利用單片機快速實現家庭智能控制平臺

ID:130183 · 發表于 2017-6-29 10:40

　　0x00前言

　　一提到智能家庭，大家可能首先想到的是各種大佬級公司搞的牛逼產品，或者說是創新產品。想想就覺得很復雜，有的用工控機，有的用樹莓派，還有的用arduino，不管用什么，都繞不過服務器進行控制，比如yeelink平臺，騰訊的智能硬件平臺等等。其實，真實實現起來，并沒有想想中這么復雜，我們甚至只用一個小的單片機就能實現。

　　0x01單片機實現web服務器

　　探討用單片機來實現web服務器的文章通過baidu也能找到幾篇，但比較詳實的實現方法并沒有找到，這里考慮有兩種思路可以完成，一種是有線的lan模塊，如w5500，這種模塊本身就帶有web服務的部分功能，使用起來比較簡單，但是只能基于lan進行訪問。另一種是通過stm32等單片機，配合網絡模塊來完成。當前我能想到的最簡單的方法就是用stm32+esp8266來實現。

　　基于第一種方法，我覺得受模塊性能影響比較大，受限于模塊，沒有開發感。于是考慮用第二種方法。這個方法里，有人用arduino來完成，這要基于c進行編程。另外，就是考慮用micropython,這樣直接可以用python來實現。這里依然使用tpyboardV202。

　　0x02模擬實現家庭智能家居控制平臺

　　因為沒有想好要做一個多么復雜的實驗，只是想能模擬一下效果，所有在整個的模塊過程中，我選用了tpyboardv202開發板做主控制板，用一個發光二極管來模擬一個臺燈（現實中，這里其實可以用一個繼電器來控制其它設備的通斷電），用一個直流小電機加迷你風扇葉表示模擬電風扇。整個實現還用到了一個三極管（S9014，NPN）來控制直流電機。

　　0x03硬件的搭建與連接

　　1、發光二極管的使用

　　發光二極管使用比較簡單，直接看它的兩條“腿”,長的那個是正極，反之是負極。

　　2、直流小電機的使用方法

　　上圖直流小電機中，紅色框內的兩個接線端A和B，無論那個接正極或負極都可以，只不過轉動的方向不一樣而已。本次我是用B端接入正極，正好是順時針轉動。

　　3、三極管S9014（NPN）的使用方法

　　本次我們使用S9014的放大和開關功能，集電極接入v202的3.3V引腳，發射極接入電機某一端，通過給基極高低電平來控制發射極和集電極之間是否導通，從而控制直流電機轉動或停止。

　　下面來介紹一下接線方法

三極管（S9014）	TPYBoard v202	直流小電機
集電極	3.3V	--
基極	G5	--
發射極	--	B 端
--	GND	A端

TPYBoard v202	發光二極管
G4	正極
GND	負極

　　我的實物連接圖

　　0x04利用micropython實現web服務器

　　首先，編輯一個main.py文件。v202開機自啟動main.py文件

try:
import usocket as socket
except:
import socket
import network
from machine import UART
from machine import Pin
led_flag=Pin(2, Pin.OUT)#esp8266模塊上的小燈高電平:滅低電平:亮
led = Pin(4, Pin.OUT)#發光二極管的控制引腳
motor = Pin(5, Pin.OUT)#直流電機的控制引腳
#初始化
led.low()
motor.low()
led_flag.high()
def do_connect(ssid,pwd):
sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)#STA 模式
sta_if.active(False)
if not sta_if.isconnected():#判斷是否連接
sta_if.active(True)
sta_if.connect(ssid,pwd)#ssid:WIFI名稱 pwd:WIFI 密碼
while not sta_if.isconnected():
pass
if sta_if.isconnected():
return sta_if.ifconfig()[0]
def main(ip_,dev_data,login_data,name,pwd):
s = socket.socket()
ai = socket.getaddrinfo(ip_, 80)
addr = ai[0][-1]
s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
s.bind(addr)
s.listen(5)
led_flag.low()
#s_data=login_data
while True:
res = s.accept()
client_s = res[0]
client_addr = res[1]
led_flag.high()
req =client_s.readline()
while True:
h = client_s.readline()
if h == b"" or h == b"\r\n":
break
#print(h)
req+=(h.decode('utf-8').lower())
print("Request:")
req=req.decode('utf-8').lower().split('\r\n')
#http header 解析
req_data=req[0].lstrip().rstrip().replace(' ','')
print(req_data)
if req_data.find('favicon.ico')>-1:
client_s.close()
continue
else:
if len(req_data)<=12:
#說明是第一次訪問，輸入login.html
s_data=login_data
else:
req_data=req_data.replace('get/?','').replace('http/1.1','')
_name=req_data.find('name')
_pwd=req_data.find('pwd')
if _name>-1 and _pwd>-1:
#判斷是否是用戶登錄
if req_data.find(name)>-1 and req_data.find(pwd)>-1:
s_data=dev_data
print('Login Success!')
else:
f=open('fail.html','r')
s_data=f.read()
f.close()
print('Login Fail!')
else:
#判斷是否是控制LED
_index=req_data.find('led=')
if _index>-1:
s_data=dev_data
led_val=req_data[_index+4:_index+6].lstrip().rstrip()
print('led:',led_val)
if led_val=='on':
led.value(1)
else:
led.value(0)
#判斷是否是控制電機
_index=req_data.find('motor=')
if _index>-1:
s_data=dev_data
motor_val=req_data[_index+6:_index+8].lstrip().rstrip()
print('motor_val:',motor_val)
if motor_val=='on':
motor.value(1)
else:
motor.value(0)
print('-----------')
client_s.send(s_data)
client_s.close()
led_flag.low()
f=open('device.html','r')
dev_html=f.read()
f.close()
f=open('login.html','r')
login_html=f.read()
f.close()
f=open('info.txt','r')
info=f.read()
f.close()
name=info.split(',')[0].lstrip().rstrip()
pwd=info.split(',')[1].lstrip().rstrip()
print('name:',name)
print('pwd:',pwd)
myip_=do_connect('essid','pwd')#家中網絡的WIFI名稱和密碼
print(myip_)
main(myip_,dev_html,login_html,name,pwd)

復制代碼

　　login.html登錄頁面

<html>
<head>
<title>智能家庭網絡</title>
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />
<style type="text/css">
h2
{
margin-top:4%;
margin-bottom:40px;
}
</style>
</head>
<body>
<center>
<h2>歡迎登錄智能家庭網絡平臺</h2>
<form action="/" method="get" accept-charset="utf-8">
<p>用戶名: <input type="text" name="name" /></p>
<p>密碼: <input type="password" name="pwd" /></p>
<input type="Submit" value="登錄" />
</form>
</center>
</body>
</html>

復制代碼

　　device.html控制頁面

<html>
<head>
<title>智能家庭網絡平臺</title>
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />
<style type="text/css">
h2
{
margin-top:4%;
margin-bottom:40px;
}
</style>
</head>
<body>
<center>
<h2>歡迎使用智能家庭網絡-控制平臺</h2>
<form action="/" method="get" accept-charset="utf-8">
<p>燈光: <input type="Submit" value="ON" name="led" /> <input type="Submit" value="OFF" name="led" /></p>
<p>風扇: <input type="Submit" value="ON" name="motor" /> <input type="Submit" value="OFF" name="motor" /></p>
</form>
</center>
</body>
</html>

復制代碼

　　fail.html登錄錯誤頁面（就是把login.html稍做了一下改動）

<html>
<head>
<title>智能家庭網絡</title>
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />
<style type="text/css">
h2
{
margin-top:4%;
margin-bottom:40px;
}
</style>
</head>
<body>
<center>
<h2>歡迎登錄智能家庭網絡平臺</h2>
<form action="/" method="get" accept-charset="utf-8">
<p style="color:red">用戶名或密碼錯誤！</p>
<p>用戶名: <input type="text" name="name" /></p>
<p>密碼: <input type="password" name="pwd" /></p>
<input type="Submit" value="登錄" />
</form>
</center>
</body>
</html>

復制代碼

　　info.txt這里是用文件存放的用戶名和密碼(英文逗號分隔)，前面是用戶名，后面是密碼。這里的用戶名和密碼是用來登錄我們智能家居控制平臺的。

admin,123456

復制代碼

　　0x05程序下載測試

　　使用MicroPythonFileUploader工具，將源代碼下載到v202中。

　　工具下載地址：tpyboard點com/download/tool/170.html

　　1、使用usb數據線將v202接入到電腦，打開設備管理器，查看加載的端口。我的是COM44

　　※如果驅動安裝失敗，可以下載CH340的驅動，手動安裝。

　　2、打開MicroPythonFileUploader選擇端口，點擊[Open]。

　　3、取消[Autorun]的打鉤，點擊紅框的文件夾圖標，選擇源碼，點擊[Send]等待發送成功。

　　4、將上面的源碼文件都下載到v202中，下載完畢后，點擊[Run/Reset]就會開始執行代碼。

　　5、       開始運行后，紅色框內打印的是我們存放在info.txt里的用戶名和密碼，這個可以自定義。

　　6、       下面桃紅色框內打印的是我們v202從路由器那里獲取到的IP地址，只要打印了IP地址，說明就成功接入網絡了。我的v202獲取的IP地址是192.168.1.192。

　　7、       到此，我們的web服務器就搭建完成了。

　　0x06智能家庭網絡平臺的使用

　　1、在家庭局域網內，我們可以選用pc或者手機，通過瀏覽器，打開192.168.1.192就可以看到登錄界面。

　　2、默認用戶名admin密碼123456，大家可以通過修改info.txt文件來進行修改。

　　（1）輸入錯誤的用戶名和密碼會進入錯誤界面。

　　（2）輸入正確的，進入控制平臺。

　　3、接下來，我們就可以通過網頁開控制燈光和小風扇了，看我的實驗效果圖。

　　這里，我只是做了一個實例，受時間限制，沒有再做更深入的開發。大家可以自己結合自己的創意再深入去做。如果能夠通過路由器給tpyboardv202設一個外網Ip，這樣就可以從外網進行訪問，從而完成外網對家內設備的控制

帳號		自動登錄	找回密碼
密碼			立即注冊

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利用單片機快速實現家庭智能控制平臺