基于微信公眾號的智能家居控制系統(tǒng)

李杰，李志揚

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基于微信公眾號的智能家居控制系統(tǒng)

李杰，李志揚

（華中師范大學 物理科學與技術學院，湖北 武漢 430079）

設計了一套基于微信公眾號的智能家居控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由硬件控制終端、家用電器、微信公眾號后臺和手機微信端組成。用戶關注微信公眾號并綁定控制終端之后，在微信公眾號的界面發(fā)送相應的指令，微信后臺收到指令后轉發(fā)給硬件控制終端，實現(xiàn)家用電器的控制并返回執(zhí)行結果，最后在微信端顯示相應的結果。本系統(tǒng)的控制終端采用STM32作為底層硬件平臺，通過樂鑫ESP8266模塊與微信后臺進行通信，并發(fā)送命令，實現(xiàn)家用電器的控制。實驗表明，該系統(tǒng)設計簡單、開發(fā)周期短、成本低廉、操作便捷且易于拓展推廣。

智能家居；微信公眾號；STM32；服務器

智能家居是利用物聯(lián)網(wǎng)技術將家用的電子設備連接起來為人類服務[1-3]。它使用了網(wǎng)絡通信技術、智能云平臺控制、傳感器技術等技術手段實現(xiàn)電子設備的集中控制、遠程控制、安全檢查、實時監(jiān)控等功能，從而使用戶的居住環(huán)境變得更加舒適、高效和便捷。但是由于缺乏統(tǒng)一的標準，各個廠商推出的智能家居產(chǎn)品各自獨立，采用各自的控制平臺，用戶不得不針對不同的廠家安裝不同的控制軟件，在一定程度上造成了管理上的混亂和使用上的問題[4]。

微信是一款日常生活中使用非常頻繁的手機APP，本文借助微信公眾平臺實現(xiàn)家電的控制，將智能家居功能鑲嵌到微信APP中，可以大幅提升使用的便捷性[5]。進一步推廣這種模式有利于各種智能家居產(chǎn)品的統(tǒng)一管理。

1 硬件設計

本文設計的基于微信公眾號的智能家居控制系統(tǒng)主要由控制終端、家用電器、微信公眾號后臺和手機微信組成。用戶只需要訂閱本文開發(fā)的服務號，并與自己的硬件控制終端進行綁定，然后在公眾號的界面發(fā)送相應的指令，便可實現(xiàn)對各種家電的控制。本節(jié)主要討論系統(tǒng)的硬件設計。

如圖1所示，本文設計的智能家居系統(tǒng)硬件控制終端采用STM32為主控模塊，通過ESP8266模塊實現(xiàn)網(wǎng)絡的WiFi連接。智能家居中涉及眾多的傳感器和執(zhí)行器，本文僅選擇直流電動機、LED燈和溫濕度傳感器來進行控制和數(shù)據(jù)采集，以作示范。在圖1中，用ESP8266作為通信模塊，接收來自微信公眾號用戶的控制指令，STM32主控模塊再控制相應的微型直流電動機和LED燈，或發(fā)送溫濕度傳感器采集到的數(shù)據(jù)給微信公眾號的用戶。

1.1 WiFi模塊

本文采用的是樂鑫公司生產(chǎn)的ESP8266，它集成度高、功耗低且使用簡單。ESP8266模組支持三種模式，即AP模式、STA模式和AP+STA模式。AP模式中，它會創(chuàng)建一個服務器，供其他設備接入；STA模式中，它會作為客戶端建立TCP接入服務器；AP+STA模式中，它會同時使用AP模式和STA模式。本文使用了STA模式，機智云服務器可以監(jiān)控ESP8266的狀態(tài)以及向其發(fā)送控制命令。其中，ESP8266連接網(wǎng)絡是通過APP軟件配置好無線路由器的名稱和密碼，再發(fā)送給ESP8266連接上無線網(wǎng)絡。

圖1 硬件系統(tǒng)的整體框架

1.2 溫濕度模塊

本文采用的是包含測濕元件和測溫元件，集溫濕度于一體，含有已校準數(shù)字信號輸出的符合傳感器DHT11。該產(chǎn)品體積小、功耗低、可靠性極高和穩(wěn)定性強，是一種4針單排引腳封裝，具有很高的性價比。采用單線制串行接口，十分方便與MCU連接。在本文中主要用于實時測量房間中的溫濕度，再通過單總線將其采集到的信號傳遞給STM32。

1.3 電機驅動模塊

智能家居中為了實現(xiàn)窗簾的打開、關閉等操作，需要使用電機作為執(zhí)行機構。本文將以L9110芯片驅動的微型直流電動機來作示例。

1.4 LED燈模塊

本文采用的LED燈由自帶P9813芯片進行驅動。P9813采用CMOS工藝的全彩點光源LED驅動芯片，能提供256級灰度調制輸出，可用于驅動彩色動畫、各種文字變換的圖案，它的性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定且抗干擾性強。由STM32向P9813芯片發(fā)送控制信號，P9813再將信號進行轉化R、G和B三種信號來控制燈的顏色。通過控制紅燈、綠燈和藍燈的占空比，變換出多種色彩。

2 軟件設計

本文設計的基于微信公眾平臺的智能家居控制系統(tǒng)的整體架構如圖2所示。用戶在微信公眾號的界面發(fā)送規(guī)定的指令，微信云平臺將收到的消息打包成xml文件轉發(fā)給業(yè)務服務器，業(yè)務服務器從xml文件解析出指令再轉發(fā)給機智云，機智云根據(jù)指令控制相應的硬件終端。

圖2 系統(tǒng)架構示意圖

2.1 業(yè)務服務器的搭建

本文的業(yè)務服務器在新浪云平臺上搭建，通過業(yè)務服務器實現(xiàn)微信端和硬件控制終端之間的通信。同時在服務器上搭建數(shù)據(jù)庫環(huán)境，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，用來存儲微信端發(fā)送的指令和硬件控制終端傳回的家電設備狀態(tài)數(shù)據(jù)。云服務器的開發(fā)使用JAVA+MySQL組合，并在MyEclipse開發(fā)環(huán)境中編寫程序。云服務器中通信程序實現(xiàn)的功能主要包括與手機微信端通訊，以響應微信端發(fā)送的POST請求，將請求中的控制命令解析并寫入數(shù)據(jù)庫中；響應微信端發(fā)送的GET請求，查詢數(shù)據(jù)庫并將查詢的內容返回給手機微信端；與硬件控制終端通訊，將控制命令轉化成相應格式的數(shù)據(jù)并傳送給控制終端或者接受控制終端實時傳回的家電設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)中需要傳輸溫度、濕度、LED開關和電機轉速的數(shù)據(jù)。在MySQL中創(chuàng)建四張表，分別為temperature、humidity、switch和machinery。如果在微信端發(fā)送“開燈”，則更新switch表中第一行數(shù)據(jù)的時間戳，并將該行數(shù)據(jù)中的state的值修改為1；如果在微信端發(fā)送“關燈”，則更新switch表中第一行數(shù)據(jù)的時間戳，并將該行數(shù)據(jù)中的state的值修改為0；如果發(fā)送“溫濕度”，則從temperature和humidity表中分別查詢data的值合并在一起返回；如果發(fā)送“開啟電機”，則更新machinery表中數(shù)據(jù)的時間戳并更新數(shù)據(jù)中state的值，并向硬件端發(fā)送指令使得電機正向轉動。此外，還有一些定義了的指令，例如“紅燈”“綠燈”“關閉電機”等。如果發(fā)送的不是定義了的指令，則向微信返回“無此指令”。

2.2 公眾平臺的搭建

在微信公眾平臺（https：//mp.weixin.qq.com）上注冊一個服務號。為了自定義公眾號的新功能需要開啟服務器配置，微信公眾平臺在訪問后臺時，必須有外網(wǎng)地址并使用80端口。在開發(fā)環(huán)境搭建完成后，根據(jù)微信公眾平臺的如下要求進行開發(fā)：①服務器相關配置的填寫。在公眾號中選擇基本配置，并在服務器配置中修改配置，填寫新浪云的域名、Token、EncodingAESKey和消息加解密方式。②驗證返回消息是否有效。提交服務器配置時，微信服務器會發(fā)送Get請求到新浪云的域名，并傳遞signature、timestamp、nonce和echostr四個參數(shù)。如果返回的參數(shù)與echostr參數(shù)相同，則接入有效；否則，接入無效。

3 實驗結果展示

本文開發(fā)的基于微信公眾號的智能家居控制系統(tǒng)實物照片和運行界面如圖3所示。首先給開發(fā)板接通電源，并用手機給WiFi模塊配置SSID和密碼，使開發(fā)板接入網(wǎng)絡；然后通過在本文開發(fā)的公眾號界面發(fā)送一些指令來測試系統(tǒng)是否運行相應的功能；依次向微信公眾號發(fā)送“紅燈”“綠燈”“藍燈”“開綠燈”“溫濕度”和“電機開啟”，如圖3所示，公眾號自動回復“紅燈已開啟”“綠燈已開啟！”“藍燈已開啟！”“無此命令”“當前溫度為29，當前濕度為48”和“電機已啟動！”。與此同時，燈會隨著不同的命令開啟、關閉或者變換顏色，電機開啟或者關閉，獲取房間的溫濕度，表明系統(tǒng)工作正常。

4 結束語

本文設計了一款基于微信公眾平臺的智能家居控制系統(tǒng)。實驗表明該系統(tǒng)設計簡單、開發(fā)周期短、成本低廉、操作便捷且易于拓展推廣，有利于解決和改善眾多智能家居產(chǎn)品各自獨立、互不兼容的狀況。

本文開發(fā)的基于微信公眾號的智能家居控制系統(tǒng)，可以用微信查看房間的狀況和控制一些家電設備，也解決了用戶需要安裝多個APP的問題。但在體驗過程中，還存在很多不足，系統(tǒng)的智能性不夠強。近幾年的人工智能快速發(fā)展，可以考慮將人工智能中的一些算法引入，使得系統(tǒng)具有自動化管理家電設備的能力。

［1］溫江濤，張煜.物聯(lián)網(wǎng)智能家居平臺DIY［M］.北京：科學出版社，2014.

［2］白家旺，雷騰躍，屈琦凱.淺談嵌入式系統(tǒng)對智能家居的影響［J］.廣東科技，2015（10）：59-60.

［3］王暉.物聯(lián)網(wǎng)智能家居的發(fā)展前景——物聯(lián)網(wǎng)時代智能家居的發(fā)展趨勢［J］.智能建筑，2013（02）：16-19.

［4］陳甫.微信小店服務端的JAVA實現(xiàn)［J］.電腦知識與技術，2014（19）：4442-4445.

［5］李立新，李艷文，蔡剛毅，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能家居安防系統(tǒng)的研究與開發(fā)［J］.控制工程，2015（05）：1001-1005.

2095－6835（2019）07－0034－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.034

〔編輯：張思楠〕