標(biāo)題: 簡易智能家居-物聯(lián)網(wǎng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書下載 [打印本頁]
作者: 11xuj    時(shí)間: 2018-11-17 20:05
標(biāo)題: 簡易智能家居-物聯(lián)網(wǎng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書下載
簡易智能家居系統(tǒng)

一、任務(wù)和要求

1、任務(wù)
設(shè)計(jì)并制作一套簡易智能家居系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。
2、要求
1）51單片機(jī)（終端結(jié)點(diǎn)）能實(shí)現(xiàn)溫度的測量，并能將溫度在LCD顯示器上顯示；
2）51單片機(jī)（終端結(jié)點(diǎn)）能檢測有無火災(zāi)發(fā)生，并將火警送LCD顯示器上顯示；
3）51單片機(jī)（終端結(jié)點(diǎn)）能實(shí)現(xiàn)對D1、D2、D3三盞LED燈的開關(guān)的控制，并將燈的工作狀態(tài)送LCD顯示器顯示；
4）51單片機(jī)通過串口WIFI模塊連接，把WIFI模塊設(shè)置成透傳工作模式，WIFI模塊通過路由器連接上所在的網(wǎng)絡(luò)；
5）通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手將計(jì)算機(jī)設(shè)置成TCP SERVER，并通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手實(shí)現(xiàn)溫度的采集與顯示、火警狀態(tài)顯示、LED燈工作狀態(tài)的顯示，并能通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手控制LED燈的工作；
6）用有人手機(jī)網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手將手機(jī)設(shè)置成TCP SERVER，實(shí)現(xiàn)用手機(jī)顯示溫度、火警狀態(tài)、LED燈的工作狀態(tài)，并能通過手機(jī)網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手控制LED燈的工作。
7）將終端結(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)上傳到ONENET物聯(lián)網(wǎng)云平臺。
二、溫度的采集、火警檢測與LED燈的控制
功能要求：本模塊以51單片機(jī)為核心，用溫度傳感器DS18B20測量溫度，通過火災(zāi)傳感器檢測有無火災(zāi)發(fā)生，用獨(dú)立按鍵開關(guān)三盞LED燈，并將溫度和LED燈的工作狀態(tài)在LCD1602上顯示。
1）獨(dú)立按鍵
2）1602LCD顯示器接口
3）LED模塊
分別用單片機(jī)開發(fā)板上的K1、K2、K3這三個(gè)按鍵模擬開關(guān)，用開發(fā)板上的D5、D6、D7三個(gè)LED模擬三盞燈。其程序流程圖如下：

字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用 16*1， 16*2，20*2 和 40*2 行等的模塊。本設(shè)計(jì)中用的顯示器為LCD1602 字符型液晶顯示器，是一種16*2的顯示器。為例，其實(shí)物如下圖；1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別。其詳細(xì)資料請看“LCD1602中文資料”。

在本設(shè)計(jì)中，為同學(xué)們提供了LCD1602的驅(qū)動(dòng)文件lcd.c和lcd.h，可調(diào)用的函數(shù)及功能如下：

void Lcd1602_Delay1ms(uint c);   //誤差 0us

void Read_Busy();           //忙檢測函數(shù)，判斷bit7是0，允許執(zhí)行；1禁止

void Lcd1602_Write_Cmd(unsigned char cmd);     //寫命令

void Lcd1602_Write_Data(unsigned char dat);   //寫數(shù)據(jù)

void LcdSetCursor(unsigned char x,unsigned char y);  //坐標(biāo)顯示

void LcdShowStr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *str);     //顯示字符串

void InitLcd1602();              //1602初始化

1）DS18B20概述
DS18B20是單線數(shù)字溫度傳感器，即“一線器件”，其采用單總線的接口方式 與微處理器連接時(shí) 僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 單總線具有經(jīng)濟(jì)性好，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 測量溫度范圍寬，測量精度高 DS18B20 的測量范圍為 -55 ℃ ~+ 125 ℃ ； 在 -10~+ 85°C 范圍內(nèi)，精度為 ± 0.5°C 。

  其主要特點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作時(shí)序請?jiān)斠姟皵?shù)字溫度傳感器DS18B20的應(yīng)用”PPT。

2）DS18B20進(jìn)行一次溫度的轉(zhuǎn)換

（1）主機(jī)先作個(gè)復(fù)位操作，

（2）主機(jī)再寫跳過ROM的操作（CCH）命令，

（3）然后主機(jī)接著寫個(gè)轉(zhuǎn)換溫度的操作命令，后面釋放總線至少一秒，讓DS18B20完成轉(zhuǎn)換的操作。在這里要注意的是每個(gè)命令字節(jié)在寫的時(shí)候都是低字節(jié)先寫，例如CCH的二進(jìn)制為11001100，在寫到總線上時(shí)要從低位開始寫，寫的順序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。整個(gè)操作的總線狀態(tài)如下圖。

  3）讀取DS18B20的溫度

讀取RAM內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)。同樣，這個(gè)操作也要接照三個(gè)步驟。

（1）主機(jī)發(fā)出復(fù)位操作并接收DS18B20的應(yīng)答（存在）脈沖。

（2）主機(jī)發(fā)出跳過對ROM操作的命令（CCH）。

（3）主機(jī)發(fā)出讀取RAM的命令（BEH），隨后主機(jī)依次讀取DS18B20發(fā)出的從第0一第8，共九個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。如果只想讀取溫度數(shù)據(jù)，那在讀完第0和第1個(gè)數(shù)據(jù)后就不再理會后面DS18B20發(fā)出的數(shù)據(jù)即可。同樣讀取數(shù)據(jù)也是低位在前的。整個(gè)操作的總線狀態(tài)如下圖：

4）18B20的驅(qū)動(dòng)程序

本設(shè)計(jì)中使用DS18B20的驅(qū)動(dòng)程序ds18b20.c和ds18b20.h，文件中提供了如下的函數(shù)。

void Delay_OneWire(unsigned int t);//單總線延時(shí)函數(shù)

void Write_DS18B20(unsigned char dat);//通過單總線向DS18B20寫一個(gè)字節(jié)

unsigned char Read_DS18B20(void);//從DS18B20讀取一個(gè)字節(jié)

bit init_ds18b20(void);//DS18B20設(shè)備初始化

5）18B20測溫流程圖

要點(diǎn)：

1、在讀取溫度數(shù)據(jù)時(shí)，是低8位在前，高8位在后，需要將這兩個(gè)數(shù)據(jù)合并為一個(gè)數(shù)據(jù);

2、讀取的溫度是補(bǔ)碼形式表示的，需將轉(zhuǎn)換成原碼;

3、求實(shí)際溫度公式：temp=tp*0.0625*100+0.5（tp為浮點(diǎn)開數(shù)據(jù)，temp為無符號整形數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)為實(shí)際溫度的100倍），乘上100是為溫度小數(shù)后保留2位，加上0.5起校正數(shù)據(jù)的作用。

4、將溫度數(shù)據(jù)存入數(shù)組時(shí)，需將各位數(shù)據(jù)分離開來，再存入數(shù)組，例：

datatemp[0] = temp / 10000+0x30;

              datatemp[1] = temp % 10000 / 1000+0x30;

功能說明: 編程時(shí)，用變量receivedata接收串口助手發(fā)送過來的單個(gè)字符數(shù)據(jù)，分別用字符a、c和e打開D1、D2和D3燈，分別用字符b、d和f關(guān)閉D1、D2和D3燈，其程序流程圖如下：
功能說明: 編程時(shí)，用字符數(shù)組receivedata接收串口助手發(fā)送過來的字符串?dāng)?shù)據(jù)，分別用字符串d1on、d2on和d3on打開D1、D2和D3燈，分別用字符串在d1off、d2off和d3off關(guān)閉D1、D2和D3燈，其程序流程圖參考用單個(gè)字符控制LED燈工作的流程圖。
1、ESP8266WIFI模塊簡介
ESP8266是一個(gè)完整且成體系的WIFI網(wǎng)絡(luò)解決方案，能夠搭載軟件應(yīng)用，或通過另一個(gè)應(yīng)用處理器卸載所有WIFI網(wǎng)絡(luò)功能。本設(shè)計(jì)中我們使用的ESP8266是串口型WIFI，速度比較低，不能用來傳輸圖像或者視頻這些大容量的數(shù)據(jù)，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)量傳輸比較少的場合，比如溫度信息，一些傳感器的開關(guān)量等。雖然傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較少，但也能一次傳輸幾千字節(jié)的數(shù)據(jù)，而且通信非常穩(wěn)定，可以滿足大多數(shù)應(yīng)用。
ESP8266-WIFI模塊支持STA/AP/STA+AP三種工作模式。
STA模式：ESP8266模塊通過路由器連接互聯(lián)網(wǎng)，手機(jī)或電腦通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。
AP模式：默認(rèn)模式，ESP8266模塊作為熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)或電腦直接與模塊通信，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)無線控制。
STA+AP模式：兩種模式的共存模式，即可以通過互聯(lián)網(wǎng)控制可實(shí)現(xiàn)無縫切換，方便操作。
ESP8266-WIFI模塊僅在單連接狀態(tài)，支持透傳模式（TCP CLIENT透傳和UDP透傳）。
3、引腳排列

3、模塊和單片機(jī)開發(fā)板的連接

GND：接地

GPIO16：其實(shí)是RST，低電平復(fù)位，所以為了正常工作，連接開發(fā)板3.3V電源

VCC：接單片機(jī)開發(fā)板VCC

UTXD、URXD：前者接單片機(jī)或USB轉(zhuǎn)串口模塊的RXD，后者接TXD。單片機(jī)P3.0為RX，P3.1為TX。特別注意當(dāng)用單片機(jī)開發(fā)板串口測試WIFI模塊時(shí)，模塊的UTXD、URXD要分別和單片機(jī)串口的TX和RX連接。

GPIO2、GPIO0：懸空

CH_PD：連接開發(fā)板3.3V電源

三、WIFI模塊AT指令的測試

1、WIFI模塊的AT指令測試

特別提示：通過串口用AT指令測試WIFI模塊時(shí)，模塊的UTXD、URXD要分別和單片機(jī)串口的TX和RX連接。

測試AT指令時(shí)，首先打開串口助手，如下圖：

設(shè)置串口號和波特率，波特率一般為115200或9600，本次實(shí)驗(yàn)所用模塊已統(tǒng)一設(shè)置成為2400，在串口助手勾發(fā)送新行（如下圖所示），然后發(fā)送AT，如果先出現(xiàn)OK則說明該模塊能正常工作。

關(guān)于AT指令的測試，請同學(xué)參考文檔“AT指令集018.pdf”對AT指令進(jìn)行測試。

2、WIFI模塊通過網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)通信的AT指令

1）重啟wifi模塊

指令：AT+RST

返回：OK

2）設(shè)置WIFI模塊的工作模式

指令：AT+CWMODE=3//設(shè)置模塊為透傳工作模式

返回：OK

3）登錄路由器

指令：AT+CWJAP="TP-LINK_ym2","12345678"//登錄路由器，路由wifi用戶名和密碼

返回：WIFI CONNECTED

WIFI GOT IP

4）連接TCP服務(wù)器（wifi模塊作為客戶端，計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器，要先打開監(jiān)聽）

首先要打開軟件網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手，協(xié)議類型為TCP Server，點(diǎn)擊開始監(jiān)聽。

指令： AT+CIPSTART="TCP","192.168.0.100",8080

返回：Connect OK

    執(zhí)行以上指令后，wifi模塊就會連接到計(jì)算機(jī)的TCP Server，在網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手上的連接對象欄就會出現(xiàn)WIFI模塊的IP地址及端口號，如下圖所示：

5）使能透傳模式

指令：AT+CIPMODE=1

返回：OK

6）透傳發(fā)送數(shù)據(jù)

指令：AT+CIPSEND

返回：>(在此提示下可以發(fā)送數(shù)據(jù))

7）退出透傳數(shù)據(jù)發(fā)送

指令：+++（去掉串口助手中發(fā)送新行選項(xiàng)）

返回：返回到AT指令模式

執(zhí)行了以上的AT指令以后，用串口調(diào)試助手和網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手就可以實(shí)現(xiàn)WIFI模塊通過路由器和計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信了。

3、WIFI模塊和手機(jī)進(jìn)行通信（WIFI模塊作為客戶端，手機(jī)作為服務(wù)器）

4）連接TCP服務(wù)器（wifi模塊作為客戶端，手機(jī)作為服務(wù)器，要先打開監(jiān)聽）

首先在手機(jī)上安裝有人網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手的APP，打開APP如下圖所示：

選擇tcp server,點(diǎn)擊配置，設(shè)置手機(jī)的端口號，再點(diǎn)擊激活后，會在手機(jī)屏幕上顯示手機(jī)的IP和端口號，請一定記住IP和端口號，輸入以下指令。

指令： AT+CIPSTART="TCP","192.168.1.122",5000//手機(jī)的IP和端口號

返回：CONNECT OK

執(zhí)行以上指令后，網(wǎng)絡(luò)助手上會顯示wifi模塊的IP和端口號，如下圖：

5）使能透傳模式

指令：AT+CIPMODE=1

返回：OK

6）透傳發(fā)送數(shù)據(jù)

指令：AT+CIPSEND

返回：>(在此提示下可以發(fā)送數(shù)據(jù))

7）退出透傳數(shù)據(jù)發(fā)送

指令：+++（去掉串口助手中發(fā)送新行選項(xiàng)）

返回：返回到AT指令模式

4、多連接 server

目前 AT Demo ESP8266作為服務(wù)器， 需建立多連接作為服務(wù)器， 需建立多連接即可以連接多個(gè)client。

以下為 ESP 8266 作為 softAP建立 TCP 服務(wù)器的舉例 服務(wù)器的舉例 :

1） 設(shè)置 wifi 模式：

AT+CWMODE=3// 設(shè)置為 AP+station共存模式

響應(yīng)： OK

2） 重啟生效

AT+RST

響應(yīng)： OK

3） 啟動(dòng)多連接

AT+CIPMUX=1

響應(yīng)： OK

4） 建立 server

AT+CIPSERVER=1 //默認(rèn)端口 333 333

響應(yīng) ：OK

5） PC 連入設(shè)備 softAP ，PC作client 連接設(shè)備。 連接設(shè)備。

注意， ESP8266 作為 server 有超時(shí)機(jī)制， 如果連接建立后超時(shí)機(jī)制， 如果連接建立后一段 時(shí)間內(nèi)無數(shù)據(jù)來往， server 會將 client 踢掉。請?jiān)?PC 工具連上 ESP8266 后建立一個(gè) 2s 的循環(huán)數(shù)據(jù)發(fā)送，用于保持連接。

6） 發(fā)送數(shù)據(jù)

AT+CIPSEND=0，4 // 0是設(shè)備的通信號，4表示四個(gè)字節(jié)

響應(yīng)： SEND OK

7） 接收數(shù)據(jù)

+IPD,n:xxxxxxxxxx // n表示通信號 ，xxxxx 為數(shù)據(jù)


四、WIFI模塊通過網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)通信的編程實(shí)現(xiàn)

特別提示：單片機(jī)開發(fā)板通過串口發(fā)送AT指令測試WIFI模塊時(shí)，模塊的UTXD、URXD要分別和單片機(jī)串口的RX和TX連接。

   用單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)的AT指令程序語句如下：

              uart_sendstring("AT+RST\r\n");

              delay(50);

    uart_sendstring("AT+CWMODE=3\r\n");            

              delay(20);

    uart_sendstring("AT+CWJAP=\"TP-LINK_ym2\",\"12345678\"\r\n");

              delay(50);

    uart_sendstring("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"192.168.0.110\",8080\r\n");

              delay(20);

    uart_sendstring("AT+CIPMODE=1\r\n");//使能透傳模式

              delay(20);

              uart_sendstring("AT+CIPSEND\r\n");//透傳發(fā)送數(shù)據(jù)

    delay(20)注意：如用定時(shí)器0定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，串口中斷優(yōu)先級一定要高于定時(shí)器0中斷。

五、WIFI模塊和手機(jī)進(jìn)行通信的編程實(shí)現(xiàn)

   用單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)的AT指令程序語句如下：

              uart_sendstring("AT+RST\r\n");

              delay(50);

    uart_sendstring("AT+CWMODE=3\r\n");            

              delay(20);

    uart_sendstring("AT+CWJAP=\"手機(jī)熱點(diǎn)名\",\"密碼\"\r\n");

              delay(50);

    uart_sendstring("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"192.168.1.122\",5000\r\n");//wifi作為 TCP client,手機(jī)作為TCP服務(wù)器， 連接 TCP server:

              delay(50);

    uart_sendstring("AT+CIPMODE=1\r\n");//使能透傳模式

              delay(20);

              uart_sendstring("AT+CIPSEND\r\n");//透傳發(fā)送數(shù)據(jù)

delay(20);

六、基于ONENET的簡易智能家居系統(tǒng)

OneNET是由中國移動(dòng)打造的PaaS物聯(lián)網(wǎng)開放平臺。平臺能夠幫助開發(fā)者輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)備接入與設(shè)備連接，快速完成產(chǎn)品開發(fā)部署。OneNET物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)已經(jīng)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)控、遠(yuǎn)程抄表、智慧農(nóng)業(yè)、智能家電、智能硬件、節(jié)能減排、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、物流跟蹤等多種商業(yè)領(lǐng)域。
到目前為止平臺支持的公開接入?yún)f(xié)議主要包括HTTP、EDP、MQTT,、MODBUS、JT/T808五種，本設(shè)計(jì)采用HTTP接入ONENET。
1、用網(wǎng)絡(luò)助手連接ONENET，上傳數(shù)據(jù)到ONENET

1）注冊O(shè)NENET用戶

進(jìn)入ONENET主頁（ https://open.iot.10086.cn/），如下圖，注冊帳號。

2）進(jìn)入開發(fā)者中心，創(chuàng)建產(chǎn)品

3）創(chuàng)建設(shè)備

請記住設(shè)備的ID號和產(chǎn)品的APIKEY

4）計(jì)算作為TCP客戶端，上傳數(shù)據(jù)到ONENET

ONENET云平臺HTTP接入?yún)f(xié)議服務(wù)器IP:183.230.40.33，端口號：80

發(fā)送數(shù)據(jù)的格式指令如下，指令格式不能有錯(cuò)，否則云平臺接收不到數(shù)據(jù)。

    POST /devices/32161187/datapoints?type=3 HTTP/1.1（紅色的為設(shè)備的ID號）

api-key: 87fKUPvenMiyB8lXgng=u0OY5eU= （產(chǎn)品的唯一APIKEY ）

Host: api.heclouds.com

Content-Length: 15(回車換行)

（回車換行)

{wendu":23}(回車換行)

數(shù)據(jù)發(fā)送成功以后，可以在ONENET平臺觀察到上傳的數(shù)據(jù)，如下圖：

如果想通過網(wǎng)頁來瀏覽上傳的數(shù)據(jù)，可以通過應(yīng)用管理，創(chuàng)建應(yīng)用的方式創(chuàng)建應(yīng)用，并通過網(wǎng)址來訪問。

2、把wifi模塊作為TCP客戶端，通過串口助手把數(shù)據(jù)上傳到ONENET

1)wifi模塊登錄路由器，登錄ONENET

    此步驟和前面所學(xué)的wifi模塊登錄計(jì)算機(jī)作為TCP服務(wù)器完全相同，這里不再贅述。

2）通過串口助手把數(shù)據(jù)上傳到ONENET

    因?yàn)橐淮伟l(fā)多條指令，所以使用一次發(fā)送多條指令的XCOM串口助手。如下圖

   ONENET平臺一樣可以接收到上傳的數(shù)據(jù)。

3）通過編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳

（1）登錄ONENET函數(shù)

  1. void tcpserverlogin(void)

  3. {

  5.     uart_sendstring("AT+RST\r\n");

  7.               delay(50);

  9.     uart_sendstring("AT+CWMODE=3\r\n");            

  11.               delay(50);

  13.               uart_sendstring("AT+CWJAP=\"TP-LINK_ym2\",\"12345678\"\r\n");

  15.               delay(100);

  17.     uart_sendstring("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"183.230.40.33\",80\r\n");

  19.     delay(50);

  21.     uart_sendstring("AT+CIPMODE=1\r\n");//使能透傳模式

  23.               delay(20);

  25.               uart_sendstring("AT+CIPSEND\r\n");//透傳發(fā)送數(shù)據(jù)

  27.     delay(20);

  29.     }

  31. （2）上傳數(shù)據(jù)函數(shù)

  33. void senddata(void)

  35. {

  37.      uart_sendstring("POST /devices/32161187/datapoints?type=3 HTTP/1.1\r\n");

  39.                  delay20ms();                                                                       

  41.                  uart_sendstring("api-key:87fKUPvenMiyB8lXgng=u0OY5eU=\r\n");

  43.                  delay20ms();

  45.                  uart_sendstring("Host:api.heclouds.com\r\n");                           

  47.                  delay20ms();

  49.                  uart_sendstring("Content-Length:15\r\n");

  51.                  delay20ms();

  53.                  uart_sendstring("\r\n");

  55.                  delay20ms();

  57.        uart_sendstring("{\"wendu\":");

  59.        delay20ms();

  61.        uart_sendstring(wd);//12.6   

  63.        uart_sendstring("}\r\n");

  65.        delay20ms();

  67.        uart_sendstring("\r\n");                       

  69.        delay(100);  

  71. }

復(fù)制代碼


完整的Word格式文檔51黑下載地址：

物聯(lián)網(wǎng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo).docx (1.18 MB, 下載次數(shù): 68)



作者: yb1988001    時(shí)間: 2018-12-24 11:10
謝謝分享



歡迎光臨 (http://www.torrancerestoration.com/bbs/) Powered by Discuz! X3.1