基于ESP8266的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳允強(qiáng)，吳由松

（南昌理工學(xué)院，江西南昌，330044）

基于ESP8266的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳允強(qiáng)，吳由松

（南昌理工學(xué)院，江西南昌，330044）

隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的如火如茶的進(jìn)行中，未來(lái)的智能家居將是一個(gè)非常大的舞臺(tái)。本文講述一種基于ESP8266無(wú)線WIFI模塊的智能家居控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合單片機(jī)技術(shù)，通過(guò)無(wú)線模塊ESP8266接收無(wú)線信號(hào)，轉(zhuǎn)發(fā)給單片機(jī)，單片機(jī)控制繼電器和紅外遙控模塊來(lái)遠(yuǎn)程控制家電。用戶可以通過(guò)手機(jī)連接系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制家用電器的開(kāi)關(guān)和工作狀態(tài)。

物聯(lián)網(wǎng)；ESP8266；WIFI；單片機(jī)

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)通過(guò)Wi-Fi模塊ESP6288將單片機(jī)MCU鏈接上外網(wǎng)，由手機(jī)App或者電腦exe程序發(fā)送信息，Wi-Fi模塊接收到信息后，再向單片機(jī)MCU發(fā)送信號(hào)，MCU經(jīng)過(guò)對(duì)信息的處理，然后通過(guò)繼電器或紅外遙控的方式對(duì)相應(yīng)的電器下發(fā)功能指令，完成家電的通斷控制或者燈的開(kāi)關(guān)控制，形成了一個(gè)控制通信網(wǎng)絡(luò)，使得對(duì)家中的所有的家電的控制形成一個(gè)整體。通過(guò)一系列技術(shù)論證和架構(gòu)分析后，可以將硬件系統(tǒng)劃分為三個(gè)模塊：WIFI模塊、MCU單片機(jī)控制模塊以及家電控制模塊。如圖1所示。

圖1 硬件系統(tǒng)框圖

1.1 WIFI模塊ESP8266

本設(shè)計(jì)的WIFI模塊采用的是ESP8266，該模塊具有UART異步串行通信接口，在與單片機(jī)的連接比較簡(jiǎn)單，同時(shí)單片機(jī)在對(duì)其控制也比較方便。支持串口透明數(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧和IEEE802.11協(xié)議棧。ESP8266支持三種組網(wǎng)模式：SoftAP模式、Station模式、SoftAP+Station模式。WiFi模塊的作用是讓整個(gè)控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)連接，完成無(wú)線信號(hào)與串口信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。這里我們的組網(wǎng)可以是SoftAP+Station模式，這樣系統(tǒng)既可以通過(guò)手機(jī)直連也可以通過(guò)無(wú)線路由器連接達(dá)到遠(yuǎn)程控制。

1.2 單片機(jī)控制模塊

本設(shè)計(jì)使用的是STC生產(chǎn)的高速、寬電壓、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)STC15W4K32S4，該單片機(jī)內(nèi)部集成高精度RC時(shí)鐘，無(wú)需外接晶振電路，只要在燒寫程序時(shí)設(shè)置一下就可以了，本設(shè)計(jì)時(shí)鐘設(shè)置為11.0592MHz。STC15W4K32S4自帶8路10位PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，4組獨(dú)立的異步串行通信接口，可用于控制擴(kuò)展和AD數(shù)據(jù)采集擴(kuò)展等，特別是4組獨(dú)立的異步串行通信接口，本設(shè)計(jì)需要兩組串口通信一組是ESP6288與單片機(jī)之間等的串口通信，使用的串口1（P3.0、P3.1），另外一組是紅外遙控模塊與單片機(jī)之間的串口通信，使用的串口3（P0.0、P0.1），這里為什么不用串口2，因?yàn)榇?與A/D轉(zhuǎn)換接口共用引腳，留出A/D轉(zhuǎn)換方便以后模擬信號(hào)采集電路的擴(kuò)展。

2 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程控制是使用了一個(gè)安卓手機(jī)的TCP控制APP，這個(gè)軟件可以通過(guò)IP地址連接上系統(tǒng)的WIFI模塊服務(wù)器，通過(guò)外網(wǎng)需要設(shè)置無(wú)線路由器上的端口映射，將無(wú)線路由器接收到的TCP信息轉(zhuǎn)發(fā)給ESP8266的地址，對(duì)WIFI模塊進(jìn)行發(fā)送控制信息，對(duì)于接收的信息，WIFI模塊會(huì)通過(guò)串口通信轉(zhuǎn)發(fā)給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)于接收的控制信息進(jìn)行分析，來(lái)控制相對(duì)應(yīng)的家電，整個(gè)系統(tǒng)的流程就是這樣的。

2.1 串口中斷初始化

本設(shè)計(jì)串口初始化需要完成兩個(gè)串口的初始化，STC15W4K32S4有四組串口端口，只要初始化設(shè)置串口1和串口3的工作方式、波特率以及串口中斷。工作方式都是用方式1， WIFI模塊ESP8266與紅外遙控模塊的波特率都是9600，串口1和串口2共享T2波特率發(fā)生器，串口1設(shè)置SCON為0x50，串口3設(shè)置S3CON為0x10，設(shè)置AUXR為0x15啟動(dòng)T2為波特率發(fā)生器，設(shè)置T2計(jì)數(shù)器T2L初值為0xE0、T2H初值為0xFE。這里串口3只發(fā)數(shù)據(jù)控制紅外遙控，所以不打開(kāi)串口3的中斷，只要開(kāi)啟串口1的中斷ES就可以了，在總中斷EA。

2.2 WiFi初始化

本設(shè)計(jì)實(shí)用了WIFI模塊ESP6288，這個(gè)WIFI模塊如果要工作的話就要對(duì)其進(jìn)行初始化，WIFI模塊的初始化一個(gè)計(jì)較麻煩的一件事，對(duì)于要設(shè)置的東西還是比較多的。本設(shè)計(jì)中為了方面控制，對(duì)于WIFI控制的兩種方式都進(jìn)行初始化，使WIFI模塊工作在SoftAP+Station模式，能被手機(jī)連接，也可以自身連接無(wú)線路由器，主要的初始過(guò)程是：WIFI模塊是使用的串口通信，那么首先要設(shè)置單片機(jī)的串口，設(shè)置完成才可以給WIFI模塊發(fā)送操作指令；先設(shè)置WIFI的工作模式，這里使用SoftAP+Station模式，那么就是單片機(jī)通過(guò)串口向WIFI模塊發(fā)送“AT+CWMODE=3”；再設(shè)置AP的相關(guān)參數(shù)，比如AP名稱和密碼，這里我們的WIFI名稱為ESP8266,密碼為0123456789，那么單片機(jī)通過(guò)串向WIFI模塊發(fā)送“AT+CWSAP=”ESP8266”,”0123456789”,11,0”，再如果要連接到無(wú)線路由，通過(guò)AT+CWJAP=,指令來(lái)連接路由器，就發(fā)向?qū)?yīng)的SSID和密碼；此時(shí)，WIFI模塊就必須重啟，所以再重啟WIFI模塊發(fā)送指令“AT+RST”給WIFI模塊；再設(shè)置成多連接“AT+CIPMUX=1”；再開(kāi)啟服務(wù)器“AT+CIPSERVER=1,5000”，端口為5000。

3 總結(jié)

本文基于ESP8266無(wú)線WIFI模塊設(shè)計(jì)的智能家居控制系統(tǒng)，講述了WI-FI模塊、紅外控制模塊和繼電器控制模塊的工作原理，以及單片機(jī)與各模塊之間的硬件連接設(shè)計(jì)。通過(guò)手機(jī)的TCP控制APP給WiFi模塊發(fā)送數(shù)據(jù)， WI-FI模塊再向單片機(jī)STC15W4K32S4傳送信息，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理，再向紅外控制電路或者繼電器控制電路下達(dá)指令，通過(guò)紅外控制電路或者繼電器控制電路使家用電器和電路開(kāi)關(guān)等運(yùn)作。

[1] 曹振民等.基于ESP8266的無(wú)線控制電路設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2017(1): 68-69.

[2] 范興隆.ESP8266在智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2016(9):52-56.

Design of Intelligent Home Control System Based on ESP8266

Wu Yunqiang,Wu Yousong
(Nanchang Institute of Technology, Nanchang Jiangxi,330044)

With the continuous progress of science, the Internet of Things industry such as tea in progress,the future of intelligent home will be a very big stage. This article describes a smart home based on ESP8266 wireless WIFI module control system, the system combined with single-chip technology, through the wireless module ESP8266 receive wireless signals, forwarded to single-chip, single-chip control relay and infrared remote control module to remotely control appliances. Users can remotely control the switch and operating status of household appliances through a mobile phone connection system.

Internet of things; ESP8266; WIFI; Single chip microcomputer