智慧家居·萬(wàn)物互聯(lián)：我的智能花盆DIY之旅

• 0 寫(xiě)在前面
• 1 架構(gòu)怎么搭？
• • 1.1 系統(tǒng)層次
  • 1.2 MQTT是什么？
  • 1.3 項(xiàng)目流程
• 2 云平臺(tái)怎么用？
• • 2.1 創(chuàng)建設(shè)備
  • 2.2 設(shè)備開(kāi)發(fā)
  • 2.3 設(shè)備管理
• 3 軟件怎么設(shè)計(jì)？
• • 3.1 依賴(lài)庫(kù)配置
  • 3.2 引腳定義與連接
  • 3.3 WIFI配置
  • 3.4 MQTT配置
  • 3.5 連接云平臺(tái)
  • 3.6 執(zhí)行設(shè)備
• 4 更進(jìn)一步

0 寫(xiě)在前面

🔥物聯(lián)網(wǎng)(Internet of things, IoT)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，在智能家居、智慧城市等方面有廣泛應(yīng)用。這次，我從零開(kāi)始搭建一個(gè)基于ESP32的智能花盆，相信讀完本文，你也可以親自實(shí)現(xiàn)一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，無(wú)論是參加創(chuàng)客大賽還是物聯(lián)網(wǎng)比賽，都先人一步！

首先，先看看最后的實(shí)物圖

1 架構(gòu)怎么搭？

1.1 系統(tǒng)層次

整個(gè)系統(tǒng)分為3部分：

• 云端服務(wù)部分 使用任何云服務(wù)器即可，本項(xiàng)目使用涂鴉云平臺(tái)，官網(wǎng)放在這涂鴉云平臺(tái)
• 控制器部分 本項(xiàng)目使用ESP32控制器，也可以使用STM32、樹(shù)莓派等
• 外圍設(shè)備部分 即傳感器、執(zhí)行器等，本項(xiàng)目主要采用光敏電阻、DHT11溫濕度傳感器、燈管、風(fēng)扇。也可使用舵機(jī)(做水閥)以及各種感應(yīng)設(shè)備。

1.2 MQTT是什么？

MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)，消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議），是一種基于發(fā)布/訂閱（publish/subscribe）模式的"輕量級(jí)"通訊協(xié)議。MQTT最大優(yōu)點(diǎn)在于，可以以極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠(yuǎn)程設(shè)備提供實(shí)時(shí)可靠的消息服務(wù)。作為一種低開(kāi)銷(xiāo)、低帶寬占用的即時(shí)通訊協(xié)議，使其在物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)用等方面有較廣泛的應(yīng)用。

圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪

1.3 項(xiàng)目流程

MQTT的訂閱方和發(fā)布方遵守同一種開(kāi)發(fā)API格式，我們根據(jù)所選云平臺(tái)設(shè)計(jì)好的API進(jìn)行功能設(shè)計(jì)。在項(xiàng)目運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ESP32(或其他任何控制器)通過(guò)WIFI連接到互聯(lián)網(wǎng)，使得其能夠與云平臺(tái)通信，去訂閱云平臺(tái)發(fā)布的話題(即API)，這樣就能把底層傳感器的數(shù)據(jù)收集并傳輸給平臺(tái)，也能獲得平臺(tái)的反饋。

更進(jìn)一步，可將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用部署到移動(dòng)端、Web等。
接下來(lái)就按系統(tǒng)層次一步步完成DIY。

2 云平臺(tái)怎么用？

2.1 創(chuàng)建設(shè)備

進(jìn)入涂鴉云平臺(tái)選擇產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，開(kāi)始創(chuàng)建設(shè)備。

按如下圖文步驟完成產(chǎn)品創(chuàng)建。

• 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)：創(chuàng)建產(chǎn)品
• 選擇產(chǎn)品：溫濕度傳感器
• 選擇智能化方式：設(shè)備接入
• 完善產(chǎn)品信息：

添加自定義功能

下面是本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的所有功能。

2.2 設(shè)備開(kāi)發(fā)

領(lǐng)取免費(fèi)激活碼并注冊(cè)一個(gè)設(shè)備，得到如下設(shè)備憑證。

記住這里的設(shè)備憑證，后續(xù)配置要用！！

2.3 設(shè)備管理

完成上述步驟后可以在設(shè)備管理中看到創(chuàng)建的設(shè)備。

3 軟件怎么設(shè)計(jì)？

3.1 依賴(lài)庫(kù)配置

本項(xiàng)目使用的DHT11驅(qū)動(dòng)需要從下面兩個(gè)地址下載庫(kù)文件。DHT11、Adafruit_Sensor

MQTT庫(kù)和JSON庫(kù)則可以在Arduin倉(cāng)庫(kù)中自行下載。

安裝MQTT庫(kù)

安裝Json庫(kù)

3.2 引腳定義與連接

查看下面的ESP32引腳定義

圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪

我的定義如下所示，大家可以參考

#include "DHT.h" #include "WiFi.h" #include "PubSubClient.h" #include "ArduinoJson.h"GPIO/// #define DHTTYPE DHT11 // 定義溫濕度傳感器類(lèi)型為DHT11 #define DHTPIN 15 // DHT11引腳 #define ADCPIN 32 // 光敏電阻引腳 #define LIGHTPIN 33 // 燈光控制引腳 #define FANPIN 13 // 風(fēng)扇控制引腳 GPIO///

根據(jù)定義的實(shí)際接線圖如下：

3.3 WIFI配置

WIFI設(shè)置如下：

WIFI/// #define WIFI_SSID "Winter" // wifi名 #define WIFI_PASSWD "913982779" // wifi密碼 WIFI///

3.4 MQTT配置

參考大家選用云平臺(tái)的協(xié)議規(guī)范，我這里參考涂鴉云MQTT協(xié)議

需要配置ClientID、UserName、Password三個(gè)屬性，都與前面設(shè)備憑證的DeviceId有關(guān)，其中Password需要根據(jù)設(shè)備密碼用Hmac256算法加密。

MQTT/// #define mqttServer "m1.tuyacn.com" #define mqttPort 1883 #define ClientId "tuyalink_6c9a1bfe77510a9904vbva" #define User "6c9a1bfe77510a9904vbva|signMethod=hmacSha256,timestamp=1639372190,securemode=1,accessType=1" #define Pass "e3b024852f65fffabbf17ccfe97b8a599b134a81037976736288df58ec88e188" #define TOPIC "tylink/6c9a1bfe77510a9904vbva/thing/property/set" MQTT///

3.5 連接云平臺(tái)

連接WIFI

WiFiClient espClient; //創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)連接客戶(hù)端//連接WIFI相關(guān)函數(shù) void setupWifi() {delay(10);Serial.println("Connecting WIFI");WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWD);while (!WiFi.isConnected()){Serial.print(".");delay(500);}Serial.println("OK");Serial.println("Wifi connected successfully!");Serial.println("IP address: ");Serial.println(WiFi.localIP()); }

配置并連接MQTT

//鏈接mqtt void setupMQTT() {client.setServer(mqttServer, mqttPort);client.setCallback(callback); while (!client.connected()){Serial.println("Connecting MQTT");if(client.connect(ClientId,User,Pass)){Serial.println("MQTT connected successfully!");client.subscribe(TOPIC);}else{Serial.print("Failed with state ");Serial.println(client.state());delay(2000);}} }

其中MQTT回調(diào)函數(shù)的作用：若訂閱的主題有消息則觸發(fā)回調(diào)獲取消息

// MQTT回調(diào)函數(shù) void callback(char * topic,byte * payload,unsigned int length){DynamicJsonDocument doc(512);char charbuffer[512];Serial.print("Message arrived [");Serial.print(topic);Serial.println("]");int i = 0;for(;i<length;i++){charbuffer[i] = (char)payload[i];}charbuffer[i] = '\0';DeserializationError error = deserializeJson(doc,charbuffer);if(error){Serial.print(F("deserializeJson() failed: "));Serial.println(error.f_str());return;}bool lightOn = doc["data"]["light_switch"];bool dehumiOn = doc["data"]["fan_switch"];if (lightOn){digitalWrite(LIGHTPIN,HIGH);}else{digitalWrite(LIGHTPIN,LOW);}if (dehumiOn){digitalWrite(FANPIN,HIGH);}else{digitalWrite(FANPIN,LOW);} }

Arduino的設(shè)置函數(shù)

void setup() {// put your setup code here, to run once:pinMode(LIGHTPIN,OUTPUT);Serial.begin(115200);setupWifi();setupMQTT();dht.begin(); }

Arduino的循環(huán)函數(shù)

void loop() {delay(5000);// Read humidity dataint h = dht.readHumidity();// Read temperature as Celsius (the default)int t = dht.readTemperature();// Check if any reads failed and exit early (to try again).if (isnan(h) || isnan(t)) {Serial.println(F("Failed to read from DHT sensor!"));return;}// Read illumination datafloat l = analogRead(ADCPIN);int percent = 100 - l / 4096.0 * 100.0;// 串口打印Serial.print(F("Humidity: "));Serial.print(h);Serial.print(F("% Temperature: "));Serial.print(t);Serial.print(F("C "));Serial.print(F("illumination: "));Serial.print(percent);Serial.println(F("% "));// 封裝jsonDynamicJsonDocument doc(512);DynamicJsonDocument jsdata(256);DynamicJsonDocument tempdata(32);DynamicJsonDocument humidata(32);DynamicJsonDocument light(32);tempdata["value"] = t;tempdata["time"] = 1639454915;humidata["value"] = h;humidata["time"] = 1639454915;illudata["value"] = percent;illudata["time"] = 1639454915;jsdata["temp_current"] = tempdata;jsdata["humidity_current"] = humidata;jsdata["light_current"] = light;doc["msgId"] = "45lkj3551234001";doc["time"] = 1639454915;doc["data"] = jsdata;String str;serializeJson(doc, str); // Serial.println(str);// Sending to MQTTchar *p = (char *)str.c_str();if(client.publish("tylink/6c9a1bfe77510a9904vbva/thing/property/report",p) == true)Serial.println("Success sending message.");else Serial.println("Failed sending message.");client.loop(); }

打開(kāi)串口，成功收到連接消息。

打開(kāi)云平臺(tái)，成功看到設(shè)備在線。同時(shí)也能獲得設(shè)置的各個(gè)屬性信息。

3.6 執(zhí)行設(shè)備

由于我選擇了USB燈管，但ESP32無(wú)法驅(qū)動(dòng)USB(除非轉(zhuǎn)接)，不得不以一種不甚優(yōu)雅的方式通過(guò)樹(shù)莓派間接驅(qū)動(dòng)這些執(zhí)行設(shè)備。大家只要選型選好就不存在這種兩個(gè)控制器的問(wèn)題，這里把樹(shù)莓派理解成一種驅(qū)動(dòng)器即可，它通過(guò)讀ESP32的信號(hào)來(lái)點(diǎn)燈和驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。下面代碼僅供參考

import RPi.GPIO as GPIO#------------------------------------------------------# # @breif: 執(zhí)行設(shè)備 #-------------------------------------------------------# class Exe:def __init__(self): self.light = 11 # 引腳11接燈self.fan = 13 # 引腳13接風(fēng)扇self.esp = 15 # 引腳15接ESP32GPIO.setmode(GPIO.BOARD)GPIO.setup(self.light,GPIO.OUT)GPIO.output(self.light,GPIO.LOW)GPIO.setup(self.fan ,GPIO.OUT)GPIO.output(self.fan ,GPIO.LOW)# @breif:驅(qū)動(dòng)def run(self):if GPIO.input(self.esp):GPIO.output(self.light, GPIO.HIGH)GPIO.output(self.fan , GPIO.HIGH)else:GPIO.output(self.light, GPIO.LOW)GPIO.output(self.fan , GPIO.LOW)

4 更進(jìn)一步

寫(xiě)了個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)頁(yè)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、可視化。

---

🔥 更多精彩專(zhuān)欄：

• 《ROS從入門(mén)到精通》
• 《機(jī)器人原理與技術(shù)》
• 《機(jī)器學(xué)習(xí)強(qiáng)基計(jì)劃》
• 《計(jì)算機(jī)視覺(jué)教程》
• …

👇源碼獲取 · 技術(shù)交流 · 抱團(tuán)學(xué)習(xí) · 咨詢(xún)分享 請(qǐng)聯(lián)系👇

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的智慧家居·万物互联：我的智能花盆DIY之旅(ESP32)的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。