ESP32 MicroPython与Firebase实时数据库数据传输教程

霞舞

发布时间：2025-10-31 14:43:25

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来源于php中文网

原创

ESP32 MicroPython与Firebase实时数据库数据传输教程

本教程详细指导如何利用micropython在esp32开发板上实现传感器数据向firebase实时数据库的传输。文章涵盖了从firebase项目配置、wifi连接到使用`urequests`库构建http post请求发送json数据的完整流程，并提供了可直接运行的示例代码，帮助开发者高效地将物联网设备数据集成到云端。

引言

物联网（IoT）设备，如基于ESP32的传感器，通常需要将采集到的数据上传至云端进行存储、分析和可视化。Firebase Realtime Database作为一个NoSQL云数据库，以其实时同步和易用性，成为许多物联网项目的理想选择。本教程将重点介绍如何使用MicroPython固件的ESP32，通过HTTP POST请求将数据安全、高效地发送到Firebase Realtime Database。

准备工作

在开始编写代码之前，您需要完成以下准备工作：

1. Firebase项目设置

创建Firebase项目: 访问 Firebase控制台，创建一个新的项目或选择一个现有项目。
启用Realtime Database: 在项目概览中，导航到“构建”部分，选择“Realtime Database”，然后点击“创建数据库”。选择一个合适的地理位置，并根据您的安全需求设置安全规则。对于开发阶段，您可以暂时将读写权限设置为true，但在生产环境中务必配置严格的安全规则。
```
{
  "rules": {
    ".read": "true",
    ".write": "true"
  }
}
```
获取项目URL和认证凭据:
- 数据库URL: 您的Firebase Realtime Database URL通常格式为 https://your-project-id.firebaseio.com。
- 认证密钥: Firebase Realtime Database的REST API通常通过在URL中附加?auth=或使用服务账号生成ID Token来实现认证。本教程的示例代码使用了Authorization: Bearer头，这通常用于更高级的认证场景（如与Firebase Admin SDK或自定义认证集成）。如果您使用传统的数据库密钥，可能需要调整为URL参数形式。为了与示例代码保持一致，您可能需要创建一个服务账号并生成一个私钥文件，然后通过某种方式从中获取一个可作为Bearer Token使用的凭据，或者直接使用数据库密钥作为SECRET_KEY并确保Firebase安全规则允许此密钥进行写入。请注意，直接在设备端硬编码敏感密钥存在安全风险。

2. ESP32 MicroPython环境配置

烧录MicroPython固件: 确保您的ESP32开发板已烧录MicroPython固件。如果尚未烧录，请参考MicroPython官方文档进行操作。
安装必要库: MicroPython通常内置了urequests和ujson库，用于HTTP请求和JSON处理。如果您的固件版本较旧或精简，可能需要通过upip安装这些库。

核心实现：数据传输流程

数据从ESP32传输到Firebase Realtime Database主要包含以下几个步骤：

连接WiFi: ESP32需要连接到互联网才能访问Firebase服务。
准备数据: 将传感器数据或其他需要上传的信息封装成Python字典，然后转换为JSON格式。
构建HTTP请求: 使用urequests库创建一个HTTP POST请求，目标是Firebase Realtime Database的REST API端点，并包含必要的认证信息。
发送请求: 执行POST请求，并将数据发送到Firebase。

示例代码

以下是一个完整的MicroPython示例代码，演示了如何将模拟的传感器数据发送到Firebase Realtime Database：

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import urequests
import ujson
import network
import time

# --- 配置信息 ---
# 您的WiFi凭据
WIFI_SSID = "YourWiFiSSID"
WIFI_PASSWORD = "YourWiFiPassword"

# Firebase项目凭据
# 替换为您的Firebase项目ID，例如：https://your-project-id.firebaseio.com
FIREBASE_URL = "https://your-project-id.firebaseio.com"
# 替换为您的Firebase认证密钥。
# 注意：直接在设备端硬编码敏感密钥存在安全风险。
# 对于Realtime Database REST API，更常见的是使用 ?auth=YOUR_DATABASE_SECRET 作为URL参数。
# 如果您使用Bearer Token，请确保您的Firebase项目配置支持此认证方式。
SECRET_KEY = "YourFirebaseSecretKey" 

# --- WiFi连接函数 ---
def connect_wifi():
    """连接ESP32到指定的WiFi网络"""
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if not wlan.isconnected():
        print("正在连接到WiFi...")
        wlan.connect(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD)
        timeout = 10
        while not wlan.isconnected() and timeout > 0:
            print(".", end="")
            time.sleep(1)
            timeout -= 1
        if wlan.isconnected():
            print("\nWiFi连接成功！")
            print("IP地址:", wlan.ifconfig()[0])
        else:
            print("\nWiFi连接失败，请检查SSID和密码。")
            return False
    else:
        print("WiFi已连接。")
        print("IP地址:", wlan.ifconfig()[0])
    return True

# --- 发送数据到Firebase函数 ---
def send_to_firebase(data, collection_path="sensor_data"):
    """
    将数据发送到Firebase Realtime Database。

    Args:
        data (dict): 要发送的Python字典数据。
        collection_path (str): Firebase数据库中的集合路径，例如 "sensor_data"。
    """
    headers = {
        "Content-Type": "application/json",
        "Authorization": "Bearer " + SECRET_KEY # 根据您的Firebase认证方式调整
    }
    # 构建Firebase REST API的POST请求URL
    # 例如：https://your-project-id.firebaseio.com/sensor_data.json
    url = FIREBASE_URL + "/" + collection_path + ".json"  

    try:
        # 将Python字典转换为JSON字符串
        json_data = ujson.dumps(data)

        print(f"正在发送数据到Firebase: {url}")
        print(f"数据: {json_data}")

        # 发送HTTP POST请求
        response = urequests.post(url, data=json_data, headers=headers)

        print("Firebase响应状态码:", response.status_code)
        print("Firebase响应内容:", response.text)

        # 检查响应状态码
        if 200 <= response.status_code < 300:
            print("数据成功发送到Firebase。")
        else:
            print(f"发送数据失败，状态码: {response.status_code}")
            print(f"错误信息: {response.text}")

    except Exception as e:
        print(f"发送数据到Firebase时发生错误: {e}")
    finally:
        if 'response' in locals() and response:
            response.close() # 务必关闭响应，释放资源

# --- 主程序逻辑 ---
if __name__ == "__main__":
    if connect_wifi():
        # 模拟传感器数据
        sensor_data = {
            "temperature": 25.5,
            "humidity": 60,
            "timestamp": time.time() # 添加时间戳
        }

        # 发送数据到Firebase的 'sensor_data' 集合
        send_to_firebase(sensor_data, "esp32_readings")

        # 您可以根据需要定时发送数据
        # 例如：
        # while True:
        #     # 获取实时传感器数据
        #     current_temp = ...
        #     current_hum = ...
        #     data = {"temperature": current_temp, "humidity": current_hum, "timestamp": time.time()}
        #     send_to_firebase(data, "esp32_readings")
        #     time.sleep(60) # 每60秒发送一次
    else:
        print("无法连接WiFi，数据发送中止。")

代码详解

导入模块:

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下载
- urequests: MicroPython的HTTP客户端库，用于发送网络请求。
- ujson: MicroPython的JSON处理库，用于序列化Python字典为JSON字符串。
- network: 用于管理ESP32的WiFi连接。
- time: 用于添加时间戳。
配置信息:
- WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD: 您的家庭或办公室WiFi网络的SSID和密码。
- FIREBASE_URL: 您的Firebase项目的Realtime Database URL。
- SECRET_KEY: 用于Firebase认证的密钥。这是最关键且需要谨慎处理的部分。 在生产环境中，应避免将此类密钥硬编码到设备中。更安全的方法可能包括使用Firebase认证（如匿名认证或自定义认证）生成短期令牌，或者通过安全的API网关代理请求。
connect_wifi() 函数:
- 初始化network.WLAN对象，并设置为站点（STA）模式。
- 尝试连接到配置的WiFi网络。
- 使用循环等待连接成功，并打印连接状态和分配的IP地址。
send_to_firebase() 函数:
- 请求头 (headers):
  - Content-Type: application/json: 告知服务器请求体是JSON格式。
  - Authorization: Bearer : 这是示例中使用的认证方式。请务必根据您的Firebase Realtime Database实际认证方式进行调整。 如果您使用的是Firebase数据库密钥，通常应该将其作为URL查询参数 ?auth=YOUR_DATABASE_SECRET 附加到url中，而不是作为Bearer Token。
- 请求URL (url): 组合FIREBASE_URL和collection_path，并添加.json后缀，这是Firebase Realtime Database REST API的标准格式。例如，https://your-project-id.firebaseio.com/esp32_readings.json。
- 数据 (data): 将Python字典data使用ujson.dumps()转换为JSON字符串。
- 发送请求: urequests.post(url, data=json_data, headers=headers)发送POST请求。
- 处理响应: 打印Firebase的响应状态码和文本内容，并根据状态码判断请求是否成功。
- 资源释放: response.close()非常重要，它会关闭网络连接并释放资源，避免内存泄漏。

注意事项

安全性: 直接在设备代码中硬编码SECRET_KEY存在极大的安全风险。如果密钥泄露，攻击者可能获得对您Firebase数据库的写入权限。在生产环境中，建议采用以下更安全的认证方式：
- Firebase认证: 使用Firebase提供的认证服务（如匿名认证、邮箱/密码认证等）在设备端获取ID Token，然后将ID Token作为auth参数发送到Firebase Realtime Database。
- 云函数/API网关: 让ESP32将数据发送到一个安全的云函数（如Firebase Cloud Functions或AWS Lambda），由云函数使用Firebase Admin SDK安全地将数据写入Realtime Database。这样，敏感密钥只存在于云函数环境中，不会暴露给设备。
- Firebase安全规则: 即使使用密钥，也应配置严格的Firebase安全规则，限制写入权限，只允许特定路径或特定认证用户写入。
错误处理: 示例代码中包含了基本的try-except块来捕获网络请求错误。在实际应用中，您可能需要更健壮的错误处理机制，例如重试逻辑、断网重连策略等。
数据结构: Firebase Realtime Database是NoSQL数据库，数据以JSON树形结构存储。合理设计数据结构对于后续的数据查询和管理至关重要。
MicroPython库: 确保您的MicroPython固件包含urequests和ujson。如果遇到ImportError，您可能需要通过upip安装它们或升级固件。
资源管理: MicroPython设备内存和CPU资源有限，长时间运行网络请求可能导致资源耗尽。务必在每次请求后调用response.close()释放连接资源。
离线缓存: 对于关键数据，可以考虑在ESP32本地实现一个简单的离线缓存机制，当网络连接恢复时再批量上传数据。

总结

通过本教程，您应该已经掌握了如何使用MicroPython在ESP32上实现传感器数据到Firebase Realtime Database的传输。这一方法为物联网设备与云端服务集成提供了灵活且强大的解决方案。在实际部署时，请务必重视安全性、错误处理和资源管理，以构建稳定可靠的物联网应用。随着您对MicroPython和Firebase的深入了解，您可以进一步探索更高级的认证机制、数据处理和实时交互功能。

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