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[资料] 利用单片机快速实现家庭智能控制平台

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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2017-6-29 10:32:40 |显示全部楼层
      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。

    01.jpg

      2、直流小电机的使用方法

    02.jpg

      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

              03.png

      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
    --
    GND
    A
      
    TPYBoard  v202
      
    发光二极管
    G4
    正极
    GND
    负极

      我的实物连接图

    03-02.jpg

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

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

    04.png

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

    05.png

      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。

    06.png

      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。

    07.png

      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。

    08.png

      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。

    09.png

      (2)输入正确的,进入控制平台。

    10.png

      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。

    11.jpg


    12.jpg


      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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