鄭艷華++蔡佳林

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能家居的應(yīng)用也愈加廣泛。文中設(shè)計和實現(xiàn)了一款基于微信公眾平臺的智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括手機(jī)微信端、服務(wù)器和安卓單片機(jī)控制端三部分。用戶通過訂閱指定的微信號，輸入相關(guān)指令就可控制室內(nèi)燈光的開關(guān)并查詢室內(nèi)的溫濕度情況。該設(shè)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(guān)鍵詞：智能家居；微信公眾平臺；Arduino單片機(jī)；智能燈光控制；環(huán)境查詢

中圖分類號：TN911；TP393 文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)備連接到控制器和網(wǎng)絡(luò)上，用戶通過網(wǎng)絡(luò)對住宅進(jìn)行遠(yuǎn)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(xié)調(diào)，為屋主提供一個適合生活、學(xué)習(xí)及工作的智能家居環(huán)境[1-3]。智能家居的概念符合當(dāng)下人們對住宅環(huán)境的高要求，但由于目前智能家居技術(shù)還處于發(fā)展階段，各方面技術(shù)還不完善導(dǎo)致智能家居的性價比較低，市面上的智能家居產(chǎn)品也五花八門，使智能家居難以得到廣泛應(yīng)用[4，5]。

本文設(shè)計并實現(xiàn)了一個性價比較高的智能家居控制系統(tǒng)，其低廉的價格更容易為普通家庭所接受，由于系統(tǒng)的開源性，用戶也可以對該系統(tǒng)自定義設(shè)置，添加自己需要的設(shè)備。市面上有不少基于App平臺的智能家居產(chǎn)品，但App面對不同的設(shè)備和系統(tǒng)時需考慮兼容問題，設(shè)計較為復(fù)雜。本設(shè)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(shù)智能手機(jī)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(tǒng)設(shè)計

本智能家居系統(tǒng)包括手機(jī)微信子系統(tǒng)、服務(wù)器和安卓單片機(jī)子系統(tǒng)三部分。在該設(shè)計中用戶只需通過訂閱指定的微信號，就可以實現(xiàn)對住宅燈光的控制和對室內(nèi)環(huán)境的查詢。本系統(tǒng)選用的處理器為Arduino UNO硬件平臺，開發(fā)了遠(yuǎn)程開/關(guān)LED燈和溫濕度查詢功能。本系統(tǒng)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(shè)計

本設(shè)計要完成以下兩個任務(wù)：

（1）采集環(huán)境的溫濕度并將溫濕度數(shù)據(jù)上傳；

（2）獲取服務(wù)器傳來的開關(guān)燈指令從而控制LED燈的開閉。本設(shè)計的控制終端選用Arduino UNO作為主控制器，DHT11數(shù)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(wǎng)卡與LED燈、電阻和其它連線。系統(tǒng)的連接示意圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)所完成的任務(wù)，本系統(tǒng)軟件的設(shè)計主要涉及搭建服務(wù)器、設(shè)計微信公眾號平臺和編寫Arduino單片機(jī)端的通信程序。

1.2.1 服務(wù)器的搭建

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

本文設(shè)計的簡易智能家居系統(tǒng)需要傳輸溫度、濕度和開關(guān)狀態(tài)這三類數(shù)據(jù)。微信或者Arduino單片機(jī)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)據(jù)庫，另一端再通過網(wǎng)絡(luò)下載相應(yīng)的數(shù)據(jù)。將溫濕度和燈光狀態(tài)存儲到數(shù)據(jù)庫上，首先對MySQL數(shù)據(jù)庫初始化，在“添加部署”完成后，“擴(kuò)展服務(wù)”里就會自動生成一個MySQL數(shù)據(jù)庫，名稱、用戶名和密碼均已設(shè)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(shù)為3的數(shù)據(jù)表名稱，分別為switch、humdsensor和tempsensor，除“數(shù)據(jù)表名”不同，其他參數(shù)都一樣。設(shè)置完成后在各數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫初始化完成。

此外，服務(wù)器端需要完成兩個方面的代碼設(shè)計，一方面連接微信，另一方面連接Arduino單片機(jī)，均用PHP編寫。

連接微信的代碼可以參考微信官網(wǎng)提供的示例代碼。連接微信的代碼設(shè)計如下：

（1）判斷是否為第一次接入，若是，則進(jìn)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(fù)消息，即在用戶關(guān)注公眾號時回復(fù)消息。

（3）用switch（）結(jié)構(gòu)判斷接收的文本消息的內(nèi)容。若為“開燈”，則更新MySQL數(shù)據(jù)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(fù)開燈完成的提示；若為“關(guān)燈”，則更新MySQL數(shù)據(jù)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(fù)關(guān)燈完成的提示；若為“溫度”，則從MySQL數(shù)據(jù)庫tempsensor表單里ID為1的記錄中獲取data的值，并將該值回復(fù)給用戶；若為“濕度”，則從MySQL數(shù)據(jù)庫humdsensor表單里ID為1的記錄中獲取data的值，并將該值回復(fù)給用戶；若不是上述四種情況，則向用戶回復(fù)“不支持該指令”。

Arduino單片機(jī)作為HTTP客戶端，通過GET方式向服務(wù)器發(fā)送HTTP請求，服務(wù)器端連接Arduino單片機(jī)的代碼用GET的方式獲取溫濕度，并向Arduino返回?zé)舻拈_關(guān)狀態(tài)。連接Arduino的代碼設(shè)計如下[6]：

（1）判斷通過GET方式獲取的數(shù)據(jù)“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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)“humddata”和“tempdata”分別更新到MySQL數(shù)據(jù)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(wù)器的支持，用戶需要建好服務(wù)器。搭建好服務(wù)器環(huán)境之后開發(fā)者需要按如下步驟進(jìn)入微信公眾平臺開發(fā)：

（1）填寫服務(wù)器配置。登錄微信公眾平臺官網(wǎng)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(wù)器域名、Token和EncodingAESKey。其中URL用于開發(fā)者申請的服務(wù)器與微信服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。Token由開發(fā)者自行設(shè)置，須與服務(wù)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(jī)生成，可用于消息加密。

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

（3）依據(jù)接口文檔實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯。驗證服務(wù)器域名成功后即可完成接入。

1.2.3 Arduino單片機(jī)端程序設(shè)計

Arduino單片機(jī)端要完成上傳溫濕度和下載燈光狀態(tài)的工作。單片機(jī)與服務(wù)器的連接通過HTTP協(xié)議，作為HTTP客戶端的單片機(jī)用GET的方式訪問服務(wù)器并上傳溫濕度表單，服務(wù)器返回?zé)艄鉅顟B(tài)，單片機(jī)根據(jù)獲得的燈光狀態(tài)對燈光進(jìn)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(tǒng)測試

用手機(jī)關(guān)注微信公眾號，通過發(fā)送相關(guān)指令觀察微信公眾號能否實現(xiàn)預(yù)期功能。向微信公眾號發(fā)送“開燈”“關(guān)燈”“溫度”“濕度”和其他消息，按照預(yù)期，公眾號能夠自動回復(fù)“已經(jīng)為您打開！！”“已經(jīng)為您關(guān)閉！！”“您所查詢房間的溫度為‘?dāng)?shù)據(jù)庫tempsensor表單℃?！薄澳樵兎块g的濕度為‘?dāng)?shù)據(jù)庫humdsensor表單%RH?！焙汀皶翰恢С衷撝噶?。請輸入‘開燈‘關(guān)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(tǒng)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?？刂葡到y(tǒng)。

3 結(jié) 語

本文設(shè)計了一款基于微信公眾平臺的智能家居控制系統(tǒng)。其中包括微信公眾平臺開發(fā)技術(shù)、PHP、MySQL數(shù)據(jù)庫、Arduino程序設(shè)計和HTTP協(xié)議，也包括網(wǎng)絡(luò)端和Arduino單片機(jī)端的軟件設(shè)計。該設(shè)計實現(xiàn)了一種遠(yuǎn)程控制燈光開關(guān)和查詢環(huán)境溫濕度的智能家居系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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