Arduino和esp32的SPI通信：温湿度数据的发送与接收

通过SPI协议，实现Arduino和esp32的稳定和快速通信。

本文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43034503/article/details/135325219

一、项目描述

Arduino Uno R3没有联网的功能，借助esp32，可以将Arduino获取的信息传输到网络上。

Arduino和esp32能够通过RX/TX、I2C和SPI进行通信。其中，RX/TX用于连接计算机以烧录程序，I2C通常作为传感器接口，SPI很少被使用，因此，本项目使用的是SPI。

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种同步外设接口，可以使单片机以串行方式实现双工通信。SPI的特点如下。

（1）主从架构：SPI通信基于主从架构。在这个架构中，有一个主设备（如Arduino）和一个或多个从设备。主设备控制通信流程，包括时钟信号的生成。

（2）四线连接：SPI通常使用四条线进行通信：MISO（主设备输入，从设备输出）、MOSI（主设备输出，从设备输入）、SCK（时钟线）、SS（从设备选择）。SS线用于选择通信的从设备，因为一个主设备可以连接多个从设备。

（3）全双工通信：SPI支持全双工通信，这意味着数据可以同时双向传输（发送和接收）。

（4）高速：SPI是一种高速通信协议，适用于需要快速数据传输的应用。

（5）灵活：SPI协议的实现在不同的设备间可能有所不同，包括数据位宽、时钟极性和相位配置的不同。

（6）简单：与其他通信协议（如I2C或UART）相比，SPI结构相对简单，易于实现和调试。

本项目旨在使用SPI，将Arduino获取的温度值和湿度值（温湿度传感器DHT11）传输给esp32，作为“数据上网”的前提。

二、硬件连接

如下表所示，esp32和Arduino均具有SPI，只是引脚序号不同。按照下表将相同功能的引脚连接起来，即可完成SPI通信的硬件连接。例如，esp32的MISO在GPIO19引脚，Arduino的MISO在D12引脚，只需要将这两个引脚连接起来即可，其它引脚类推。


	Arduino	esp32
SS	D10	GPIO5
MOSI	D11	GPIO23
MISO	D12	GPIO19
SCK	D13	GPIO18

三、软件编程

Arduino和esp32基于两种不同的芯片，但都支持由Arduino IDE上传程序。因此，本项目使用Arduino IDE作为编程软件。

为了平衡Arduino和esp32的工作量，使两个硬件的程序长度不要相差太远，本项目将arduino作为SPI的从设备，将esp32作为SPI的主设备。

首先，新建一个arduino_slave.ino，负责读取温湿度传感器（DHT11）获取的温度值和湿度值，并且以字符的格式发送出去。DHT11库在通过Arduino IDE中的“库管理”进行安装。

#include <DHT11.h>
#include <SPI.h>

DHT11 dht11(2);
String dataToSend;
volatile int index = 0;

void setup() {
  // 设置串口波特率
  Serial.begin(9600);
  // 启动SPI，设置为SPI从设备
  pinMode(MISO, OUTPUT);
  // 启动SPI的中断例程ISR
  SPCR |= _BV(SPE);
  SPI.attachInterrupt();
}

ISR(SPI_STC_vect) {
  if (index < dataToSend.length()) {
    // 发送当前字符，具体的数据处理由主设备实现
    SPDR = dataToSend[index++];
  } else {
    // 发送结束字符
    SPDR = 0;
    // 重置索引
    index = 0;
  }
}

void loop() {
  // 从DHT11读取温度和湿度
  int temperature = dht11.readTemperature();
  int humidity = dht11.readHumidity();

  if (temperature != DHT11::ERROR_CHECKSUM && temperature != DHT11::ERROR_TIMEOUT && humidity != DHT11::ERROR_CHECKSUM && humidity != DHT11::ERROR_TIMEOUT) {
    // 创建带有标志位的字符串
    dataToSend = "<Temperature:" + String(temperature) + ",Humidity:" + String(humidity) + ">";
    Serial.println(dataToSend);
  } else {
    // 打印错误信息
    dataToSend = "<Error: Sensor Read Failed>";
    Serial.println(dataToSend);
  }
  // 重置索引，准备下一次发送
  index = 0;
  // 延时
  delay(1000);
}

![](https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/newCodeMoreWhite.png)

然后，新建一个esp32_master.ino，接收来自Arduino发送过来的字符。

#include <SPI.h>

const int ssPin = 5;
String receivedData;

void setup() {
  // 设置串口波特率
  Serial.begin(9600);
  // 启动SPI，设置为SPI主设备
  SPI.begin();
  pinMode(ssPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 开始通信
  digitalWrite(ssPin, LOW);
  // 准备接收数据
  receivedData = "";
  bool isMessageStarted = false;
  char receivedChar = 0;
  //
  while (true) {
    // 接收字符
    receivedChar = (char)SPI.transfer(0x00);
    // 整合数据，不包括标志位<>
    if (receivedChar == '<') {
      isMessageStarted = true;
    } else if (receivedChar == '>' && isMessageStarted) {
      break;
    } else if (isMessageStarted) {
      receivedData += receivedChar;
    }
  }
  // 结束通信
  digitalWrite(ssPin, HIGH);
  // 打印接收到的数据
  Serial.println(receivedData);
  // 延时
  delay(1000);
}

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在上述两个程序中，发送的数据内容和接收的数据内容一致，“<”是开始标志，“>”是结束标志。之所以采用开始标志和结束标志，是为了保障收发数据的完整性和统一性。

发送的数据内容是：<Temperature:temperature,Humidity:humidity>

接收的数据内容是：<Temperature:temperature,Humidity:humidity>

当运行程序时，可以观察到esp32的串口监视器打印出如下信息。这是因为esp32接收到数据后，丢弃开始标志“<”和结束标志“>”，只保留真正需要的信息。

`Temperature:temperature,Humidity:humidity`

由此，Arduino通过DHT11获取了当前环境的温度值和湿度值，并通过SPI传送给esp32，使Arduino获取的数据可以借助esp32上传到网络。

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内容来源：csdn.net

作者昵称：ice小游

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43034503/article/details/135325219

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一、项目描述

二、硬件连接

三、软件编程

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