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利用单片机快速实现家庭智能控制平台

bodasister
助工
2017-06-29 14:09:08     打赏
0x00前言

一提到智能家庭，大家可能首先想到的是各种大佬级公司搞的牛逼产品，或者说是创新产品。想想就觉得很复杂，有的用工控机，有的用树莓派，还有的用arduino，不管用什么，都绕不过服务器进行控制，比如yeelink平台，腾讯的智能硬件平台等等。其实，真实实现起来，并没有想想中这么复杂，我们甚至只用一个小的单片机就能实现。

0x01单片机实现web服务器

探讨用单片机来实现web服务器的文章通过baidu也能找到几篇，但比较详实的实现方法并没有找到，这里考虑有两种思路可以完成，一种是有线的lan模块，如w5500，这种模块本身就带有web服务的部分功能，使用起来比较简单，但是只能基于lan进行访问。另一种是通过stm32等单片机，配合网络模块来完成。当前我能想到的最简单的方法就是用stm32+esp8266来实现。

基于第一种方法，我觉得受模块性能影响比较大，受限于模块，没有开发感。于是考虑用第二种方法。这个方法里，有人用arduino来完成，这要基于c进行编程。另外，就是考虑用micropython,这样直接可以用python来实现。这里依然使用tpyboardV202（某宝上有卖30元）。

0x02模拟实现家庭智能家居控制平台

因为没有想好要做一个多么复杂的实验，只是想能模拟一下效果，所有在整个的模块过程中，我选用了tpyboardv202开发板做主控制板，用一个发光二极管来模拟一个台灯（现实中，这里其实可以用一个继电器来控制其它设备的通断电），用一个直流小电机加迷你风扇叶表示模拟电风扇。整个实现还用到了一个三极管（S9014，NPN）来控制直流电机。

0x03硬件的搭建与连接

1、发光二极管的使用

发光二极管使用比较简单，直接看它的两条“腿”,长的那个是正极，反之是负极。


2、直流小电机的使用方法


上图直流小电机中，红色框内的两个接线端A和B，无论那个接正极或负极都可以，只不过转动的方向不一样而已。本次我是用B端接入正极，正好是顺时针转动。

3、三极管S9014（NPN）的使用方法


本次我们使用S9014的放大和开关功能，集电极接入v202的3.3V引脚，发射极接入电机某一端，通过给基极高低电平来控制发射极和集电极之间是否导通，从而控制直流电机转动或停止。

下面来介绍一下接线方法

三极管（S9014）

TPYBoard v202

直流小电机

集电极

3.3V

--

基极

G5

--

发射极

--

B 端

--

GND

A端

TPYBoard v202

发光二极管

G4

正极

GND

负极



我的实物连接图

0x04利用micropython实现web服务器

首先，编辑一个main.py文件。v202开机自启动main.py文件

try:
    import usocket as socket
except:
    import socket
import network
from machine import UART
from machine import Pin

led_flag=Pin(2, Pin.OUT)#esp8266模块上的小灯 高电平:灭 低电平:亮
led = Pin(4, Pin.OUT)#发光二极管的控制引脚
motor = Pin(5, Pin.OUT)#直流电机的控制引脚
#初始化
led.low()
motor.low()
led_flag.high()
def do_connect(ssid,pwd):
    sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)#STA 模式
    sta_if.active(False)
    if not sta_if.isconnected():#判断是否连接
        sta_if.active(True)
        sta_if.connect(ssid,pwd)#ssid:WIFI名称 pwd:WIFI 密码
        while not sta_if.isconnected():
            pass
    if sta_if.isconnected():
        return sta_if.ifconfig()[0]
def main(ip_,dev_data,login_data,name,pwd):

    s = socket.socket()
    ai = socket.getaddrinfo(ip_, 80)
    addr = ai[0][-1]
    s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
    s.bind(addr)
    s.listen(5)
    led_flag.low()
    #s_data=login_data
    while True:
        res = s.accept()
        client_s = res[0]
        client_addr = res[1]
        led_flag.high()
        req =client_s.readline()
        while True:
            h = client_s.readline()
            if h == b"" or h == b"\r\n":
                break
            #print(h)
            req+=(h.decode('utf-8').lower())
        print("Request:")
        req=req.decode('utf-8').lower().split('\r\n')
        #http header 解析
        req_data=req[0].lstrip().rstrip().replace(' ','')
        print(req_data)
        if req_data.find('favicon.ico')>-1:
            client_s.close()
            continue
        else:
            if len(req_data)<=12:
                #说明是第一次访问，输入login.html
                s_data=login_data
            else:
                req_data=req_data.replace('get/?','').replace('http/1.1','')
                _name=req_data.find('name')
                _pwd=req_data.find('pwd')
                if _name>-1 and _pwd>-1:
                    #判断是否是用户登录
                    if req_data.find(name)>-1 and req_data.find(pwd)>-1:
                        s_data=dev_data
                        print('Login Success!')
                    else:
                        f=open('fail.html','r')
                        s_data=f.read()
                        f.close()
                        print('Login Fail!')
                else:
                    #判断是否是控制LED
                    _index=req_data.find('led=')
                    if _index>-1:
                        s_data=dev_data
                        led_val=req_data[_index+4:_index+6].lstrip().rstrip()
                        print('led:',led_val)
                        if led_val=='on':
                            led.value(1)
                        else:
                            led.value(0)
                    #判断是否是控制电机
                    _index=req_data.find('motor=')
                    if _index>-1:
                        s_data=dev_data
                        motor_val=req_data[_index+6:_index+8].lstrip().rstrip()
                        print('motor_val:',motor_val)
                        if motor_val=='on':
                            motor.value(1)
                        else:
                            motor.value(0)
            print('-----------')
            client_s.send(s_data)
            client_s.close()
        led_flag.low()
        
f=open('device.html','r')
dev_html=f.read()
f.close()
f=open('login.html','r')
login_html=f.read()
f.close()
f=open('info.txt','r')
info=f.read()
f.close()
name=info.split(',')[0].lstrip().rstrip()
pwd=info.split(',')[1].lstrip().rstrip()
print('name:',name)
print('pwd:',pwd)
myip_=do_connect('essid','pwd')#家中网络的WIFI名称和密码
print(myip_)
main(myip_,dev_html,login_html,name,pwd)

login.html登录页面

<html>
    <head>
        <title>智能家庭网络</title>
        <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />
        <style type="text/css">
            h2
            {
                margin-top:4%;
                margin-bottom:40px;
            }
        </style>
    </head>
    <body>
        <center>
        <h2>欢迎登录智能家庭网络平台</h2>
            <form action="/" method="get" accept-charset="utf-8">
                <p>用户名:&nbsp;<input type="text" name="name"  /></p>  
                <p>密&nbsp;码:&nbsp;&nbsp;<input type="password" name="pwd"  /></p>
                <input type="Submit" value="登录"  />         
                
            </form>
        </center>
    </body>
</html>
device.html控制页面

<html>
    <head>
        <title>智能家庭网络平台</title>
        <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />
        <style type="text/css">
            h2
            {
                margin-top:4%;
                margin-bottom:40px;
            }
        </style>
    </head>
    <body>
        <center>
        <h2>欢迎使用智能家庭网络-控制平台</h2>
            <form action="/" method="get" accept-charset="utf-8">
                <p>灯光:&nbsp;<input type="Submit" value="ON" name="led" />&nbsp;<input type="Submit" value="OFF" name="led" /></p>  
                <p>风扇:&nbsp;<input type="Submit" value="ON" name="motor" />&nbsp;<input type="Submit" value="OFF" name="motor" /></p>         
                
            </form>
        </center>
    </body>
</html>

fail.html登录错误页面（就是把login.html稍做了一下改动）

<html>
    <head>
        <title>智能家庭网络</title>
        <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />
        <style type="text/css">
            h2
            {
                margin-top:4%;
                margin-bottom:40px;
            }
        </style>
    </head>
    <body>
        <center>
        <h2>欢迎登录智能家庭网络平台</h2>
            <form action="/" method="get" accept-charset="utf-8">
                <p style="color:red">用户名或密码错误！</p>
                <p>用户名:&nbsp;<input type="text" name="name"  /></p>  
                <p>密&nbsp;码:&nbsp;&nbsp;<input type="password" name="pwd"  /></p>
                <input type="Submit" value="登录"  />         
                
            </form>
        </center>
    </body>
</html>
info.txt这里是用文件存放的用户名和密码(英文逗号分隔)，前面是用户名，后面是密码。这里的用户名和密码是用来登录我们智能家居控制平台的。

admin,123456
0x05程序下载测试

使用MicroPythonFileUploader工具，将源代码下载到v202中。

工具下载地址:http://tpyboard.com/download/tool/170.html

1、 使用usb数据线将v202接入到电脑，打开设备管理器，查看加载的端口。我的是COM44

※如果驱动安装失败，可以下载CH340的驱动，手动安装。

CH340驱动下载地址：http://tpyboard.com/download/drive/163.html



2、 打开MicroPythonFileUploader选择端口，点击[Open]。



3、 取消[Autorun]的打钩，点击红框的文件夹图标，选择源码，点击[Send]等待发送成功。



4、 将上面的源码文件都下载到v202中，下载完毕后，点击[Run/Reset]就会开始执行代码。



5、 开始运行后，红色框内打印的是我们存放在info.txt里的用户名和密码，这个可以自定义。

6、 下面桃红色框内打印的是我们v202从路由器那里获取到的IP地址，只要打印了IP地址，说明就成功接入网络了。我的v202获取的IP地址是192.168.1.192。

7、 到此，我们的web服务器就搭建完成了。

0x06智能家庭网络平台的使用

1、在家庭局域网内，我们可以选用pc或者手机，通过浏览器，打开192.168.1.192就可以看到登录界面。



2、默认用户名admin密码123456，大家可以通过修改info.txt文件来进行修改。

（1）输入错误的用户名和密码会进入错误界面。



（2）输入正确的，进入控制平台。



3、接下来，我们就可以通过网页开控制灯光和小风扇了，看我的实验效果图。



这里，我只是做了一个实例，受时间限制，没有再做更深入的开发。大家可以自己结合自己的创意再深入去做。如果能够通过路由器给tpyboardv202设一个外网Ip，这样就可以从外网进行访问，从而完成外网对家内设备的控制


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xqh518
院士
2017-07-05 10:27:43     打赏
2楼

给楼主点赞。

   利用单片机实现某些自动控制或智能化运行，是一个不错的思路，一个单片机负责几个设备（用品）的几种状态、动作，应该是问题不大的；若干块单片机控制板组成的"控制群"，其功能就多了，控制对象、形态、方式就丰富起来了，再与一台上位机连接并同外网沟通，这也许就是未来智能家居的多种组合方式中的一种。所以要点赞。  


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