标题: 简易智能家居-物联网综合设计实验指导书下载 [打印本页]

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作者: 11xuj    时间: 2018-11-17 20:05
标题: 简易智能家居-物联网综合设计实验指导书下载

简易智能家居系统

一、任务和要求

1、任务

设计并制作一套简易智能家居系统。系统结构如下图所示。

2、要求

1）51单片机（终端结点）能实现温度的测量，并能将温度在LCD显示器上显示；

2）51单片机（终端结点）能检测有无火灾发生，并将火警送LCD显示器上显示；

3）51单片机（终端结点）能实现对D1、D2、D3三盏LED灯的开关的控制，并将灯的工作状态送LCD显示器显示；

4）51单片机通过串口WIFI模块连接，把WIFI模块设置成透传工作模式，WIFI模块通过路由器连接上所在的网络；

5）通过网络调试助手将计算机设置成TCP SERVER，并通过网络调试助手实现温度的采集与显示、火警状态显示、LED灯工作状态的显示，并能通过网络调试助手控制LED灯的工作；

6）用有人手机网络调试助手将手机设置成TCP SERVER，实现用手机显示温度、火警状态、LED灯的工作状态，并能通过手机网络调试助手控制LED灯的工作。

7）将终端结点的工作状态上传到ONENET物联网云平台。

二、温度的采集、火警检测与LED灯的控制

功能要求：本模块以51单片机为核心，用温度传感器DS18B20测量温度，通过火灾传感器检测有无火灾发生，用独立按键开关三盏LED灯，并将温度和LED灯的工作状态在LCD1602上显示。

• 普中51单片机实验开发实验仪介绍
  

1）独立按键

2）1602LCD显示器接口

3）LED模块

• 独立按按键控制LED灯的工作
  

分别用单片机开发板上的K1、K2、K3这三个按键模拟开关，用开发板上的D5、D6、D7三个LED模拟三盏灯。其程序流程图如下：

• LCD1602显示器原理及编程应用
  

字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，目前常用 16*1， 16*2，20*2 和 40*2 行等的模块。本设计中用的显示器为LCD1602 字符型液晶显示器，是一种16*2的显示器。为例，其实物如下图；1602LCD 分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为 HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。其详细资料请看“LCD1602中文资料”。

在本设计中，为同学们提供了LCD1602的驱动文件lcd.c和lcd.h，可调用的函数及功能如下：

void Lcd1602_Delay1ms(uint c);   //误差 0us

void Read_Busy();           //忙检测函数，判断bit7是0，允许执行；1禁止

void Lcd1602_Write_Cmd(unsigned char cmd);     //写命令

void Lcd1602_Write_Data(unsigned char dat);   //写数据

void LcdSetCursor(unsigned char x,unsigned char y);  //坐标显示

void LcdShowStr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *str);     //显示字符串

void InitLcd1602();              //1602初始化

• 温度传感器DS18B20原理与编程应用
  

1）DS18B20概述

DS18B20是单线数字温度传感器，即“一线器件”，其采用单总线的接口方式 与微处理器连接时 仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 测量温度范围宽，测量精度高 DS18B20 的测量范围为 -55 ℃ ~+ 125 ℃ ； 在 -10~+ 85°C 范围内，精度为 ± 0.5°C 。

  其主要特点、内部结构和工作时序请详见“数字温度传感器DS18B20的应用”PPT。

2）DS18B20进行一次温度的转换

（1）主机先作个复位操作，

（2）主机再写跳过ROM的操作（CCH）命令，

（3）然后主机接着写个转换温度的操作命令，后面释放总线至少一秒，让DS18B20完成转换的操作。在这里要注意的是每个命令字节在写的时候都是低字节先写，例如CCH的二进制为11001100，在写到总线上时要从低位开始写，写的顺序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。整个操作的总线状态如下图。

  3）读取DS18B20的温度

读取RAM内的温度数据。同样，这个操作也要接照三个步骤。

（1）主机发出复位操作并接收DS18B20的应答（存在）脉冲。

（2）主机发出跳过对ROM操作的命令（CCH）。

（3）主机发出读取RAM的命令（BEH），随后主机依次读取DS18B20发出的从第0一第8，共九个字节的数据。如果只想读取温度数据，那在读完第0和第1个数据后就不再理会后面DS18B20发出的数据即可。同样读取数据也是低位在前的。整个操作的总线状态如下图：

4）18B20的驱动程序

本设计中使用DS18B20的驱动程序ds18b20.c和ds18b20.h，文件中提供了如下的函数。

void Delay_OneWire(unsigned int t);//单总线延时函数

void Write_DS18B20(unsigned char dat);//通过单总线向DS18B20写一个字节

unsigned char Read_DS18B20(void);//从DS18B20读取一个字节

bit init_ds18b20(void);//DS18B20设备初始化

5）18B20测温流程图

要点：

1、在读取温度数据时，是低8位在前，高8位在后，需要将这两个数据合并为一个数据;

2、读取的温度是补码形式表示的，需将转换成原码;

3、求实际温度公式：temp=tp*0.0625*100+0.5（tp为浮点开数据，temp为无符号整形数据，此数据为实际温度的100倍），乘上100是为温度小数后保留2位，加上0.5起校正数据的作用。

4、将温度数据存入数组时，需将各位数据分离开来，再存入数组，例：

datatemp[0] = temp / 10000+0x30;

              datatemp[1] = temp % 10000 / 1000+0x30;

• 串口助手显示温度及控制LED灯工作
  

• 通过串口助手用单个字符控制LED灯工作
  

功能说明: 编程时，用变量receivedata接收串口助手发送过来的单个字符数据，分别用字符a、c和e打开D1、D2和D3灯，分别用字符b、d和f关闭D1、D2和D3灯，其程序流程图如下：

• 通过串口助手用字符串控制LED灯工作
  

功能说明: 编程时，用字符数组receivedata接收串口助手发送过来的字符串数据，分别用字符串d1on、d2on和d3on打开D1、D2和D3灯，分别用字符串在d1off、d2off和d3off关闭D1、D2和D3灯，其程序流程图参考用单个字符控制LED灯工作的流程图。

• 本模块功能的编程实现
  

• ESP8266wifi模块介绍
  

1、ESP8266WIFI模块简介

ESP8266是一个完整且成体系的WIFI网络解决方案，能够搭载软件应用，或通过另一个应用处理器卸载所有WIFI网络功能。本设计中我们使用的ESP8266是串口型WIFI，速度比较低，不能用来传输图像或者视频这些大容量的数据，主要应用于数据量传输比较少的场合，比如温度信息，一些传感器的开关量等。虽然传输的数据量比较少，但也能一次传输几千字节的数据，而且通信非常稳定，可以满足大多数应用。

ESP8266-WIFI模块支持STA/AP/STA+AP三种工作模式。

STA模式：ESP8266模块通过路由器连接互联网，手机或电脑通过互联网实现对设备的远程控制。

AP模式：默认模式，ESP8266模块作为热点，实现手机或电脑直接与模块通信，实现局域网无线控制。

STA+AP模式：两种模式的共存模式，即可以通过互联网控制可实现无缝切换，方便操作。

ESP8266-WIFI模块仅在单连接状态，支持透传模式（TCP CLIENT透传和UDP透传）。

3、引脚排列

3、模块和单片机开发板的连接

GND：接地

GPIO16：其实是RST，低电平复位，所以为了正常工作，连接开发板3.3V电源

VCC：接单片机开发板VCC

UTXD、URXD：前者接单片机或USB转串口模块的RXD，后者接TXD。单片机P3.0为RX，P3.1为TX。特别注意当用单片机开发板串口测试WIFI模块时，模块的UTXD、URXD要分别和单片机串口的TX和RX连接。

GPIO2、GPIO0：悬空

CH_PD：连接开发板3.3V电源

三、WIFI模块AT指令的测试

1、WIFI模块的AT指令测试

特别提示：通过串口用AT指令测试WIFI模块时，模块的UTXD、URXD要分别和单片机串口的TX和RX连接。

测试AT指令时，首先打开串口助手，如下图：

设置串口号和波特率，波特率一般为115200或9600，本次实验所用模块已统一设置成为2400，在串口助手勾发送新行（如下图所示），然后发送AT，如果先出现OK则说明该模块能正常工作。

关于AT指令的测试，请同学参考文档“AT指令集018.pdf”对AT指令进行测试。

2、WIFI模块通过网络和计算机通信的AT指令

1）重启wifi模块

指令：AT+RST

返回：OK

2）设置WIFI模块的工作模式

指令：AT+CWMODE=3//设置模块为透传工作模式

返回：OK

3）登录路由器

指令：AT+CWJAP="TP-LINK_ym2","12345678"//登录路由器，路由wifi用户名和密码

返回：WIFI CONNECTED

WIFI GOT IP

4）连接TCP服务器（wifi模块作为客户端，计算机作为服务器，要先打开监听）

首先要打开软件网络调试助手，协议类型为TCP Server，点击开始监听。

指令： AT+CIPSTART="TCP","192.168.0.100",8080

返回：Connect OK

    执行以上指令后，wifi模块就会连接到计算机的TCP Server，在网络调试助手上的连接对象栏就会出现WIFI模块的IP地址及端口号，如下图所示：

5）使能透传模式

指令：AT+CIPMODE=1

返回：OK

6）透传发送数据

指令：AT+CIPSEND

返回：>(在此提示下可以发送数据)

7）退出透传数据发送

指令：+++（去掉串口助手中发送新行选项）

返回：返回到AT指令模式

执行了以上的AT指令以后，用串口调试助手和网络调试助手就可以实现WIFI模块通过路由器和计算机进行数据通信了。

3、WIFI模块和手机进行通信（WIFI模块作为客户端，手机作为服务器）

4）连接TCP服务器（wifi模块作为客户端，手机作为服务器，要先打开监听）

首先在手机上安装有人网络调试助手的APP，打开APP如下图所示：

选择tcp server,点击配置，设置手机的端口号，再点击激活后，会在手机屏幕上显示手机的IP和端口号，请一定记住IP和端口号，输入以下指令。

指令： AT+CIPSTART="TCP","192.168.1.122",5000//手机的IP和端口号

返回：CONNECT OK

执行以上指令后，网络助手上会显示wifi模块的IP和端口号，如下图：

5）使能透传模式

指令：AT+CIPMODE=1

返回：OK

6）透传发送数据

指令：AT+CIPSEND

返回：>(在此提示下可以发送数据)

7）退出透传数据发送

指令：+++（去掉串口助手中发送新行选项）

返回：返回到AT指令模式

4、多连接 server

目前 AT Demo ESP8266作为服务器， 需建立多连接作为服务器， 需建立多连接即可以连接多个client。

以下为 ESP 8266 作为 softAP建立 TCP 服务器的举例 服务器的举例 :

1） 设置 wifi 模式：

AT+CWMODE=3// 设置为 AP+station共存模式

响应： OK

2） 重启生效

AT+RST

响应： OK

3） 启动多连接

AT+CIPMUX=1

响应： OK

4） 建立 server

AT+CIPSERVER=1 //默认端口 333 333

响应 ：OK

5） PC 连入设备 softAP ，PC作client 连接设备。 连接设备。

注意， ESP8266 作为 server 有超时机制， 如果连接建立后超时机制， 如果连接建立后一段 时间内无数据来往， server 会将 client 踢掉。请在 PC 工具连上 ESP8266 后建立一个 2s 的循环数据发送，用于保持连接。

6） 发送数据

AT+CIPSEND=0，4 // 0是设备的通信号，4表示四个字节

响应： SEND OK

7） 接收数据

+IPD,n:xxxxxxxxxx // n表示通信号 ，xxxxx 为数据

四、WIFI模块通过网络和计算机通信的编程实现

特别提示：单片机开发板通过串口发送AT指令测试WIFI模块时，模块的UTXD、URXD要分别和单片机串口的RX和TX连接。

   用单片机发送相应的AT指令程序语句如下：

              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");//使能透传模式

              delay(20);

              uart_sendstring("AT+CIPSEND\r\n");//透传发送数据

    delay(20)注意：如用定时器0定时发送数据时，串口中断优先级一定要高于定时器0中断。

五、WIFI模块和手机进行通信的编程实现

   用单片机发送相应的AT指令程序语句如下：

              uart_sendstring("AT+RST\r\n");

              delay(50);

    uart_sendstring("AT+CWMODE=3\r\n");            

              delay(20);

    uart_sendstring("AT+CWJAP=\"手机热点名\",\"密码\"\r\n");

              delay(50);

    uart_sendstring("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"192.168.1.122\",5000\r\n");//wifi作为 TCP client,手机作为TCP服务器， 连接 TCP server:

              delay(50);

    uart_sendstring("AT+CIPMODE=1\r\n");//使能透传模式

              delay(20);

              uart_sendstring("AT+CIPSEND\r\n");//透传发送数据

delay(20);

六、基于ONENET的简易智能家居系统

OneNET是由中国移动打造的PaaS物联网开放平台。平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，快速完成产品开发部署。OneNET物联网专网已经应用于环境监控、远程抄表、智慧农业、智能家电、智能硬件、节能减排、车联网、工业控制、物流跟踪等多种商业领域。

到目前为止平台支持的公开接入协议主要包括HTTP、EDP、MQTT,、MODBUS、JT/T808五种，本设计采用HTTP接入ONENET。

1、用网络助手连接ONENET，上传数据到ONENET

1）注册ONENET用户

进入ONENET主页（ https://open.iot.10086.cn/），如下图，注册帐号。

2）进入开发者中心，创建产品

3）创建设备

请记住设备的ID号和产品的APIKEY

4）计算作为TCP客户端，上传数据到ONENET

ONENET云平台HTTP接入协议服务器IP:183.230.40.33，端口号：80

发送数据的格式指令如下，指令格式不能有错，否则云平台接收不到数据。

    POST /devices/32161187/datapoints?type=3 HTTP/1.1（红色的为设备的ID号）

api-key: 87fKUPvenMiyB8lXgng=u0OY5eU= （产品的唯一APIKEY ）

Host: api.heclouds.com

Content-Length: 15(回车换行)

（回车换行)

{wendu":23}(回车换行)

数据发送成功以后，可以在ONENET平台观察到上传的数据，如下图：

如果想通过网页来浏览上传的数据，可以通过应用管理，创建应用的方式创建应用，并通过网址来访问。

2、把wifi模块作为TCP客户端，通过串口助手把数据上传到ONENET

1)wifi模块登录路由器，登录ONENET

    此步骤和前面所学的wifi模块登录计算机作为TCP服务器完全相同，这里不再赘述。

2）通过串口助手把数据上传到ONENET

    因为要一次发多条指令，所以使用一次发送多条指令的XCOM串口助手。如下图

   ONENET平台一样可以接收到上传的数据。

3）通过编程实现数据的上传

（1）登录ONENET函数

1. void tcpserverlogin(void)
   
2. 
   
3. {
   
4. 
   
5.     uart_sendstring("AT+RST\r\n");
   
6. 
   
7.               delay(50);
   
8. 
   
9.     uart_sendstring("AT+CWMODE=3\r\n");            
   
10. 
    
11.               delay(50);
    
12. 
    
13.               uart_sendstring("AT+CWJAP=\"TP-LINK_ym2\",\"12345678\"\r\n");
    
14. 
    
15.               delay(100);
    
16. 
    
17.     uart_sendstring("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"183.230.40.33\",80\r\n");
    
18. 
    
19.     delay(50);
    
20. 
    
21.     uart_sendstring("AT+CIPMODE=1\r\n");//使能透传模式
    
22. 
    
23.               delay(20);
    
24. 
    
25.               uart_sendstring("AT+CIPSEND\r\n");//透传发送数据
    
26. 
    
27.     delay(20);
    
28. 
    
29.     }
    
30. 
    
31. （2）上传数据函数
    
32. 
    
33. void senddata(void)
    
34. 
    
35. {
    
36. 
    
37.      uart_sendstring("POST /devices/32161187/datapoints?type=3 HTTP/1.1\r\n");
    
38. 
    
39.                  delay20ms();                                                                       
    
40. 
    
41.                  uart_sendstring("api-key:87fKUPvenMiyB8lXgng=u0OY5eU=\r\n");
    
42. 
    
43.                  delay20ms();
    
44. 
    
45.                  uart_sendstring("Host:api.heclouds.com\r\n");                           
    
46. 
    
47.                  delay20ms();
    
48. 
    
49.                  uart_sendstring("Content-Length:15\r\n");
    
50. 
    
51.                  delay20ms();
    
52. 
    
53.                  uart_sendstring("\r\n");
    
54. 
    
55.                  delay20ms();
    
56. 
    
57.        uart_sendstring("{\"wendu\":");
    
58. 
    
59.        delay20ms();
    
60. 
    
61.        uart_sendstring(wd);//12.6   
    
62. 
    
63.        uart_sendstring("}\r\n");
    
64. 
    
65.        delay20ms();
    
66. 
    
67.        uart_sendstring("\r\n");                       
    
68. 
    
69.        delay(100);  
    
70. 
    
71. }
    
72. 
    

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作者: yb1988001    时间: 2018-12-24 11:10
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