鄭艷華++蔡佳林

摘 要：隨著物聯網技術的發(fā)展，智能家居的應用也愈加廣泛。文中設計和實現了一款基于微信公眾平臺的智能家居系統。該系統包括手機微信端、服務器和安卓單片機控制端三部分。用戶通過訂閱指定的微信號，輸入相關指令就可控制室內燈光的開關并查詢室內的溫濕度情況。該設計具有開發(fā)周期短、價格低廉、簡單實用、用戶體驗好等優(yōu)點。

關鍵詞：智能家居；微信公眾平臺；Arduino單片機；智能燈光控制；環(huán)境查詢

中圖分類號：TN911；TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）12-00-03

0 引 言

智能家居即普通住宅通過布線將住宅里的電器、安防報警設備連接到控制器和網絡上，用戶通過網絡對住宅進行遠程控制和管理并監(jiān)視住宅情況，使住宅環(huán)境保持舒適協調，為屋主提供一個適合生活、學習及工作的智能家居環(huán)境[1-3]。智能家居的概念符合當下人們對住宅環(huán)境的高要求，但由于目前智能家居技術還處于發(fā)展階段，各方面技術還不完善導致智能家居的性價比較低，市面上的智能家居產品也五花八門，使智能家居難以得到廣泛應用[4，5]。

本文設計并實現了一個性價比較高的智能家居控制系統，其低廉的價格更容易為普通家庭所接受，由于系統的開源性，用戶也可以對該系統自定義設置，添加自己需要的設備。市面上有不少基于App平臺的智能家居產品，但App面對不同的設備和系統時需考慮兼容問題，設計較為復雜。本設計用微信公眾平臺作為控制終端，雖然操作界面不比App，但由于大多數智能手機均可安裝微信客戶端，所以不用考慮兼容性問題，大大縮短了開發(fā)周期，也為用戶的使用提供了方便。

1 基于微信的智能家居系統設計

本智能家居系統包括手機微信子系統、服務器和安卓單片機子系統三部分。在該設計中用戶只需通過訂閱指定的微信號，就可以實現對住宅燈光的控制和對室內環(huán)境的查詢。本系統選用的處理器為Arduino UNO硬件平臺，開發(fā)了遠程開/關LED燈和溫濕度查詢功能。本系統微信的開發(fā)使用了PHP+MySQL組合，并在Arduino IDE的開發(fā)環(huán)境下編寫了Arduino程序。

1.1 硬件設計

本設計要完成以下兩個任務：

（1）采集環(huán)境的溫濕度并將溫濕度數據上傳；

（2）獲取服務器傳來的開關燈指令從而控制LED燈的開閉。本設計的控制終端選用Arduino UNO作為主控制器，DHT11數字溫濕度傳感器作為溫濕度采集器，其他包括Arduino Ethernet Shield以太網卡與LED燈、電阻和其它連線。系統的連接示意圖如圖1所示。

1.2 系統軟件設計

根據系統所完成的任務，本系統軟件的設計主要涉及搭建服務器、設計微信公眾號平臺和編寫Arduino單片機端的通信程序。

1.2.1 服務器的搭建

使用微信公眾平臺的開發(fā)者模式需要服務器的支持，開發(fā)者需首先搭建好公網服務器，這里選擇百度開放云BAE。打開https：//login.bce.baidu.com網站，用百度賬號登錄，實名認證后便可以使用。打開“應用引擎基礎版”添加部署，填寫好相應配置之后點擊“下一步”完成部署。

本文設計的簡易智能家居系統需要傳輸溫度、濕度和開關狀態(tài)這三類數據。微信或者Arduino單片機數據通過網絡上傳至數據庫，另一端再通過網絡下載相應的數據。將溫濕度和燈光狀態(tài)存儲到數據庫上，首先對MySQL數據庫初始化，在“添加部署”完成后，“擴展服務”里就會自動生成一個MySQL數據庫，名稱、用戶名和密碼均已設置，不可修改。通過phpMyAdmin圖形化管理工具打開MySQL，新建三個字段數為3的數據表名稱，分別為switch、humdsensor和tempsensor，除“數據表名”不同，其他參數都一樣。設置完成后在各數據表中插入一條ID為1的記錄，data或state的值不為空即可。至此，數據庫初始化完成。

此外，服務器端需要完成兩個方面的代碼設計，一方面連接微信，另一方面連接Arduino單片機，均用PHP編寫。

連接微信的代碼可以參考微信官網提供的示例代碼。連接微信的代碼設計如下：

（1）判斷是否為第一次接入，若是，則進行驗證，否則無需驗證。

（2）判斷接收的消息類型，若為“subscribe”類型，則向用戶回復消息，即在用戶關注公眾號時回復消息。

（3）用switch（）結構判斷接收的文本消息的內容。若為“開燈”，則更新MySQL數據庫switch表單里ID為1的記錄時間，將該記錄state的值更新為1，并向用戶回復開燈完成的提示；若為“關燈”，則更新MySQL數據庫switch表單里ID為1的記錄時間，將該記錄state的值更新為0，并向用戶回復關燈完成的提示；若為“溫度”，則從MySQL數據庫tempsensor表單里ID為1的記錄中獲取data的值，并將該值回復給用戶；若為“濕度”，則從MySQL數據庫humdsensor表單里ID為1的記錄中獲取data的值，并將該值回復給用戶；若不是上述四種情況，則向用戶回復“不支持該指令”。

Arduino單片機作為HTTP客戶端，通過GET方式向服務器發(fā)送HTTP請求，服務器端連接Arduino單片機的代碼用GET的方式獲取溫濕度，并向Arduino返回燈的開關狀態(tài)。連接Arduino的代碼設計如下[6]：

（1）判斷通過GET方式獲取的數據“humddata”和“tempdata”是否為空且“token”是否為“Arduino”，若不是，則輸出“Error”；若是，則連接MySQL數據庫，獲取switch表單里ID為1的記錄的state值并輸出。

（2）將通過GET方式獲得的數據“humddata”和“tempdata”分別更新到MySQL數據庫的表單“humdsensor”和“tempsensor”ID為1的記錄的data中。

1.2.2 微信公眾平臺的搭建

打開https：//mp.weixin.qq.com注冊成為微信公眾平臺用戶后，啟用開發(fā)者模式。開發(fā)者模式的使用需要服務器的支持，用戶需要建好服務器。搭建好服務器環(huán)境之后開發(fā)者需要按如下步驟進入微信公眾平臺開發(fā)：

（1）填寫服務器配置。登錄微信公眾平臺官網后，啟用開發(fā)者模式，點擊“修改配置”選項，填寫開發(fā)者申請的服務器域名、Token和EncodingAESKey。其中URL用于開發(fā)者申請的服務器與微信服務器之間的數據傳輸。Token由開發(fā)者自行設置，須與服務器腳本代碼里定義的Token相同，用于微信公眾號的驗證接入。EncodingAESKey隨機生成，可用于消息加密。

（2）驗證消息來自微信服務器。開發(fā)者提交配置后，微信服務器向用戶填寫公網服務器地址發(fā)送GET請求。開發(fā)者通過檢驗signature對請求進行校驗。

（3）依據接口文檔實現業(yè)務邏輯。驗證服務器域名成功后即可完成接入。

1.2.3 Arduino單片機端程序設計

Arduino單片機端要完成上傳溫濕度和下載燈光狀態(tài)的工作。單片機與服務器的連接通過HTTP協議，作為HTTP客戶端的單片機用GET的方式訪問服務器并上傳溫濕度表單，服務器返回燈光狀態(tài)，單片機根據獲得的燈光狀態(tài)對燈光進行控制。燈光控制流程圖如圖2所示，上傳溫濕度流程圖如圖3所示。

2 系統測試

用手機關注微信公眾號，通過發(fā)送相關指令觀察微信公眾號能否實現預期功能。向微信公眾號發(fā)送“開燈”“關燈”“溫度”“濕度”和其他消息，按照預期，公眾號能夠自動回復“已經為您打開??！”“已經為您關閉??！”“您所查詢房間的溫度為‘數據庫tempsensor表單℃?！薄澳樵兎块g的濕度為‘數據庫humdsensor表單%RH?！焙汀皶翰恢С衷撝噶?。請輸入‘開燈‘關燈控制燈光或者輸入‘溫度‘濕度查詢房間實時溫濕度?！?，表明系統能夠正常工作。微信操作界面如圖4所示。電路實物連接圖如圖5所示。連接好電路之后上傳程序代碼，程序啟動后即可正常控制系統。

3 結 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。其中包括微信公眾平臺開發(fā)技術、PHP、MySQL數據庫、Arduino程序設計和HTTP協議，也包括網絡端和Arduino單片機端的軟件設計。該設計實現了一種遠程控制燈光開關和查詢環(huán)境溫濕度的智能家居系統。

參考文獻

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