智慧家居·萬物互聯：我的智能花盆DIY之旅

• 0 寫在前面
• 1 架構怎么搭？
• • 1.1 系統層次
  • 1.2 MQTT是什么？
  • 1.3 項目流程
• 2 云平臺怎么用？
• • 2.1 創建設備
  • 2.2 設備開發
  • 2.3 設備管理
• 3 軟件怎么設計？
• • 3.1 依賴庫配置
  • 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
  • 3.6 執行設備
• 4 更進一步

0 寫在前面

🔥物聯網(Internet of things, IoT)就是物物相連的互聯網，在智能家居、智慧城市等方面有廣泛應用。這次，我從零開始搭建一個基于ESP32的智能花盆，相信讀完本文，你也可以親自實現一個物聯網應用，無論是參加創客大賽還是物聯網比賽，都先人一步！

首先，先看看最后的實物圖

1 架構怎么搭？

1.1 系統層次

整個系統分為3部分：

• 云端服務部分 使用任何云服務器即可，本項目使用涂鴉云平臺，官網放在這涂鴉云平臺
• 控制器部分 本項目使用ESP32控制器，也可以使用STM32、樹莓派等
• 外圍設備部分 即傳感器、執行器等，本項目主要采用光敏電阻、DHT11溫濕度傳感器、燈管、風扇。也可使用舵機(做水閥)以及各種感應設備。

1.2 MQTT是什么？

MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)，消息隊列遙測傳輸協議），是一種基于發布/訂閱（publish/subscribe）模式的"輕量級"通訊協議。MQTT最大優點在于，可以以極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠程設備提供實時可靠的消息服務。作為一種低開銷、低帶寬占用的即時通訊協議，使其在物聯網、小型設備、移動應用等方面有較廣泛的應用。

圖源網絡，侵刪

1.3 項目流程

MQTT的訂閱方和發布方遵守同一種開發API格式，我們根據所選云平臺設計好的API進行功能設計。在項目運轉時，ESP32(或其他任何控制器)通過WIFI連接到互聯網，使得其能夠與云平臺通信，去訂閱云平臺發布的話題(即API)，這樣就能把底層傳感器的數據收集并傳輸給平臺，也能獲得平臺的反饋。

更進一步，可將物聯網應用部署到移動端、Web等。
接下來就按系統層次一步步完成DIY。

2 云平臺怎么用？

2.1 創建設備

進入涂鴉云平臺選擇產品開發，開始創建設備。

按如下圖文步驟完成產品創建。

• 產品開發：創建產品
• 選擇產品：溫濕度傳感器
• 選擇智能化方式：設備接入
• 完善產品信息：

添加自定義功能

下面是本次實驗設計的所有功能。

2.2 設備開發

領取免費激活碼并注冊一個設備，得到如下設備憑證。

記住這里的設備憑證，后續配置要用！！

2.3 設備管理

完成上述步驟后可以在設備管理中看到創建的設備。

3 軟件怎么設計？

3.1 依賴庫配置

本項目使用的DHT11驅動需要從下面兩個地址下載庫文件。DHT11、Adafruit_Sensor

MQTT庫和JSON庫則可以在Arduin倉庫中自行下載。

安裝MQTT庫

安裝Json庫

3.2 引腳定義與連接

查看下面的ESP32引腳定義

圖源網絡，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 // 風扇控制引腳 GPIO///

根據定義的實際接線圖如下：

3.3 WIFI配置

WIFI設置如下：

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的協議規范，我這里參考涂鴉云MQTT協議

需要配置ClientID、UserName、Password三個屬性，都與前面設備憑證的DeviceId有關，其中Password需要根據設備密碼用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

連接WIFI

WiFiClient espClient; //創建網絡連接客戶端//連接WIFI相關函數 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回調函數的作用：若訂閱的主題有消息則觸發回調獲取消息

// MQTT回調函數 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的設置函數

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

Arduino的循環函數

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(); }

打開串口，成功收到連接消息。

打開云平臺，成功看到設備在線。同時也能獲得設置的各個屬性信息。

3.6 執行設備

由于我選擇了USB燈管，但ESP32無法驅動USB(除非轉接)，不得不以一種不甚優雅的方式通過樹莓派間接驅動這些執行設備。大家只要選型選好就不存在這種兩個控制器的問題，這里把樹莓派理解成一種驅動器即可，它通過讀ESP32的信號來點燈和驅動風扇。下面代碼僅供參考

import RPi.GPIO as GPIO#------------------------------------------------------# # @breif: 執行設備 #-------------------------------------------------------# class Exe:def __init__(self): self.light = 11 # 引腳11接燈self.fan = 13 # 引腳13接風扇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:驅動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 更進一步

寫了個簡單的網頁來實時監測、可視化。

---

🔥 更多精彩專欄：

• 《ROS從入門到精通》
• 《機器人原理與技術》
• 《機器學習強基計劃》
• 《計算機視覺教程》
• …

👇源碼獲取 · 技術交流 · 抱團學習 · 咨詢分享 請聯系👇

總結

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)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。