智慧家居·万物互联：我的智能花盆DIY之旅

• 0 写在前面
• 1 架构怎么搭？
• • 1.1 系统层次
  • 1.2 MQTT是什么？
  • 1.3 项目流程
• 2 云平台怎么用？
• • 2.1 创建设备
  • 2.2 设备开发
  • 2.3 设备管理
• 3 软件怎么设计？
• • 3.1 依赖库配置
  • 3.2 引脚定义与连接
  • 3.3 WIFI配置
  • 3.4 MQTT配置
  • 3.5 连接云平台
  • 3.6 执行设备
• 4 更进一步

0 写在前面

🔥物联网(Internet of things, IoT)就是物物相连的互联网，在智能家居、智慧城市等方面有广泛应用。这次，我从零开始搭建一个基于ESP32的智能花盆，相信读完本文，你也可以亲自实现一个物联网应用，无论是参加创客大赛还是物联网比赛，都先人一步！

首先，先看看最后的实物图

1 架构怎么搭？

1.1 系统层次

整个系统分为3部分：

• 云端服务部分 使用任何云服务器即可，本项目使用涂鸦云平台，官网放在这涂鸦云平台
• 控制器部分 本项目使用ESP32控制器，也可以使用STM32、树莓派等
• 外围设备部分 即传感器、执行器等，本项目主要采用光敏电阻、DHT11温湿度传感器、灯管、风扇。也可使用舵机(做水阀)以及各种感应设备。

1.2 MQTT是什么？

MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的"轻量级"通讯协议。MQTT最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。

图源网络，侵删

1.3 项目流程

MQTT的订阅方和发布方遵守同一种开发API格式，我们根据所选云平台设计好的API进行功能设计。在项目运转时，ESP32(或其他任何控制器)通过WIFI连接到互联网，使得其能够与云平台通信，去订阅云平台发布的话题(即API)，这样就能把底层传感器的数据收集并传输给平台，也能获得平台的反馈。

更进一步，可将物联网应用部署到移动端、Web等。
接下来就按系统层次一步步完成DIY。

2 云平台怎么用？

2.1 创建设备

进入涂鸦云平台选择产品开发，开始创建设备。

按如下图文步骤完成产品创建。

• 产品开发：创建产品
• 选择产品：温湿度传感器
• 选择智能化方式：设备接入
• 完善产品信息：

添加自定义功能

下面是本次实验设计的所有功能。

2.2 设备开发

领取免费激活码并注册一个设备，得到如下设备凭证。

记住这里的设备凭证，后续配置要用！！

2.3 设备管理

完成上述步骤后可以在设备管理中看到创建的设备。

3 软件怎么设计？

3.1 依赖库配置

本项目使用的DHT11驱动需要从下面两个地址下载库文件。DHT11、Adafruit_Sensor

MQTT库和JSON库则可以在Arduin仓库中自行下载。

安装MQTT库

安装Json库

3.2 引脚定义与连接

查看下面的ESP32引脚定义

图源网络，侵删

我的定义如下所示，大家可以参考

#include "DHT.h" #include "WiFi.h" #include "PubSubClient.h" #include "ArduinoJson.h"GPIO/// #define DHTTYPE DHT11 // 定义温湿度传感器类型为DHT11 #define DHTPIN 15 // DHT11引脚 #define ADCPIN 32 // 光敏电阻引脚 #define LIGHTPIN 33 // 灯光控制引脚 #define FANPIN 13 // 风扇控制引脚 GPIO///

根据定义的实际接线图如下：

3.3 WIFI配置

WIFI设置如下：

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

3.4 MQTT配置

参考大家选用云平台的协议规范，我这里参考涂鸦云MQTT协议

需要配置ClientID、UserName、Password三个属性，都与前面设备凭证的DeviceId有关，其中Password需要根据设备密码用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 连接云平台

连接WIFI

WiFiClient espClient; //创建网络连接客户端//连接WIFI相关函数 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()); }

配置并连接MQTT

//链接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回调函数的作用：若订阅的主题有消息则触发回调获取消息

// MQTT回调函数 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的设置函数

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

Arduino的循环函数

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("% "));// 封装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(); }

打开串口，成功收到连接消息。

打开云平台，成功看到设备在线。同时也能获得设置的各个属性信息。

3.6 执行设备

由于我选择了USB灯管，但ESP32无法驱动USB(除非转接)，不得不以一种不甚优雅的方式通过树莓派间接驱动这些执行设备。大家只要选型选好就不存在这种两个控制器的问题，这里把树莓派理解成一种驱动器即可，它通过读ESP32的信号来点灯和驱动风扇。下面代码仅供参考

import RPi.GPIO as GPIO#------------------------------------------------------# # @breif: 执行设备 #-------------------------------------------------------# class Exe:def __init__(self): self.light = 11 # 引脚11接灯self.fan = 13 # 引脚13接风扇self.esp = 15 # 引脚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:驱动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 更进一步

写了个简单的网页来实时监测、可视化。

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总结

以上是生活随笔为你收集整理的智慧家居·万物互联：我的智能花盆DIY之旅(ESP32)的全部内容，希望文章能够帮你解决所遇到的问题。

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