ESP32开发入门(七)：HTTP开发实践

一、HTTP协议基础

1.1 什么是HTTP？

HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是互联网上应用最为广泛的一种网络协议，用于从服务器传输超文本到本地浏览器。它是一种无状态的请求/响应协议，工作在客户端-服务器计算模型中。

1.2 HTTP的工作原理

HTTP协议基于请求-响应模型，主要包含以下组件：

• 客户端（Client）：发送HTTP请求（如浏览器、ESP32等设备）

• 服务器（Server）：接收请求并返回响应

• 请求方法：GET、POST、PUT、DELETE等

• 状态码：200(成功)、404(未找到)、500(服务器错误)等

ESP32设备（客户端） --HTTP请求--> Web服务器 <--HTTP响应-- 浏览器或其他客户端

1.3 HTTP的核心特性

1. 简单快速：基于文本的简单协议

2. 无连接：每次连接只处理一个请求

3. 无状态：协议不保留之前的请求信息

4. 灵活：可以传输任意类型的数据

5. 支持多种请求方法：满足不同场景需求

1.4 HTTP在物联网中的应用

1. 设备数据上报：向服务器发送传感器数据

2. 远程配置：从服务器获取设备配置

3. 固件升级：通过HTTP下载固件包

4. Web控制界面：提供设备管理页面

5. API交互：与其他系统集成

二、ESP32-S3 HTTP通信程序 (FreeRTOS + Arduino框架)

下面是一个基于ESP32-S3的HTTP通信程序，使用FreeRTOS和Arduino框架实现。这个程序包含HTTP客户端功能，可以向服务器发送GET和POST请求。

#include <WiFi.h>
#include <HTTPClient.h>
#include <Arduino.h>
#include <freertos/FreeRTOS.h>
#include <freertos/task.h>
​
// WiFi配置
const char* ssid = "你的WiFi名称";
const char* password = "你的WiFi密码";
​
// 服务器配置
const char* serverUrl = "http://你的服务器地址:端口/api/data"; // 示例："http://192.168.1.100:3000/api/data"
​
// FreeRTOS任务句柄
TaskHandle_t httpTaskHandle = NULL;
TaskHandle_t wifiTaskHandle = NULL;
​
// 连接WiFi函数
void connectToWiFi() {Serial.println();Serial.print("正在连接WiFi: ");Serial.println(ssid);
​WiFi.begin(ssid, password);
​while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);Serial.print(".");}
​Serial.println("");Serial.println("WiFi已连接");Serial.print("IP地址: ");Serial.println(WiFi.localIP());
}
​
// 发送HTTP GET请求
void sendHttpGetRequest() {if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {HTTPClient http;Serial.print("发送GET请求到: ");Serial.println(serverUrl);http.begin(serverUrl);int httpCode = http.GET();if (httpCode > 0) {Serial.printf("HTTP响应码: %d\n", httpCode);if (httpCode == HTTP_CODE_OK) {String payload = http.getString();Serial.println("服务器响应:");Serial.println(payload);}} else {Serial.printf("GET请求失败, 错误: %s\n", http.errorToString(httpCode).c_str());}http.end();} else {Serial.println("WiFi未连接，无法发送请求");}
}
​
// 发送HTTP POST请求
void sendHttpPostRequest() {if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {HTTPClient http;Serial.print("发送POST请求到: ");Serial.println(serverUrl);http.begin(serverUrl);http.addHeader("Content-Type", "application/json");// 创建JSON格式的POST数据String httpRequestData = "{\"deviceId\":\"ESP32-S3\",\"temperature\":25.5,\"humidity\":60}";int httpCode = http.POST(httpRequestData);if (httpCode > 0) {Serial.printf("HTTP响应码: %d\n", httpCode);if (httpCode == HTTP_CODE_OK || httpCode == HTTP_CODE_CREATED) {String payload = http.getString();Serial.println("服务器响应:");Serial.println(payload);}} else {Serial.printf("POST请求失败, 错误: %s\n", http.errorToString(httpCode).c_str());}http.end();} else {Serial.println("WiFi未连接，无法发送请求");}
}
​
// HTTP任务函数
void httpTask(void *pvParameters) {while (1) {// 每隔10秒发送一次请求static uint32_t lastRequestTime = 0;uint32_t now = millis();if (now - lastRequestTime > 10000) {lastRequestTime = now;// 交替发送GET和POST请求static bool sendGet = true;if (sendGet) {sendHttpGetRequest();} else {sendHttpPostRequest();}sendGet = !sendGet;}vTaskDelay(100 / portTICK_PERIOD_MS);}
}
​
// WiFi监控任务函数
void wifiMonitorTask(void *pvParameters) {while (1) {if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {Serial.println("WiFi连接丢失，尝试重新连接...");connectToWiFi();}vTaskDelay(10000 / portTICK_PERIOD_MS); // 每10秒检查一次}
}
​
void setup() {Serial.begin(115200);// 初始化WiFi连接connectToWiFi();// 创建HTTP任务xTaskCreatePinnedToCore(httpTask,           // 任务函数"HTTP Task",        // 任务名称8192,               // 堆栈大小NULL,               // 参数1,                  // 优先级&httpTaskHandle,    // 任务句柄1                   // 运行在核心1上);// 创建WiFi监控任务xTaskCreatePinnedToCore(wifiMonitorTask,    // 任务函数"WiFi Task",        // 任务名称4096,               // 堆栈大小NULL,               // 参数1,                  // 优先级&wifiTaskHandle,    // 任务句柄0                   // 运行在核心0上);
}
​
void loop() {// 主循环为空，所有功能由FreeRTOS任务处理vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
}

2.1 代码说明

1. WiFi连接：

   • 使用WiFi.begin()连接到指定的WiFi网络

   • 单独的WiFi监控任务持续检查连接状态并在断开时重新连接

2. HTTP功能：

   • 使用HTTPClient库实现HTTP协议

   • 支持GET和POST请求

   • POST请求发送JSON格式数据

   • 自动处理HTTP响应

3. FreeRTOS集成：

   • 创建了两个任务：一个用于HTTP通信，一个用于WiFi监控

   • 任务运行在不同的核心上以提高效率

   • 使用vTaskDelay()代替delay()以确保不阻塞其他任务

4. 多任务处理：

   • HTTP任务负责定期发送HTTP请求

   • WiFi任务持续监控网络连接状态

2.2 使用说明

1. 修改ssid和password为你自己的WiFi配置

2. 修改serverUrl为你的服务器地址和API端点

3. 根据需要调整POST请求的内容和格式

4. 请求频率可以在httpTask函数中调整

2.3 所需库

• WiFi.h (Arduino ESP32核心自带)

• HTTPClient (Arduino ESP32核心自带)

三、HTTP验证步骤 - 搭建Node.js服务器

为了验证ESP32的HTTP功能，我们可以使用Node.js搭建一个简单的服务器，接收ESP32的请求并返回响应。

下面我将详细介绍如何搭建一个完整的Node.js服务器，并将HTML页面数据整合到server.js文件中，以便于ESP32通过HTTP协议与服务器进行通信。

注意：若你电脑没安装node，请自行百度安装，网上教程较多，这里就不赘述了。

3.1 创建Node.js服务器

1. 新建一个文件夹作为项目目录

2. 在该目录下创建server.js文件，内容如下：

const express = require('express');
const bodyParser = require('body-parser');
​
const app = express();
const port = 3000;
​
// 中间件
app.use(bodyParser.json());
​
// 存储接收到的数据
let receivedData = [];
​
// HTML页面内容
const htmlPage = `
<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN">
<head><meta charset="UTF-8"><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"><title>ESP32 数据监控</title><style>body {font-family: Arial, sans-serif;margin: 20px;}.data-container {margin-top: 20px;padding: 15px;border: 1px solid #ddd;border-radius: 5px;background-color: #f9f9f9;}button {padding: 10px 15px;background-color: #4CAF50;color: white;border: none;border-radius: 4px;cursor: pointer;}button:hover {background-color: #45a049;}.data-item {margin-bottom: 10px;padding: 10px;border-bottom: 1px solid #eee;}.timestamp {color: #666;font-size: 0.9em;}</style>
</head>
<body><h1>ESP32 数据监控</h1><button id="refreshBtn">刷新数据</button><div class="data-container"><h2>最新上报数据 (共<span id="dataCount">0</span>条)</h2><div id="dataDisplay"><p>暂无数据...</p></div></div>
​<script>const refreshBtn = document.getElementById('refreshBtn');const dataDisplay = document.getElementById('dataDisplay');const dataCount = document.getElementById('dataCount');// 格式化数据显示function formatData(data) {if (data.receivedData && data.receivedData.length > 0) {return data.receivedData.map(item => \`<div class="data-item"><div><strong>设备ID:</strong> \${item.data.deviceId || '未知'}</div><div><strong>温度:</strong> \${item.data.temperature || 'N/A'}°C</div><div><strong>湿度:</strong> \${item.data.humidity || 'N/A'}%</div><div class="timestamp">\${new Date(item.timestamp).toLocaleString()}</div></div>\`).join('');}return '<p>暂无数据...</p>';}// 获取数据函数async function fetchData() {try {const response = await fetch('/api/data');const data = await response.json();dataCount.textContent = data.receivedData ? data.receivedData.length : 0;dataDisplay.innerHTML = formatData(data);} catch (error) {dataDisplay.innerHTML = \`<p style="color:red;">获取数据失败: \${error.message}</p>\`;}}// 初始加载数据document.addEventListener('DOMContentLoaded', fetchData);// 按钮点击事件refreshBtn.addEventListener('click', fetchData);// 每5秒自动刷新setInterval(fetchData, 5000);</script>
</body>
</html>
`;
​
// 首页路由 - 返回HTML页面
app.get('/', (req, res) => {res.send(htmlPage);
});
​
// GET请求处理 - 获取所有数据
app.get('/api/data', (req, res) => {console.log('收到GET请求');res.status(200).json({message: '数据获取成功',receivedData: receivedData,timestamp: new Date().toISOString()});
});
​
// POST请求处理 - 接收ESP32数据
app.post('/api/data', (req, res) => {console.log('收到POST请求:', req.body);// 验证数据if (!req.body.deviceId) {return res.status(400).json({error: '缺少必要字段: deviceId'});}// 存储数据receivedData.push({data: req.body,timestamp: new Date().toISOString()});// 限制存储的数据量if (receivedData.length > 50) {receivedData = receivedData.slice(-50);}res.status(201).json({message: '数据接收成功',yourData: req.body});
});
​
// 清空数据接口
app.delete('/api/data', (req, res) => {receivedData = [];res.status(200).json({message: '所有数据已清空'});
});
​
// 启动服务器
app.listen(port, () => {console.log(`服务器运行在 http://localhost:${port}`);console.log(`API端点:`);console.log(`GET /            - 查看数据监控页面`);console.log(`GET /api/data    - 获取所有接收到的数据`);console.log(`POST /api/data   - 接收ESP32发送的数据`);console.log(`DELETE /api/data - 清空所有数据`);
});

3.1.1 代码详细说明

3.1.1.1 初始化设置

const express = require('express');
const bodyParser = require('body-parser');
const app = express();
const port = 3000;

• 引入Express框架和body-parser中间件

• 创建Express应用实例

• 设置服务器端口为3000

3.1.1.2 数据存储

let receivedData = [];

• 使用一个数组来存储ESP32发来的所有数据

• 每个数据项包含原始数据和接收时间戳

3.1.1.3 HTML页面整合

const htmlPage = `...`;

• 将完整的HTML页面内容作为模板字符串存储在变量中

• 包含CSS样式和内联JavaScript

• 使用ES6模板字符串语法方便插入变量

3.1.1.4 路由处理

1. 首页路由：

   app.get('/', (req, res) => {res.send(htmlPage);
   });

   • 处理根路径请求

   • 直接返回HTML页面内容

2. GET API接口：

   app.get('/api/data', (req, res) => {res.json({message: '数据获取成功',receivedData: receivedData,timestamp: new Date().toISOString()});
   });

   • 返回所有存储的数据

   • 包含状态信息和时间戳

3. POST API接口：

   app.post('/api/data', (req, res) => {// 数据验证和存储res.status(201).json({message: '数据接收成功',yourData: req.body});
   });

   • 接收ESP32发来的JSON数据

   • 验证必要字段

   • 存储数据并返回确认

4. DELETE API接口：

   app.delete('/api/data', (req, res) => {receivedData = [];res.json({ message: '所有数据已清空' });
   });

   • 清空存储的数据

   • 用于测试和调试

3.1.1.5 前端JavaScript功能

// 格式化数据显示
function formatData(data) {// 将JSON数据转换为HTML显示
}
​
// 获取数据函数
async function fetchData() {// 从/api/data获取数据并更新页面
}
​
// 事件监听和自动刷新
document.addEventListener('DOMContentLoaded', fetchData);
refreshBtn.addEventListener('click', fetchData);
setInterval(fetchData, 5000);

• 使用Fetch API获取数据

• 动态更新页面内容

• 自动刷新和手动刷新功能

• 数据格式化显示

3.2 安装依赖

在项目目录下运行以下命令安装必要的依赖：

npm init -y
npm install express body-parser

3.3 启动服务器

node server.js

服务器启动后，你将在控制台看到：

服务器运行在 http://localhost:3000

现在你可以通过浏览器访问http://localhost:3000来查看ESP32上报的数据。

3.4 验证步骤

1. 确保你的PC和ESP32在同一个局域网

2. 修改ESP32代码中的serverUrl为你的PC的IP地址和端口（如http://192.168.1.100:3000/api/data）

3. 上传ESP32代码并打开串口监视器

4. 在浏览器中访问http://localhost:3000

5. 观察串口输出和网页显示的数据

3.6 预期结果

• 串口输出：

  发送GET请求到: http://192.168.1.100:3000/api/data
  HTTP响应码: 200
  服务器响应:
  {"message":"Hello from Node.js server!","receivedData":[...],"timestamp":"..."}
  ​
  发送POST请求到: http://192.168.1.100:3000/api/data
  HTTP响应码: 201
  服务器响应:
  {"message":"Data received successfully","yourData":{"deviceId":"ESP32-S3","temperature":25.5,"humidity":60}}

• 网页显示：

  最新上报数据
  {"message": "Hello from Node.js server!","receivedData": [{"data": {"deviceId": "ESP32-S3","temperature": 25.5,"humidity": 60},"timestamp": "..."}],"timestamp": "..."
  }

四、实际项目应用示例

4.1 环境监测系统

功能设计：

• 定期上报温湿度数据

• 从服务器获取配置参数

• 实现固件升级检查

void checkForUpdates() {HTTPClient http;http.begin("http://yourserver.com/api/update");int httpCode = http.GET();if (httpCode == HTTP_CODE_OK) {String payload = http.getString();DynamicJsonDocument doc(1024);deserializeJson(doc, payload);if (doc["available"] == true) {String newVersion = doc["version"];String firmwareUrl = doc["url"];if (newVersion != currentFirmwareVersion) {startFirmwareUpdate(firmwareUrl);}}}http.end();
}

4.2 远程控制面板

功能设计：

• 提供Web控制界面

• 实现设备状态实时显示

• 支持多设备管理

void handleRoot() {String html = "<html><body>";html += "<h1>ESP32 Control Panel</h1>";html += "<p>Temperature: " + String(readTemperature()) + "°C</p>";html += "<p>Humidity: " + String(readHumidity()) + "%</p>";html += "<form method='post' action='/control'>";html += "<button name='led' value='on'>Turn LED On</button>";html += "<button name='led' value='off'>Turn LED Off</button>";html += "</form>";html += "</body></html>";server.send(200, "text/html", html);
}

五、HTTP最佳实践与优化

1. 安全考虑：

   • 使用HTTPS替代HTTP

   • 实现API密钥验证

   • 限制请求频率

2. 性能优化：

   • 复用HTTPClient对象

   • 减少不必要的头信息

   • 使用连接池

3. 错误处理：

   • 实现自动重试机制

   • 添加超时设置

   • 记录错误日志

4. 数据格式：

   • 使用JSON进行数据交换

   • 压缩大数据量

   • 分页获取大量数据

六、常见HTTP服务器选择

1. 本地测试：

   • Node.js + Express

   • Python Flask

   • PHP内置服务器

2. 生产环境：

   • Nginx

   • Apache

   • IIS

3. 云服务：

   • AWS API Gateway

   • 阿里云API网关

   • 腾讯云API网关

七、总结与扩展

HTTP作为互联网的基础协议，与ESP32的结合为物联网设备提供了简单可靠的数据通信方案，相对于上一篇MQTT协议，HTTP协议的开发和验证更为简单，若你对MQTT开发感兴趣，可查看ESP32开发入门(六)：MQTT开发实践。掌握HTTP开发后，您可以进一步：

1. 研究HTTPS安全连接

2. 学习WebSocket实现实时通信

3. 探索RESTful API设计

4. 了解gRPC等高效协议

通过本篇教程，您应该已经掌握了ESP32上HTTP开发的核心知识。实际项目中，建议从简单的原型开始，逐步增加功能复杂度，并始终考虑安全性和性能问题。