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利用單片機(jī)快速實(shí)現(xiàn)家庭智能控制平臺

[復(fù)制鏈接]
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樓主
　　0x00前言

　　一提到智能家庭，大家可能首先想到的是各種大佬級公司搞的牛逼產(chǎn)品，或者說是創(chuàng)新產(chǎn)品。想想就覺得很復(fù)雜，有的用工控機(jī)，有的用樹莓派，還有的用arduino，不管用什么，都繞不過服務(wù)器進(jìn)行控制，比如yeelink平臺，騰訊的智能硬件平臺等等。其實(shí)，真實(shí)實(shí)現(xiàn)起來，并沒有想想中這么復(fù)雜，我們甚至只用一個(gè)小的單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)。

　　0x01單片機(jī)實(shí)現(xiàn)web服務(wù)器

　　探討用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)web服務(wù)器的文章通過baidu也能找到幾篇，但比較詳實(shí)的實(shí)現(xiàn)方法并沒有找到，這里考慮有兩種思路可以完成，一種是有線的lan模塊，如w5500，這種模塊本身就帶有web服務(wù)的部分功能，使用起來比較簡單，但是只能基于lan進(jìn)行訪問。另一種是通過stm32等單片機(jī)，配合網(wǎng)絡(luò)模塊來完成。當(dāng)前我能想到的最簡單的方法就是用stm32+esp8266來實(shí)現(xiàn)。

　　基于第一種方法，我覺得受模塊性能影響比較大，受限于模塊，沒有開發(fā)感。于是考慮用第二種方法。這個(gè)方法里，有人用arduino來完成，這要基于c進(jìn)行編程。另外，就是考慮用micropython,這樣直接可以用python來實(shí)現(xiàn)。這里依然使用tpyboardV202。

　　0x02模擬實(shí)現(xiàn)家庭智能家居控制平臺

　　因?yàn)闆]有想好要做一個(gè)多么復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，只是想能模擬一下效果，所有在整個(gè)的模塊過程中，我選用了tpyboardv202開發(fā)板做主控制板，用一個(gè)發(fā)光二極管來模擬一個(gè)臺燈（現(xiàn)實(shí)中，這里其實(shí)可以用一個(gè)繼電器來控制其它設(shè)備的通斷電），用一個(gè)直流小電機(jī)加迷你風(fēng)扇葉表示模擬電風(fēng)扇。整個(gè)實(shí)現(xiàn)還用到了一個(gè)三極管（S9014，NPN）來控制直流電機(jī)。

　　0x03硬件的搭建與連接

　　1、發(fā)光二極管的使用

　　發(fā)光二極管使用比較簡單，直接看它的兩條“腿”,長的那個(gè)是正極，反之是負(fù)極。



　　2、直流小電機(jī)的使用方法



　　上圖直流小電機(jī)中，紅色框內(nèi)的兩個(gè)接線端A和B，無論那個(gè)接正極或負(fù)極都可以，只不過轉(zhuǎn)動(dòng)的方向不一樣而已。本次我是用B端接入正極，正好是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　3、三極管S9014（NPN）的使用方法

　　        

　　本次我們使用S9014的放大和開關(guān)功能，集電極接入v202的3.3V引腳，發(fā)射極接入電機(jī)某一端，通過給基極高低電平來控制發(fā)射極和集電極之間是否導(dǎo)通，從而控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)或停止。

　　下面來介紹一下接線方法

  
三極管（S9014）
  
TPYBoard  v202
直流小電機(jī)
集電極
3.3V
--
基極
G5
--
發(fā)射極
--
B 端
--
GND
A端
  
TPYBoard  v202
  
發(fā)光二極管
G4
正極
GND
負(fù)極
　　我的實(shí)物連接圖



　　0x04利用micropython實(shí)現(xiàn)web服務(wù)器

　　首先，編輯一個(gè)main.py文件。v202開機(jī)自啟動(dòng)main.py文件

  1. try:
  2.     import usocket as socket
  3. except:
  4.     import socket
  5. import network
  6. from machine import UART
  7. from machine import Pin

  9. led_flag=Pin(2, Pin.OUT)#esp8266模塊上的小燈 高電平:滅 低電平:亮
  10. led = Pin(4, Pin.OUT)#發(fā)光二極管的控制引腳
  11. motor = Pin(5, Pin.OUT)#直流電機(jī)的控制引腳
  12. #初始化
  13. led.low()
  14. motor.low()
  15. led_flag.high()
  16. def do_connect(ssid,pwd):
  17.     sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)#STA 模式
  18.     sta_if.active(False)
  19.     if not sta_if.isconnected():#判斷是否連接
  20.         sta_if.active(True)
  21.         sta_if.connect(ssid,pwd)#ssid:WIFI名稱 pwd:WIFI 密碼
  22.         while not sta_if.isconnected():
  23.             pass
  24.     if sta_if.isconnected():
  25.         return sta_if.ifconfig()[0]
  26. def main(ip_,dev_data,login_data,name,pwd):

  28.     s = socket.socket()
  29.     ai = socket.getaddrinfo(ip_, 80)
  30.     addr = ai[0][-1]
  31.     s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
  32.     s.bind(addr)
  33.     s.listen(5)
  34.     led_flag.low()
  35.     #s_data=login_data
  36.     while True:
  37.         res = s.accept()
  38.         client_s = res[0]
  39.         client_addr = res[1]
  40.         led_flag.high()
  41.         req =client_s.readline()
  42.         while True:
  43.             h = client_s.readline()
  44.             if h == b"" or h == b"\r\n":
  45.                 break
  46.             #print(h)
  47.             req+=(h.decode('utf-8').lower())
  48.         print("Request:")
  49.         req=req.decode('utf-8').lower().split('\r\n')
  50.         #http header 解析
  51.         req_data=req[0].lstrip().rstrip().replace(' ','')
  52.         print(req_data)
  53.         if req_data.find('favicon.ico')>-1:
  54.             client_s.close()
  55.             continue
  56.         else:
  57.             if len(req_data)<=12:
  58.                 #說明是第一次訪問，輸入login.html
  59.                 s_data=login_data
  60.             else:
  61.                 req_data=req_data.replace('get/?','').replace('http/1.1','')
  62.                 _name=req_data.find('name')
  63.                 _pwd=req_data.find('pwd')
  64.                 if _name>-1 and _pwd>-1:
  65.                     #判斷是否是用戶登錄
  66.                     if req_data.find(name)>-1 and req_data.find(pwd)>-1:
  67.                         s_data=dev_data
  68.                         print('Login Success!')
  69.                     else:
  70.                         f=open('fail.html','r')
  71.                         s_data=f.read()
  72.                         f.close()
  73.                         print('Login Fail!')
  74.                 else:
  75.                     #判斷是否是控制LED
  76.                     _index=req_data.find('led=')
  77.                     if _index>-1:
  78.                         s_data=dev_data
  79.                         led_val=req_data[_index+4:_index+6].lstrip().rstrip()
  80.                         print('led:',led_val)
  81.                         if led_val=='on':
  82.                             led.value(1)
  83.                         else:
  84.                             led.value(0)
  85.                     #判斷是否是控制電機(jī)
  86.                     _index=req_data.find('motor=')
  87.                     if _index>-1:
  88.                         s_data=dev_data
  89.                         motor_val=req_data[_index+6:_index+8].lstrip().rstrip()
  90.                         print('motor_val:',motor_val)
  91.                         if motor_val=='on':
  92.                             motor.value(1)
  93.                         else:
  94.                             motor.value(0)
  95.             print('-----------')
  96.             client_s.send(s_data)
  97.             client_s.close()
  98.         led_flag.low()
  99.         
  100. f=open('device.html','r')
  101. dev_html=f.read()
  102. f.close()
  103. f=open('login.html','r')
  104. login_html=f.read()
  105. f.close()
  106. f=open('info.txt','r')
  107. info=f.read()
  108. f.close()
  109. name=info.split(',')[0].lstrip().rstrip()
  110. pwd=info.split(',')[1].lstrip().rstrip()
  111. print('name:',name)
  112. print('pwd:',pwd)
  113. myip_=do_connect('essid','pwd')#家中網(wǎng)絡(luò)的WIFI名稱和密碼
  114. print(myip_)
  115. main(myip_,dev_html,login_html,name,pwd)
復(fù)制代碼


　　login.html登錄頁面

  1. <html>
  2.     <head>
  3.         <title>智能家庭網(wǎng)絡(luò)</title>
  4.         <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />
  5.         <style type="text/css">
  6.             h2
  7.             {
  8.                 margin-top:4%;
  9.                 margin-bottom:40px;
  10.             }
  11.         </style>
  12.     </head>
  13.     <body>
  14.         <center>
  15.         <h2>歡迎登錄智能家庭網(wǎng)絡(luò)平臺</h2>
  16.             <form action="/" method="get" accept-charset="utf-8">
  17.                 <p>用戶名: <input type="text" name="name"  /></p>  
  18.                 <p>密 碼:  <input type="password" name="pwd"  /></p>
  19.                 <input type="Submit" value="登錄"  />         
  20.                
  21.             </form>
  22.         </center>
  23.     </body>
  24. </html>
復(fù)制代碼


　　device.html控制頁面

  1. <html>
  2.     <head>
  3.         <title>智能家庭網(wǎng)絡(luò)平臺</title>
  4.         <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />
  5.         <style type="text/css">
  6.             h2
  7.             {
  8.                 margin-top:4%;
  9.                 margin-bottom:40px;
  10.             }
  11.         </style>
  12.     </head>
  13.     <body>
  14.         <center>
  15.         <h2>歡迎使用智能家庭網(wǎng)絡(luò)-控制平臺</h2>
  16.             <form action="/" method="get" accept-charset="utf-8">
  17.                 <p>燈光: <input type="Submit" value="ON" name="led" /> <input type="Submit" value="OFF" name="led" /></p>  
  18.                 <p>風(fēng)扇: <input type="Submit" value="ON" name="motor" /> <input type="Submit" value="OFF" name="motor" /></p>         
  19.                
  20.             </form>
  21.         </center>
  22.     </body>
  23. </html>
復(fù)制代碼


　　fail.html登錄錯(cuò)誤頁面（就是把login.html稍做了一下改動(dòng)）

  1. <html>
  2.     <head>
  3.         <title>智能家庭網(wǎng)絡(luò)</title>
  4.         <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />
  5.         <style type="text/css">
  6.             h2
  7.             {
  8.                 margin-top:4%;
  9.                 margin-bottom:40px;
  10.             }
  11.         </style>
  12.     </head>
  13.     <body>
  14.         <center>
  15.         <h2>歡迎登錄智能家庭網(wǎng)絡(luò)平臺</h2>
  16.             <form action="/" method="get" accept-charset="utf-8">
  17.                 <p style="color:red">用戶名或密碼錯(cuò)誤！</p>
  18.                 <p>用戶名: <input type="text" name="name"  /></p>  
  19.                 <p>密 碼:  <input type="password" name="pwd"  /></p>
  20.                 <input type="Submit" value="登錄"  />         
  21.                
  22.             </form>
  23.         </center>
  24.     </body>
  25. </html>
復(fù)制代碼


　　info.txt這里是用文件存放的用戶名和密碼(英文逗號分隔)，前面是用戶名，后面是密碼。這里的用戶名和密碼是用來登錄我們智能家居控制平臺的。

  1. admin,123456
復(fù)制代碼


　　0x05程序下載測試

　　使用MicroPythonFileUploader工具，將源代碼下載到v202中。

　　工具下載地址：tpyboard點(diǎn)com/download/tool/170.html

　　1、        使用usb數(shù)據(jù)線將v202接入到電腦，打開設(shè)備管理器，查看加載的端口。我的是COM44

　　※如果驅(qū)動(dòng)安裝失敗，可以下載CH340的驅(qū)動(dòng)，手動(dòng)安裝。




　　2、        打開MicroPythonFileUploader選擇端口，點(diǎn)擊[Open]。



　　3、        取消[Autorun]的打鉤，點(diǎn)擊紅框的文件夾圖標(biāo)，選擇源碼，點(diǎn)擊[Send]等待發(fā)送成功。



　　4、        將上面的源碼文件都下載到v202中，下載完畢后，點(diǎn)擊[Run/Reset]就會開始執(zhí)行代碼。



　　5、        開始運(yùn)行后，紅色框內(nèi)打印的是我們存放在info.txt里的用戶名和密碼，這個(gè)可以自定義。

　　6、        下面桃紅色框內(nèi)打印的是我們v202從路由器那里獲取到的IP地址，只要打印了IP地址，說明就成功接入網(wǎng)絡(luò)了。我的v202獲取的IP地址是192.168.1.192。

　　7、        到此，我們的web服務(wù)器就搭建完成了。

　　0x06智能家庭網(wǎng)絡(luò)平臺的使用

　　1、在家庭局域網(wǎng)內(nèi)，我們可以選用pc或者手機(jī)，通過瀏覽器，打開192.168.1.192就可以看到登錄界面。



　　2、默認(rèn)用戶名admin密碼123456，大家可以通過修改info.txt文件來進(jìn)行修改。

　　（1）輸入錯(cuò)誤的用戶名和密碼會進(jìn)入錯(cuò)誤界面。



　�。�2）輸入正確的，進(jìn)入控制平臺。



　　3、接下來，我們就可以通過網(wǎng)頁開控制燈光和小風(fēng)扇了，看我的實(shí)驗(yàn)效果圖。





　　這里，我只是做了一個(gè)實(shí)例，受時(shí)間限制，沒有再做更深入的開發(fā)。大家可以自己結(jié)合自己的創(chuàng)意再深入去做。如果能夠通過路由器給tpyboardv202設(shè)一個(gè)外網(wǎng)Ip，這樣就可以從外網(wǎng)進(jìn)行訪問，從而完成外網(wǎng)對家內(nèi)設(shè)備的控制



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