基于ESP8266的機(jī)智云平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目摘要：本項(xiàng)目以智能家居為主題，基于ESP8266的機(jī)智云平臺(tái)控制系統(tǒng)，利用機(jī)智云平臺(tái)和 ESP8266 WiFi模塊、紅外發(fā)射模塊、STM32核心板、DHT11溫濕度傳感器模塊，完成了與手機(jī)APP的通信交互、數(shù)據(jù)采集和顯示的設(shè)計(jì)。通過手機(jī)APP實(shí)時(shí)查看傳感器采集的溫濕度數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)的紅外發(fā)射模塊模擬空調(diào)遙控器功能，使用手機(jī)APP控制紅外發(fā)射模塊發(fā)射調(diào)制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)的開關(guān)控制，此外，設(shè)計(jì)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)LED燈的控制，通過手機(jī)APP就可控制其亮滅。

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引 言

近年來，智能家居行業(yè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，在物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)品提供服務(wù)的同時(shí)，用戶對(duì)傳統(tǒng)智能家居產(chǎn)品的需求也在不斷更新。產(chǎn)品功能和銷售價(jià)格已經(jīng)成為消費(fèi)者的首要的參考指標(biāo)。本設(shè)計(jì)針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)品的功能和成本方面，設(shè)計(jì)了一款利用機(jī)智云平臺(tái)，使用STM32F103RCT6結(jié)合ESP8266WiFi模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的智能控制、溫濕度數(shù)據(jù)的采集和顯示、以及紅外信號(hào)的發(fā)送，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家居的智能控制。

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總體設(shè)計(jì)方案???

考慮到外設(shè)中需要較大的驅(qū)動(dòng)能力和較大的內(nèi)存存儲(chǔ)空間才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)算，故結(jié)合本設(shè)計(jì)的需求，本設(shè)計(jì)通過使用STM32F103RCT6作為主控制器，使用ESP8266WiFi 模塊作為單片機(jī)與上位機(jī)系統(tǒng)間的通信模塊。單片機(jī)采集外部的溫濕度信息、空氣中煙霧的濃度信息等，通過 WiFi 模塊連接云平臺(tái)，借助云平臺(tái)與手機(jī)終端 APP 將信息傳遞給用戶。用戶通過手機(jī)終端APP 按鍵，向云平臺(tái)傳輸字符信號(hào)，云平臺(tái)通過 WiFi 模塊向單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)送控制指令，單片機(jī)接收到指令后，執(zhí)行相應(yīng)的操作。設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

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系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的硬件部分包括STM32F103RCT6開發(fā)板模塊、ESP8266WiFi模塊、紅外發(fā)射模塊等。

2.1 stm32f103rct6開發(fā)板

本設(shè)計(jì)使用的是STM32F103RCT6作為MCU，它的板載資源包括：2個(gè)高級(jí)定時(shí)器、48KBSRAM、256KBFLASH、2個(gè)基本定時(shí)器、4個(gè)通用定時(shí)器、2個(gè)DMA控制器（共12個(gè)通道）、5個(gè)串口、1個(gè)CAN、3個(gè)12位 ADC、1個(gè)12位 DAC及51個(gè)通用IO口等。相較與51單片機(jī)，其擁有更多的I/O口，功耗小，芯片性價(jià)比極高，板子的原理圖如圖1所示：

2.2 ESP8266WiFi模塊

ESP8266 WIFI模塊是應(yīng)用最廣泛的WIFI模塊之一。ESP8266模塊是一款優(yōu)質(zhì)的WIFI模塊，不需要太多WIFI知識(shí)也可以上手。同時(shí)，ESP8266模塊也是一個(gè)WIFI轉(zhuǎn)串口的設(shè)備，只需要對(duì)串口進(jìn)行編程和使用，就可以實(shí)現(xiàn)透?jìng)鳌?/p>

關(guān)于傳輸?shù)姆绞?，本設(shè)計(jì)采用的是透?jìng)髂Ｊ?，采用透?jìng)髂Ｊ剑梢员苊饷堪l(fā)送一次數(shù)據(jù)需要再發(fā)送一次AT+CIPSEND=的指令，使得使用體驗(yàn)更加方便，因此模式設(shè)置為透?jìng)髂Ｊ剑顺鐾競(jìng)髂Ｊ骄徒o指令“+++”即可，

ESP8266與stm32的接線并不復(fù)雜，對(duì)應(yīng)接線圖如圖2所示。

2.3 紅外發(fā)射模塊

紅外通信的本質(zhì)是對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)以使用紅外通道進(jìn)行傳輸，而紅外通信接口是紅外通道的調(diào)制解調(diào)器。

并設(shè)計(jì)通過發(fā)射不同的鍵值來控制空調(diào)的狀態(tài)，ESP8266WIFI模塊連接到紅外發(fā)射管，根據(jù)接收到的信息發(fā)射紅外線，如關(guān)閉空調(diào)、啟動(dòng)、制冷、制熱、等等空調(diào)遙控功能的實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，首先要獲取空調(diào)遙控器板上紅外按鈕的值。 ESP8266 使用紅外接收器獲取空調(diào)的紅外鍵值，并將該紅外鍵值燒錄到 ESP8266WIFI 模塊中。然后將ESP8266連接到紅外發(fā)射管。

2.4 DHT11溫濕度傳感器模塊

DHT11傳感器采用簡(jiǎn)化的單總線通信，即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換，控制均由單總線完成。

DHT11是一款具有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。 它應(yīng)用專用的溫濕度傳感技術(shù)和數(shù)字模塊采集技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量值，具有可靠性較高、成本低適用范圍較廣、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

它包含一個(gè)電阻式水分測(cè)量元件和一個(gè)NTC溫度測(cè)量元件，并連接到一個(gè)單片機(jī)。 單片機(jī)等微處理器的電路連接可以實(shí)時(shí)采集局部濕度和溫度。只需要一個(gè) I/O 口，一個(gè)簡(jiǎn)單的單總線就可以實(shí)現(xiàn) DHT11 和單片機(jī)之間的通信。傳感器內(nèi)40個(gè)bit的濕度和溫度數(shù)據(jù)一次發(fā)送到單片機(jī)，并通過校驗(yàn)和的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，有效保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。 DHT11 的功耗非常低，在 5V 電源電壓下平均最大電流為 0.5mA。

DHT11 電路圖及連線方式如圖3所示，傳感器的工作電壓范圍為3.3～5.5V，數(shù)據(jù)傳輸總線與stm32f103rct6的IO口相連接用于數(shù)據(jù)通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式一次傳送40 位數(shù)據(jù)，高位先出。

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軟件設(shè)計(jì)

3.1 WiFi傳輸函數(shù)

首先將STM32的Tx連接到ESP8266模塊的Rx，將STM32的Rx連接到ESP8266模塊的Tx進(jìn)行初始化，然后設(shè)置串口中斷，定義串口的發(fā)送函數(shù)，編寫函數(shù)實(shí)現(xiàn)字符串發(fā)送功能。按下上位機(jī)APP按鈕后，通過ESP8266模塊向單片機(jī)發(fā)送字符指令。在單片機(jī)程序中接收到適當(dāng)?shù)姆?hào)后，將標(biāo)志位的邏輯值賦給系統(tǒng)，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，不斷地掃描狀態(tài)并執(zhí)行相應(yīng)的指令。

3.2 ESP8266固件燒錄

將設(shè)備接入機(jī)智云平臺(tái)首先需要對(duì)ESP8266WiFi模塊進(jìn)行固件燒錄，可以直接在官網(wǎng)免費(fèi)下載使用，燒錄完成后，將采集到的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)上傳到平臺(tái)服務(wù)器。

先在燒錄模式下將GPIO0接地，正常模式懸空，GPIO2也是懸空。選擇對(duì)應(yīng)的固件包，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)是MCU開發(fā)，所以需要將DoNotChgBIN打上勾。最后點(diǎn)擊START，開始下載。下載完成后將GPIO0連接的GND拔掉進(jìn)入正常模式，然后關(guān)閉燒錄固件模式，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置即可。

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結(jié)論

本設(shè)計(jì)采用STM32F103RCT6作為主控模塊，配備紅外發(fā)射模塊和DHT11溫濕度傳感器，傳輸方式采用ESP8266 WiFi模塊。采集的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送至機(jī)智云平臺(tái)。數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)顯示在用戶的手機(jī)APP上。此外，紅外發(fā)射模塊和LED模塊用作模擬房屋的空調(diào)和燈具。 APP對(duì)其進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP與數(shù)據(jù)的交互。