利用单片机快速实现家庭智能控制平台

TurnipSmart

　　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。

　　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

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
   
8. 
   
9. led_flag=Pin(2, Pin.OUT)#esp8266模块上的小灯 高电平:灭 低电平:亮
   
10. led = Pin(4, Pin.OUT)#发光二极管的控制引脚
    
11. motor = Pin(5, Pin.OUT)#直流电机的控制引脚
    
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():#判断是否连接
    
20.         sta_if.active(True)
    
21.         sta_if.connect(ssid,pwd)#ssid:WIFI名称 pwd:WIFI 密码
    
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):
    
27. 
    
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.                 #说明是第一次访问，输入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.                     #判断是否是用户登录
    
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.                     #判断是否是控制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.                     #判断是否是控制电机
    
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')#家中网络的WIFI名称和密码
     
114. print(myip_)
     
115. main(myip_,dev_html,login_html,name,pwd)
     

复制代码

login.html登录页面

1. <html>
   
2.     <head>
   
3.         <title>智能家庭网络</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>欢迎登录智能家庭网络平台</h2>
    
16.             <form action="/" method="get" accept-charset="utf-8">
    
17.                 <p>用户名: <input type="text" name="name"  /></p>  
    
18.                 <p>密 码:  <input type="password" name="pwd"  /></p>
    
19.                 <input type="Submit" value="登录"  />         
    
20.                
    
21.             </form>
    
22.         </center>
    
23.     </body>
    
24. </html>

复制代码

device.html控制页面

1. <html>
   
2.     <head>
   
3.         <title>智能家庭网络平台</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>欢迎使用智能家庭网络-控制平台</h2>
    
16.             <form action="/" method="get" accept-charset="utf-8">
    
17.                 <p>灯光: <input type="Submit" value="ON" name="led" /> <input type="Submit" value="OFF" name="led" /></p>  
    
18.                 <p>风扇: <input type="Submit" value="ON" name="motor" /> <input type="Submit" value="OFF" name="motor" /></p>         
    
19.                
    
20.             </form>
    
21.         </center>
    
22.     </body>
    
23. </html>

复制代码

fail.html登录错误页面（就是把login.html稍做了一下改动）

1. <html>
   
2.     <head>
   
3.         <title>智能家庭网络</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>欢迎登录智能家庭网络平台</h2>
    
16.             <form action="/" method="get" accept-charset="utf-8">
    
17.                 <p style="color:red">用户名或密码错误！</p>
    
18.                 <p>用户名: <input type="text" name="name"  /></p>  
    
19.                 <p>密 码:  <input type="password" name="pwd"  /></p>
    
20.                 <input type="Submit" value="登录"  />         
    
21.                
    
22.             </form>
    
23.         </center>
    
24.     </body>
    
25. </html>

复制代码

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。

1. admin,123456

复制代码

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