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簡易智能家居系統 一、任務和要求 1、任務 設計并制作一套簡易智能家居系統。系統結構如下圖所示。 2、要求 1）51單片機（終端結點）能實現溫度的測量，并能將溫度在LCD顯示器上顯示； 2）51單片機（終端結點）能檢測有無火災發生，并將火警送LCD顯示器上顯示； 3）51單片機（終端結點）能實現對D1、D2、D3三盞LED燈的開關的控制，并將燈的工作狀態送LCD顯示器顯示； 4）51單片機通過串口WIFI模塊連接，把WIFI模塊設置成透傳工作模式，WIFI模塊通過路由器連接上所在的網絡； 5）通過網絡調試助手將計算機設置成TCP SERVER，并通過網絡調試助手實現溫度的采集與顯示、火警狀態顯示、LED燈工作狀態的顯示，并能通過網絡調試助手控制LED燈的工作； 6）用有人手機網絡調試助手將手機設置成TCP SERVER，實現用手機顯示溫度、火警狀態、LED燈的工作狀態，并能通過手機網絡調試助手控制LED燈的工作。 7）將終端結點的工作狀態上傳到ONENET物聯網云平臺。 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單片機為核心，用溫度傳感器DS18B20測量溫度，通過火災傳感器檢測有無火災發生，用獨立按鍵開關三盞LED燈，并將溫度和LED燈的工作狀態在LCD1602上顯示。 1）獨立按鍵 2）1602LCD顯示器接口 3）LED模塊 分別用單片機開發板上的K1、K2、K3這三個按鍵模擬開關，用開發板上的D5、D6、D7三個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、數字、符號等點陣式 LCD，目前常用 16*1， 16*2，20*2 和 40*2 行等的模塊。本設計中用的顯示器為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，是否帶背光在應用中并無差別。其詳細資料請看“LCD1602中文資料”。 
在本設計中，為同學們提供了LCD1602的驅動文件lcd.c和lcd.h，可調用的函數及功能如下： void Lcd1602_Delay1ms(uint c); //誤差 0us void Read_Busy(); //忙檢測函數，判斷bit7是0，允許執行；1禁止 void Lcd1602_Write_Cmd(unsigned char cmd); //寫命令 void Lcd1602_Write_Data(unsigned char dat); //寫數據 void LcdSetCursor(unsigned char x,unsigned char y); //坐標顯示 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 僅需要一條口線即可實現微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 單總線具有經濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環境的現場溫度測量，使用方便等優點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入全新概念。 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，精度為 ± 0.5°C 。 其主要特點、內部結構和工作時序請詳見“數字溫度傳感器DS18B20的應用”PPT。 2）DS18B20進行一次溫度的轉換 （1）主機先作個復位操作， （2）主機再寫跳過ROM的操作（CCH）命令， （3）然后主機接著寫個轉換溫度的操作命令，后面釋放總線至少一秒，讓DS18B20完成轉換的操作。在這里要注意的是每個命令字節在寫的時候都是低字節先寫，例如CCH的二進制為11001100，在寫到總線上時要從低位開始寫，寫的順序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。整個操作的總線狀態如下圖。 3）讀取DS18B20的溫度 讀取RAM內的溫度數據。同樣，這個操作也要接照三個步驟。 （1）主機發出復位操作并接收DS18B20的應答（存在）脈沖。 （2）主機發出跳過對ROM操作的命令（CCH）。 （3）主機發出讀取RAM的命令（BEH），隨后主機依次讀取DS18B20發出的從第0一第8，共九個字節的數據。如果只想讀取溫度數據，那在讀完第0和第1個數據后就不再理會后面DS18B20發出的數據即可。同樣讀取數據也是低位在前的。整個操作的總線狀態如下圖： 4）18B20的驅動程序 本設計中使用DS18B20的驅動程序ds18b20.c和ds18b20.h，文件中提供了如下的函數。 void Delay_OneWire(unsigned int t);//單總線延時函數 void Write_DS18B20(unsigned char dat);//通過單總線向DS18B20寫一個字節 unsigned char Read_DS18B20(void);//從DS18B20讀取一個字節 bit init_ds18b20(void);//DS18B20設備初始化 5）18B20測溫流程圖 要點： 1、在讀取溫度數據時，是低8位在前，高8位在后，需要將這兩個數據合并為一個數據; 2、讀取的溫度是補碼形式表示的，需將轉換成原碼; 3、求實際溫度公式：temp=tp*0.0625*100+0.5（tp為浮點開數據，temp為無符號整形數據，此數據為實際溫度的100倍），乘上100是為溫度小數后保留2位，加上0.5起校正數據的作用。 4、將溫度數據存入數組時，需將各位數據分離開來，再存入數組，例： datatemp[0] = temp / 10000+0x30; datatemp[1] = temp % 10000 / 1000+0x30; 功能說明: 編程時，用變量receivedata接收串口助手發送過來的單個字符數據，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關閉D1、D2和D3燈，其程序流程圖如下： 功能說明: 編程時，用字符數組receivedata接收串口助手發送過來的字符串數據，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關閉D1、D2和D3燈，其程序流程圖參考用單個字符控制LED燈工作的流程圖。 1、ESP8266WIFI模塊簡介 ESP8266是一個完整且成體系的WIFI網絡解決方案，能夠搭載軟件應用，或通過另一個應用處理器卸載所有WIFI網絡功能。本設計中我們使用的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據，主要應用于數據量傳輸比較少的場合，比如溫度信息，一些傳感器的開關量等。雖然傳輸的數據量比較少，但也能一次傳輸幾千字節的數據，而且通信非常穩定，可以滿足大多數應用。 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網，手機或電腦通過互聯網實現對設備的遠程控制。 AP模式：默認模式，ESP8266模塊作為熱點，實現手機或電腦直接與模塊通信，實現局域網無線控制。 STA+AP模式：兩種模式的共存模式，即可以通過互聯網控制可實現無縫切換，方便操作。 ESP8266-WIFI模塊僅在單連接狀態，支持透傳模式（TCP CLIENT透傳和UDP透傳）。 3、引腳排列 3、模塊和單片機開發板的連接 GND：接地 GPIO16：其實是RST，低電平復位，所以為了正常工作，連接開發板3.3V電源 VCC：接單片機開發板VCC UTXD、URXD：前者接單片機或USB轉串口模塊的RXD，后者接TXD。單片機P3.0為RX，P3.1為TX。特別注意當用單片機開發板串口測試WIFI模塊時，模塊的UTXD、URXD要分別和單片機串口的TX和RX連接。 GPIO2、GPIO0：懸空 CH_PD：連接開發板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，模塊的UTXD、URXD要分別和單片機串口的TX和RX連接。 測試AT指令時，首先打開串口助手，如下圖： 設置串口號和波特率，波特率一般為115200或9600，本次實驗所用模塊已統一設置成為2400，在串口助手勾發送新行（如下圖所示），然后發送AT，如果先出現OK則說明該模塊能正常工作。 關于AT指令的測試，請同學參考文檔“AT指令集018.pdf”對AT指令進行測試。 2、WIFI模塊通過網絡和計算機通信的AT指令 1）重啟wifi模塊 指令：AT+RST 返回：OK 2）設置WIFI模塊的工作模式 指令：AT+CWMODE=3//設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服務器（wifi模塊作為客戶端，計算機作為服務器，要先打開監聽） 首先要打開軟件網絡調試助手，協議類型為TCP Server，點擊開始監聽。 
指令： AT+CIPSTART="TCP","192.168.0.100",8080 返回：Connect OK 執行以上指令后，wifi模塊就會連接到計算機的TCP Server，在網絡調試助手上的連接對象欄就會出現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）透傳發送數據 指令：AT+CIPSEND 返回：>(在此提示下可以發送數據) 7）退出透傳數據發送 指令：+++（去掉串口助手中發送新行選項） 返回：返回到AT指令模式 執行了以上的AT指令以后，用串口調試助手和網絡調試助手就可以實現WIFI模塊通過路由器和計算機進行數據通信了。 3、WIFI模塊和手機進行通信（WIFI模塊作為客戶端，手機作為服務器） 4）連接TCP服務器（wifi模塊作為客戶端，手機作為服務器，要先打開監聽） 首先在手機上安裝有人網絡調試助手的APP，打開APP如下圖所示： 
選擇tcp server,點擊配置，設置手機的端口號，再點擊激活后，會在手機屏幕上顯示手機的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//手機的IP和端口號 返回：CONNECT OK 執行以上指令后，網絡助手上會顯示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）透傳發送數據 指令：AT+CIPSEND 返回：>(在此提示下可以發送數據) 7）退出透傳數據發送 指令：+++（去掉串口助手中發送新行選項） 返回：返回到AT指令模式 4、多連接 server 目前 AT Demo ESP8266作為服務器， 需建立多連接作為服務器， 需建立多連接即可以連接多個client。 以下為 ESP 8266 作為 softAP建立 TCP 服務器的舉例 服務器的舉例 : 1） 設置 wifi 模式： AT+CWMODE=3// 設置為 AP+station共存模式 響應： OK 2） 重啟生效 AT+RST 響應： OK 3） 啟動多連接 AT+CIPMUX=1 響應： OK 4） 建立 server AT+CIPSERVER=1 //默認端口 333 333 響應 ：OK 5） PC 連入設備 softAP ，PC作client 連接設備。 連接設備。 注意， ESP8266 作為 server 有超時機制， 如果連接建立后超時機制， 如果連接建立后一段 時間內無數據來往， server 會將 client 踢掉。請在 PC 工具連上 ESP8266 后建立一個 2s 的循環數據發送，用于保持連接。 6） 發送數據 AT+CIPSEND=0，4 // 0是設備的通信號，4表示四個字節 響應： SEND OK 7） 接收數據 +IPD,n:xxxxxxxxxx // n表示通信號 ，xxxxx 為數據
四、WIFI模塊通過網絡和計算機通信的編程實現 特別提示：單片機開發板通過串口發送AT指令測試WIFI模塊時，模塊的UTXD、URXD要分別和單片機串口的RX和TX連接。 用單片機發送相應的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");//透傳發送數據 delay(20)注意：如用定時器0定時發送數據時，串口中斷優先級一定要高于定時器0中斷。 五、WIFI模塊和手機進行通信的編程實現 用單片機發送相應的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=\"手機熱點名\",\"密碼\"\r\n"); delay(50); uart_sendstring("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"192.168.1.122\",5000\r\n");//wifi作為 TCP client,手機作為TCP服務器， 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");//透傳發送數據 delay(20); 六、基于ONENET的簡易智能家居系統 OneNET是由中國移動打造的PaaS物聯網開放平臺。平臺能夠幫助開發者輕松實現設備接入與設備連接，快速完成產品開發部署。OneNET物聯網專網已經應用于環境監控、遠程抄表、智慧農業、智能家電、智能硬件、節能減排、車聯網、工業控制、物流跟蹤等多種商業領域。 到目前為止平臺支持的公開接入協議主要包括HTTP、EDP、MQTT,、MODBUS、JT/T808五種，本設計采用HTTP接入ONENET。 1、用網絡助手連接ONENET，上傳數據到ONENET 1）注冊ONENET用戶 進入ONENET主頁（ https://open.iot.10086.cn/），如下圖，注冊帳號。 
2）進入開發者中心，創建產品 
3）創建設備 請記住設備的ID號和產品的APIKEY 
4）計算作為TCP客戶端，上傳數據到ONENET ONENET云平臺HTTP接入協議服務器IP:183.230.40.33，端口號：80 
發送數據的格式指令如下，指令格式不能有錯，否則云平臺接收不到數據。 POST /devices/32161187/datapoints?type=3 HTTP/1.1（紅色的為設備的ID號） api-key: 87fKUPvenMiyB8lXgng=u0OY5eU= （產品的唯一APIKEY ） Host: api.heclouds.com Content-Length: 15(回車換行) （回車換行) {wendu":23}(回車換行) 數據發送成功以后，可以在ONENET平臺觀察到上傳的數據，如下圖： 
如果想通過網頁來瀏覽上傳的數據，可以通過應用管理，創建應用的方式創建應用，并通過網址來訪問。 
2、把wifi模塊作為TCP客戶端，通過串口助手把數據上傳到ONENET 1)wifi模塊登錄路由器，登錄ONENET 此步驟和前面所學的wifi模塊登錄計算機作為TCP服務器完全相同，這里不再贅述。 2）通過串口助手把數據上傳到ONENET 因為要一次發多條指令，所以使用一次發送多條指令的XCOM串口助手。如下圖 
ONENET平臺一樣可以接收到上傳的數據。 3）通過編程實現數據的上傳 （1）登錄ONENET函數 - void tcpserverlogin(void)
- {
- uart_sendstring("AT+RST\r\n");
- delay(50);
- uart_sendstring("AT+CWMODE=3\r\n");
- delay(50);
- uart_sendstring("AT+CWJAP=\"TP-LINK_ym2\",\"12345678\"\r\n");
- delay(100);
- uart_sendstring("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"183.230.40.33\",80\r\n");
- delay(50);
- uart_sendstring("AT+CIPMODE=1\r\n");//使能透傳模式
- delay(20);
- uart_sendstring("AT+CIPSEND\r\n");//透傳發送數據
- delay(20);
- }
- （2）上傳數據函數
- void senddata(void)
- {
- uart_sendstring("POST /devices/32161187/datapoints?type=3 HTTP/1.1\r\n");
- delay20ms();
- uart_sendstring("api-key:87fKUPvenMiyB8lXgng=u0OY5eU=\r\n");
- delay20ms();
- uart_sendstring("Host:api.heclouds.com\r\n");
- delay20ms();
- uart_sendstring("Content-Length:15\r\n");
- delay20ms();
- uart_sendstring("\r\n");
- delay20ms();
- uart_sendstring("{\"wendu\":");
- delay20ms();
- uart_sendstring(wd);//12.6
- uart_sendstring("}\r\n");
- delay20ms();
- uart_sendstring("\r\n");
- delay(100);
- }
完整的Word格式文檔51黑下載地址：
物聯網綜合設計實驗指導.docx
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2018-11-17 20:03 上傳
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