& data) {
  StaticJsonDocument<200> doc;
  DeserializationError error = deserializeJson(doc, json);

  if (error) {
    Serial.print("解析JSON失败: ");
    Serial.println(error.c_str());
    return false;
  }

  data.sensor = doc["sensor"];
  data.value = doc["value"];
  return true;
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // 示例JSON字符串
  const char* json = "{\"sensor\":\"temperature\",\"value\":23.5}";

  // 创建一个SensorData对象
  SensorData data;

  // 解析JSON字符串
  if (parseJson(json, data)) {
    Serial.print("传感器: ");
    Serial.println(data.sensor);
    Serial.print("值: ");
    Serial.println(data.value);
  } else {
    Serial.println("解析失败");
  }
}

void loop() {
  // 空循环
}

生成JSON数据

生成JSON数据通常用于将设备状态或传感器数据发送到服务器。以下是详细步骤，包括函数的参数和返回值。

包含库文件：在你的Arduino代码顶部包含ArduinoJson库。
```
#include <Arduino.h>
#include <ArduinoJson.h>
```

定义生成JSON的函数：定义一个函数来生成JSON字符串，并返回生成的字符串。

String createJson(const char* sensor, float value) {
  StaticJsonDocument<200> doc;
  doc["sensor"] = sensor;
  doc["value"] = value;

  String jsonString;
  serializeJson(doc, jsonString);
  return jsonString;
}

在setup函数中调用生成函数：

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // 设置传感器数据
  const char* sensor = "humidity";
  float value = 45.7;

  // 生成JSON字符串
  String json = createJson(sensor, value);

  Serial.print("生成的JSON: ");
  Serial.println(json);
}

void loop() {
  // 空循环
}

完整代码示例如下：

#include <Arduino.h>
#include <ArduinoJson.h>

String createJson(const char* sensor, float value) {
  StaticJsonDocument<200> doc;
  doc["sensor"] = sensor;
  doc["value"] = value;

  String jsonString;
  serializeJson(doc, jsonString);
  return jsonString;
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // 设置传感器数据
  const char* sensor = "humidity";
  float value = 45.7;

  // 生成JSON字符串
  String json = createJson(sensor, value);

  Serial.print("生成的JSON: ");
  Serial.println(json);
}

void loop() {
  // 空循环
}

总结

在Arduino框架下，使用ESP32处理JSON数据是物联网开发中一个普遍的需求。通过解析JSON数据，我们可以从服务器或传感器接收并提取有用的信息。同时，通过生成JSON数据，我们可以以标准格式将设备状态或传感器数据发送到服务器。幸运的是，通过使用ArduinoJson库，这两个操作都可以变得轻松简单。无论是利用解析功能还是生成功能，该库都能很好地满足我们的需求。无论你是想处理接收到的数据，还是通过创建自定义的JSON数据，ArduinoJson库都能够让此过程变得轻松愉快。

参考资料

ArduinoJson库

ArduinoJson官方文档
ArduinoJson库GitHub页面