智能家居控制系统设计方案

DS小龙哥-嵌入式技术 2022-02-28 7077

DS小龙哥-嵌入式技术

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描述

​ 一、环境介绍

单片机采用：STM32F103C8T6

上网方式：采用ESP8266，也可以使用其他设备代替，只要支持TCP协议即可。比如：GSM模块、有线网卡等。

云平台: 采用中国移动OneNet.  也可以采用腾讯、阿里云、华为云、百度天工物接入、机智云等等。 前面文章有讲解。

协议： 采用MQTT协议

开发软件：keil5

 

二、包含的硬件与实物图介绍

1. 一个光敏电阻传感器

2. 一个DHT11温湿度传感器

3. 一个MQ-5 液化气/天然气/煤气监测传感器

4. 一个MQ-2 烟雾传感器

5. 3盏LED灯表示窗帘开关、空调开关、电视开关

6. 联网WIFI采用: ESP8266

7. 最小系统板: STM32F103C8T6

8. 物联网服务器: OneNet平台

9. 物联网手机APP: 设备云

设备云APP下载地址（Android）:  onenet设备云.zip-桌面系统文档类资源-CSDN下载

智能家居智能家居

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智能家居智能家居

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智能家居智能家居

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三、功能介绍

这是基于STM32设计的智能家居控制系统，采用ESP8266连接OneNet云平台。

设备端可以实时采集烟雾浓度、温湿度、煤气天然气浓度到云平台，在云平台网页端或者手机APP上可以远程查看数据，还可以点击云平台界面上的按钮，完成对家里的电器设备控制：窗帘开关、空调开关、电视开关(采用LED灯模拟)等。 

智能家居智能家居

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智能家居智能家居

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智能家居智能家居

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智能家居智能家居

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智能家居智能家居

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四、OneNet创建设备

从0开始创建OneNet设备，参考这里：STM32+ESP8266+MQTT协议连接OneNet物联网平台_DS小龙哥的专栏-CSDN博客_esp8266mqtt协议

首地址：OneNET - 中国移动物联网开放平台

智能家居智能家居

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智能家居智能家居

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智能家居智能家居

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智能家居智能家居

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这是STM32设备端连接OneNet串口打印的提示信息： 

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登录成功的效果：

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数据流收到物联网终端上传的信息。

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查看设计的网页界面：

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智能家居智能家居

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五、程序下载介绍

 

智能家居智能家居

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点击开始编程之后，按下开发板上的RST按钮，即可启动下载。

六、STM32设备端代码

智能家居智能家居

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6.1 esp8266.c

#include "esp8266.h"

struct ESP8266_WIFI esp8266_wifi;


/*
函数功能: 配置ESP8266WIFI为AP模式+TCP服务器模式
函数参数:
        char *ssid  :将要创建的WIFI热点名称(英文字母)
        char *password :将要创建的WIFI热点密码(最短长度8位)
        u16 port :TCP服务器的端口号(0~65535)
返 回 值:0表示成功,其他值表示失败
*/
u8 ESP8266_AP_TCP_ServerMode(const char *ssid,const char *password,u16 port)
{
    u8 i;
    char *find_str=NULL;
    char cmd_buffer[100];
    /*1. 发送测试指令,检测WIFI是否正常*/
    printf("发送测试指令,检测WIFI是否正常...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("AT\r\n"))return 1;
    /*2. 关闭回显*/
    printf("关闭回显...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 2;
    /*3. 设置当前WIFI的模式为AP模式*/
    printf("设置当前WIFI的模式为AP模式...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=2\r\n"))return 3;
    /*4. 复位模块,设置的模式必须复位之后才会生效*/
    printf("复位模块...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n"))return 4;
    DelayMs_72M(1000);
    DelayMs_72M(1000);
    DelayMs_72M(1000);
    DelayMs_72M(1000);
    /*5. 关闭回显*/
    printf("关闭回显...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 5;
    /*6. 设置创建的热点信息*/
    printf("设置创建的热点信息...\n");
    snprintf(cmd_buffer,100,"AT+CWSAP=\"%s\",\"%s\",1,4\r\n",ssid,password);
    if(ESP8266_SendCmd(cmd_buffer))return 6;
    /*7. 开启多连接,在服务器模式下才可开启*/
    printf("开启多连接...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=1\r\n"))return 7;
    /*8. 设置端口号(0~65535)*/
    printf("设置端口号...\n");
    snprintf(cmd_buffer,100,"AT+CIPSERVER=1,%d\r\n",port);
    if(ESP8266_SendCmd(cmd_buffer))return 8;
    /*9.查询本地IP地址*/
    printf("查询本地IP地址...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("AT+CIFSR\r\n"))return 9;
    
    /*10. 保存WIFI的信息*/
    esp8266_wifi.port=port;
    strcpy(esp8266_wifi.mode,"AP");
    
    //提取IP地址
    /*
    IP地址=+CIFSR:APIP,"192.168.4.1"
           +CIFSR:APMAC,"86:f3:eb:17:e6:86"
    */
    find_str=strstr((char*)USART3_RX_BUFF,"APIP");
    if(find_str) //判断是否查找成功
    {
        find_str+=6;
        for(i=0;*find_str!='"';i++)
        {
            esp8266_wifi.ip[i]=*find_str;
            find_str++;
        }
        esp8266_wifi.ip[i]='\0';
    }
    USART3_RX_FLAG=0;
    USART3_RX_CNT=0;
    
    printf("当前WIFI模式:%s\n",esp8266_wifi.mode);
    printf("当前网络协议类型:%s\n","TCP");
    printf("当前网络通信模式:%s\n","server");
    printf("当前网络端口号:%d\n",esp8266_wifi.port);
    printf("本地网络IP地址:%s\n",esp8266_wifi.ip);
    return 0;
}

/*
函数功能:向ESP8266wifi发送指令
说明:该函数只是适用于成功后返回OK的指令
返回值: 0表示成功 1表示失败
*/
u8 ESP8266_SendCmd(char *cmd)
{
   u8 i,j;
   for(i=0;i<5;i++) //测试的总次数
   {
      USART3_RX_FLAG=0;
      USART3_RX_CNT=0;
      USART_X_SendString(USART3,cmd);
      for(j=0;j<200;j++) //等待的时间(ms单位)
      {
          if(USART3_RX_FLAG)
          {
              USART3_RX_BUFF[USART3_RX_CNT]='\0';
							printf("USART3_RX_BUFF=%s\r\n",USART3_RX_BUFF);
              if(strstr((char*)USART3_RX_BUFF,"OK\r\n"))
              {
                  return 0;
              }
              else break;
          }
          DelayMs_72M(2); //一次的时间
      }
   }
   return 1;
}

/*
函数功能:ESP8266wifi处于TCP服务器模式下的数据发送函数
函数参数:
        u8 id      :已经连接服务器的客户端ID号
        char *data :将要发送数据(字符串)
返回值: 0表示成功 1表示失败
说明:只有在TCP服务器模式下才可使用该函数

OK
> 
Recv 12 bytes
SEND OK
*/
u8 ESP8266_ServerSendData(u8 id,char *data)
{
   u32 i,j,n;
   char cmd[100];
   snprintf(cmd,1024,"AT+CIPSEND=%d,%d\r\n",id,strlen(data));
   for(i=0;i<5;i++) //测试的总次数
   {
      USART3_RX_FLAG=0;
      USART3_RX_CNT=0;
      USART_X_SendString(USART3,cmd);
      for(j=0;j<200;j++) //等待的时间(ms单位)
      {
          if(USART3_RX_FLAG)
          {
              USART3_RX_BUFF[USART3_RX_CNT]='\0';
              if(strstr((char*)USART3_RX_BUFF,">")) //开始发送数据
              {
                  USART3_RX_FLAG=0;
                  USART3_RX_CNT=0;
                  USART_X_SendString(USART3,data); //发送数据
                  for(n=0;n<10000;n++)
                  {
                      if(USART3_RX_FLAG)
                      {
                          USART3_RX_BUFF[USART3_RX_CNT]='\0';
                          if(strstr((char*)USART3_RX_BUFF,"SEND OK")) //开始发送数据
                          {
                              USART3_RX_FLAG=0;
                              USART3_RX_CNT=0;
                              return 0;
                          }
                          else return 1;
                      }
                      DelayMs_72M(1); //一次的时间 
                  }
              }
              else break;
          }
          DelayMs_72M(5); //一次的时间
      }
   }
   return 1;
}

/*
函数功能: 设置STA模式下连接的热点信息
返 回 值: 0表示成功,1表示失败

连接成功的提示符:
WIFI DISCONNECT
WIFI CONNECTED
WIFI GOT IP
OK
*/
u8 ESP8266_STA_ModeConnectWIFI(char *cmd)
{
   u32 i,j;
   for(i=0;i<3;i++) //测试的总次数
   {
      USART3_RX_FLAG=0;
      USART3_RX_CNT=0;
      USART_X_SendString(USART3,cmd);
      for(j=0;j<30000;j++) //等待的时间(ms单位)
      {
          if(USART3_RX_FLAG)
          {
              USART3_RX_BUFF[USART3_RX_CNT]='\0';
              if(strstr((char*)USART3_RX_BUFF,"OK"))
              {
                  return 0;
              }
              else
              {
                  memset(USART3_RX_BUFF,0,sizeof(USART3_RX_BUFF));
                  USART3_RX_FLAG=0;
                  USART3_RX_CNT=0;
              }              
          }
          DelayMs_72M(1); //一次的时间
      }
   }
   return 1;
}


/*
函数功能: 用于在客户端模式下,连接服务器
返 回 值: 0表示成功,1表示失败
连接成功的提示符:CONNECT
*/
u8 ESP8266_ConnectServer(char *cmd)
{
   u32 i,j;
   for(i=0;i<5;i++) //测试的总次数
   {
      USART3_RX_FLAG=0;
      USART3_RX_CNT=0;
      USART_X_SendString(USART3,cmd);
      for(j=0;j<10000;j++) //等待的时间(ms单位)
      {
          if(USART3_RX_FLAG)
          {
              USART3_RX_BUFF[USART3_RX_CNT]='\0';
              if(strstr((char*)USART3_RX_BUFF,"CONNECT"))
              {
                  return 0;
              }
              else
              {
                  memset(USART3_RX_BUFF,0,sizeof(USART3_RX_BUFF));
                  USART3_RX_FLAG=0;
                  USART3_RX_CNT=0;
              }              
          }
          DelayMs_72M(1); //一次的时间
      }
   }
   return 1;
}


/*
函数功能: 配置ESP8266WIFI为STA模式+TCP客户端模式
函数参数:
        char *ssid  :将要连接的WIFI热点名称(英文字母)
        char *password :将要连接的WIFI热点密码(最短长度8位)
        u16 port :TCP服务器的端口号(0~65535)
返 回 值:0表示成功,其他值表示失败
*/
u8 ESP8266_STA_TCP_ClientMode(const char *ssid,const char *password,char *server_ip,u16 port)
{
    u8 i;
    char *find_str=NULL;
    char cmd_buffer[100];
    /*1. 发送测试指令,检测WIFI是否正常*/
    printf("发送测试指令,检测WIFI是否正常...\n");    
    for(i=0;i<10;i++)
    {
        if(ESP8266_SendCmd("AT\r\n")) //可能WIFI正处于透传模式，无法接收指令
        {
           USART_X_SendString(USART3,"+++"); //退出透传模式
           DelayMs_72M(80); //等待退出透传模式
        }
        else break;
    }
    if(i==10)return 1; //检测失败
   
    /*2. 关闭回显*/
    printf("关闭回显...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 2;
    /*3. 设置当前WIFI的模式为STA模式*/
    printf("设置当前WIFI的模式为STA模式...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=1\r\n"))return 3;
    /*4. 复位模块,设置的模式必须复位之后才会生效*/
    printf("复位模块...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n"))return 4;
    DelayMs_72M(1000);
    DelayMs_72M(1000);
    DelayMs_72M(1000);
    DelayMs_72M(1000);
    /*5. 关闭回显*/
    printf("关闭回显...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n"))return 5;
    /*6. 设置连接的热点信息*/
    printf("设置连接的热点信息...\r\n");
		
    snprintf(cmd_buffer,100,"AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"\r\n",ssid,password);
		printf("cmd_buffer=%s",cmd_buffer);
    if(ESP8266_STA_ModeConnectWIFI(cmd_buffer))return 6;
    
    /*7. 开启单连接,在客户端模式下才可开启*/
    printf("开启单连接...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=0\r\n"))return 8;
    
    /*8.查询本地IP地址*/
    printf("查询本地IP地址...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("AT+CIFSR\r\n"))return 7;
    
    /*9. 保存WIFI的信息*/
    esp8266_wifi.port=port;
    strcpy(esp8266_wifi.mode,"STA");
    
    //提取IP地址
    /*
    +CIFSR:STAIP,"192.168.1.115"
    +CIFSR:STAMAC,"84:f3:eb:17:e6:86"
    */
    find_str=strstr((char*)USART3_RX_BUFF,"STAIP");
    if(find_str) //判断是否查找成功
    {
        find_str+=7;
        for(i=0;*find_str!='"';i++)
        {
            esp8266_wifi.ip[i]=*find_str;
            find_str++;
        }
        esp8266_wifi.ip[i]='\0';
    }
    
    /*10. 连接服务器*/
    printf("开始连接服务器...\n");
    snprintf(cmd_buffer,100,"AT+CIPSTART=\"TCP\",\"%s\",%d\r\n",server_ip,port);
    if(ESP8266_ConnectServer(cmd_buffer))return 9;
    
    /*11. 开启透传模式*/
    printf("开启透传模式...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=1\r\n"))return 10;
    
    /*12. 开始透传*/
    printf("开始透传...\n");
    if(ESP8266_SendCmd("AT+CIPSEND\r\n"))return 11;
    
    printf("当前WIFI模式:%s\r\n",esp8266_wifi.mode);
    printf("当前网络协议类型:%s\r\n","TCP");
    printf("当前网络通信模式:%s\r\n","Client");
    printf("连接的服务器端口号:%d\r\n",esp8266_wifi.port);
    printf("连接的服务器IP地址:%s\r\n",server_ip);
    printf("本地的IP地址:%s\r\n",esp8266_wifi.ip);
    return 0;
}
智能家居

6.2 esp8266.h

#ifndef ESP8266_H
#define ESP8266_H
#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"
#include "key.h"
#include "led.h"
#include 
#include 


u8 ESP8266_SendCmd(char *cmd);
u8 ESP8266_AP_TCP_ServerMode(const char *ssid,const char *password,u16 port);
u8 ESP8266_ServerSendData(u8 id,char *data);
u8 ESP8266_STA_TCP_ClientMode(const char *ssid,const char *password,char *server_ip,u16 port);

struct ESP8266_WIFI
{
   u16 port;
   char mode[10]; //sta/ap
   char ip[10];   //ip地址
};
extern struct ESP8266_WIFI esp8266_wifi;
#endif
智能家居

6.3 main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include 
#include "adc.h"
#include "esp8266.h"
#include "timer.h"
#include "rtc.h"
#include "dht11.h"
//网络协议层
#include "onenet.h"
//协议封装文件
#include "dStream.h"

/*WIFI信息配置---将要连接的WIFI信息*/
#define WIFI_NAME "Xiaomi_meizi6"
#define WIFI_PASSWORD "12170307yu"

/*Onenet服务器地址:固定的*/
#define SERVER_IP "183.230.40.39"
#define SERVER_PORT 6002

//产品ID
const char OneNetPROID[]="332761";
//鉴权信息 access_key
const char OneNetAUTH_INFO[]="1234567890";
//设备ID
char OneNetDEVID[]="590592359";
//ApiKey
char OneNetAPI_KEY[]="fTgT3L9k3gyalPDMeojEEPrwzlo=";

//onenet数据点定义
DATA_STREAM data_stream[]=
{
	{"DHT11_T","66",TYPE_STRING,1}, //温度
	{"DHT11","66",TYPE_STRING,1}, //湿度
	{"Light","66",TYPE_STRING,1}, //光照强度
	{"MQ2","66",TYPE_STRING,1}, //烟雾浓度
	{"MQ5","66",TYPE_STRING,1}, //液化气浓度
};

char *WIFI_STAT; //WIFI状态指针
//u8 temp,humi;
char DisplayDataBuffer[20];
u8 GL5637_Info[10];  			//光敏传感器信息
u8 TEMP_Info[10];
u8 HUMI_Info[10];
u8 MQ2_Info[10];
u8 MQ5_Info[10];

/*
工程内容介绍: 物联网开发平台全功能测试代码! 支持上位机控制
编写日期    : 20200403
版本        : v4.0
*/
int main(void)
{	
    int cnt_OneNet_time=0;
    u32 time_cnt=0; //记录时间
    u16 GL5637_temp=0; //光敏信息
    u8 ESP8266_Stat;
    u8 temp,humi;
    u16 mq2_temp,mq5_temp;

    LedInit();
    KeyInit();
    USART_X_Init(USART1,72,115200);
    USART_X_Init(USART3,36,115200); //WIFI的波特率为115200
    ADC1_Init();     			    //ADC初始化
    Timer2Init(72,10000); 		    //10ms中断一次，辅助串口3接收数据--WIFI数据
    printf("DHT11=%d\r\n",DHT11_Init());
    //连接至指定的WIFI
    ESP8266_Stat=ESP8266_STA_TCP_ClientMode(WIFI_NAME,WIFI_PASSWORD,SERVER_IP,SERVER_PORT);
    if(ESP8266_Stat)
    {
         printf("ESP8266_Stat=%d\r\n",ESP8266_Stat);
         WIFI_STAT="WIFIConnectERROR";
    }
    else
    {
            WIFI_STAT="WIFI Connect OK";
            //接入OneNET
            while(OneNet_DevLink())
            {
                 printf("Connect OneNet..\r\n");
                 DelayMs_72M(500); 
                 LED=!LED;
            }
            
    }
    while(1)
    {  
        cnt_OneNet_time++;//用于控制向服务器上传数据点的频率			
        /*轮询扫描数据*/
        if(USART3_RX_FLAG)
        {
            USART3_RX_BUFF[USART3_RX_CNT]='\0';
            //解析平台返回的数据
            OneNet_RevPro(USART3_RX_BUFF);
            USART3_RX_CNT=0;
            USART3_RX_FLAG=0;
            memset(USART3_RX_BUFF,0,sizeof(USART3_RX_BUFF));
        }
        
            /*获取光敏数据*/
            GL5637_temp=ADC1_GetCHxVal(8);
            sprintf((char*)GL5637_Info,"%d",GL5637_temp); //保存光敏传感器信息，上传给上位机
          /*获取烟雾浓度数据*/
            mq2_temp=ADC1_GetCHxVal(1);
            sprintf((char*)MQ2_Info,"%d",mq2_temp); //保存MQ2传感器信息，上传给上位机
          /*获取液化气浓度数据*/
            mq5_temp=ADC1_GetCHxVal(2);
            sprintf((char*)MQ5_Info,"%d",mq5_temp); //保存MQ5传感器信息，上传给上位机
            /*获取温湿度*/
            if(DHT11_Read_Data(&temp,&humi)==0)
            {
                sprintf((char*)TEMP_Info,"%d",temp); //保存温度传感器信息，上传给上位机
                sprintf((char*)HUMI_Info,"%d",humi); //保存温度传感器信息，上传给上位机
            }
            DelayMs_72M(1); //延时1ms
            time_cnt++;
            if(cnt_OneNet_time>=200 &&ESP8266_Stat==0)
            {
                cnt_OneNet_time=0; //清0
                data_stream[0].dataPoint=TEMP_Info;
                data_stream[1].dataPoint=HUMI_Info;
                data_stream[2].dataPoint=GL5637_Info;
                data_stream[3].dataPoint=MQ2_Info;
                data_stream[4].dataPoint=MQ5_Info;
                printf("GL5637_Info=%s\r\n",GL5637_Info);
                printf("temp=%s,humi=%s\r\n",TEMP_Info,HUMI_Info);
                printf("MQ2_Info=%s\r\n",MQ2_Info);
                printf("MQ5_Info=%s\r\n",MQ5_Info);
                //向OneNet云端服务器上传数据点
                OneNet_SendData(FORMAT_TYPE1,OneNetDEVID,OneNetAPI_KEY,data_stream,5);
                printf("发送成功\r\n"); 
            }
            /*轮询扫描数据*/
            if(USART3_RX_FLAG)
            {
                USART3_RX_BUFF[USART3_RX_CNT]='\0';
                //解析平台返回的数据
                OneNet_RevPro(USART3_RX_BUFF);
                USART3_RX_CNT=0;
                USART3_RX_FLAG=0;
                memset(USART3_RX_BUFF,0,sizeof(USART3_RX_BUFF));
            }
    }
}
智能家居

审核编辑：汤梓红

 

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