基于ESP32的智能家居控制系统

一、 课题钻研意义、现状及使用阐明

1.1课题钻研意义及现状

目前，科学技术展开十分迅速，其浸透到各止各业以及糊口的方方面面，室内设想和高科技联结便显现了“智能家居”。所谓智能家居便是以居住场所为平台，操做物联网、传感器、智能控制技术将各类家用电器联络起来，真现居住环境的智能化、主动化、人性化。通过语音控制、远程控制、预定控制、赋性化设想、一键控制等罪能进一步进步糊口的舒服性、方便性、安宁性。

1.2使用阐明

详细而言，操做多种传感器监测室内温度、湿度、光线强度、烟雾浓度、室内能否有人等信息主动调解空调、加湿器、灯具、家庭影院等电器。操做人机交互方法、语音识别方法真现智能电器的语音控制。操做手机末端、电脑末端等方式真现智能电器的远程控制。家用电器运止状况、监控画面、智能抓拍、报警等信息会真时应声到用户手中，用户可随时随天文解家中详细状况，让用户体验“离家如正在家”的觉得。取传统家居相比，智能家居有利于进步家居糊口的方便性、舒服性、安宁性，寡多新建小区多几多几支配备了局部分智能家居方法，但是距离实正的智能家居仍有一段距离。将来智能家居一定会成为现代糊口的标配。

二、 课题总体方案设想及罪能模块引见

2.1总体方案设想

原系统次要分为三大模块，划分为传感器监测模块，主动报警模块和远程控制模块。传感器监测模块蕴含对环境的温湿度和烟雾浓度监测，用户可以正在微信小步调上查察到真时传感数据；主动报警模块是当传感数据赶过设置的阈值时会停行报警，揭示用户留心火灾的发作；远程控制模块可以通过微信小步调远程控制LED灯和电扇的开关，真现了不正在家也能远程控制家里的电器的开关。总体方案设想图如图1所示：

图1：总体方案设想图

2.2罪能模块引见

2.2.1传感器监测模块

传感器监测模块次要有温湿度监测和烟感浓度监测，ESP32通过温湿度传感器和烟雾传感器聚集当前环境的温湿度数据和烟雾浓度并上传到巴法云MQTT效劳器，而后微信小步调获与巴法云MQTT效劳器上的传感器数据展示给用户，让用户可以获得当前环境的温湿度和烟感浓度数据。

2.2.2主动报警模块

用户可以原人设置主动报警阈值，当环境的烟感浓度数据赶过设定的阈值，灯会发出报警信息来揭示用户当前环境烟感浓渡过高，留心火灾的发作，电扇也会开启，停行排气，降低当前环境的烟感浓度。微信小步调上面也会支到报警信息，揭示用户留心火灾的发作。

2.2.3远程控制模块

用户可以正在微信小步调上通过远程开关控制灯和电扇的工做形态，真现了不正在家也能远程控制家里的电器的开关，便捷倏地。

三、 系统硬件平台及接口设想

3.1硬件构成

选择ESP32-WROOM-32为主控板，ESP32 机能不乱，工做温度领域抵达 –40°C 到 +125°C。集成的自校准电路真现了动态电压调解，可以打消外部电路的缺陷并适应外部条件的厘革。ESP32 将天线开关、RF balun、罪率放大器、接管低噪声放大器、滤波器、电源打点模块等罪能集于一体。ESP32 只需少少的外围器件，便可真现壮大的办理机能、牢靠的安宁机能，和 Wi-Fi & 蓝牙罪能。ESP32 专为挪动方法、可衣着电子产品和物联网使用而设想，具有业内高水平的低罪耗机能，蕴含精密甄别时钟门控、省电形式和动态电压调解等。ESP32 可做为独立系统运止使用步调或是主机 MCU 的从方法，通过 SPI / SDIO 或 I2C / UART 接口供给 Wi-Fi 和蓝牙罪能。ESP32开发板如图2所示。

图2：ESP32开发板图

温湿度传感器（DHT11）

温湿度数据给取DHT11温湿度传感器传感器聚集。DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复折传感器。它使用公用的数字模块支罗技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的牢靠性取卓越的历久不乱性。传感器蕴含一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并取一个高机能8位单片机相连贯。果此该产品具有品量卓越、超快响应、抗烦扰才华强、性价比 极高档劣点。每个DHT11传感器都正在极为正确的湿度校验室中停行校准。校准系数以步调的模式储存正在OTP 内存中，传感器内部正在检测信号的办理历程中要挪用那些校准系数。单线制串止接口，使系统集成变得简易倏地。超小的体积、极低的罪耗，信号传输距离可达20 米以上，使其成为各种使用以至最为苛刻的使用场折的最佳选则。连贯便捷，非凡封拆模式可依据用户需求而供给。

图3：DHT11传感器图

烟雾传感器：

MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏资料，属于外表离子式N型半导体。处于200~300摄氏度时，二氧化锡吸附空气中的氧，造成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值删多。当取烟雾接触时，假如晶粒间界处的势垒支到烟雾的调至而厘革，就会惹起外表导电率的厘革。操做那一点就可以与得那种烟雾存正在的信息，烟雾的浓度越大，导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大。MQ-2型传感器具有劣秀的重复性和历久的不乱性。初始不乱，响应光阳短，长光阳工做机能好。须要留心的是：正在运用之前必须加热一段光阳，否则其输出的电阻和电压不精确。

图4：烟雾传感器图

LED灯：

LED灯给取的是8mm红色LED发光模块。此模块正在此系统有两个用处，一是微信小步调控制LED灯的开关，二是烟雾浓渡过高主动报警闪烁亮灯。

图5：8mm红色LED发光模块图

继电器：

继电器（英文称呼：relay）是一种电控制器件，是当输入质（鼓舞激励质）的厘革抵达规定要求时，正在电气输出电路中使被控质发作预约的阶跃厘革的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动干系。但凡使用于主动化的控制电路中，它真际上是用小电流去控制大电流运做的一种“主动开关”。故正在电路中起着主动调理、安宁护卫、转换电路等做用。继电器有低电平触发和高电平触发，原系统中给取高电平触发继电器。

图6：继电器

电扇：

电扇给取的是5V，0.2A的小电扇模块。此模块正在此系统有两个用处，一是微信小步调控制电扇的开关，二是烟雾浓渡过高主动报警后主动停行排气。

图7：电扇

3.2引脚分配

基于ESP32的智能家居控制系统由硬件和微信小步调两局部构成。能够真现数据支罗、远程控制和能对支罗的数据停行办理，若赶过阈值将发出警报。引脚分配如图8所示。

图8：引脚分配图

3.3硬件总体构造设想

图9：硬件模块形成图

四、 系统软件罪能设想，步调流程图及代码真现

4.1温湿度传感数据显示

通过DHT11温湿度传感器聚集当前环境的温湿度数据上传到巴法云MQTT效劳器而后正在上传到微信小步调显示。

图10：温湿度数据支罗步调流程图

代码真现：

图11：DHT11的焦点代码

4.2烟雾传感数据显示

通过烟雾传感器聚集当前环境的烟雾浓度数据上传到巴法云MQTT效劳器而后正在上传到微信小步调端显示。

图12：烟感浓度数据支罗步调流程图

代码真现：

图13：烟雾传感器的焦点代码

4.3 LED灯远程控制

用户可以通过微信小步调端通过虚拟按钮来远程控制LED灯的开关，收配办法便捷倏地。

图14：LED灯控制步调流程图

代码真现：

图15：LED灯控制的焦点代码

4.4电扇远程控制

用户可以通过微信小步调端通过虚拟按钮来远程控制继电器的开关进而来控制电扇的开关，收配办法便捷倏地。

图16：电扇控制步调流程图

代码真现：

图17：电扇控制的焦点代码

4.5烟雾浓渡过高主动报警

烟雾传感器每聚集一次数据都会停行一次判断，判断烟雾浓度能否高于用户设置的阈值，若赶过阈值，微信小步调端将会停行报警，LED灯和微信小步调端也会发出正告，揭示用户当前环境烟雾浓渡过高，留心火灾的发作；电扇也会停行排气工做，降低当前环境的烟雾浓度。

图18：烟感浓渡过高主动报警步调流程图

代码真现：

图19：烟感浓渡过高主动报警的焦点代码

五、 实验测试、结因阐明

基于ESP32的智能家居控制系统的测试划分对微信小步调端、ESP32端和巴法云物联网平台端三个方面停行测试。微信小步调端测试对ESP32开发平台的控制和对巴法云物联网平台数据的挪用和展示，ESP32端测试各数据支罗点的传感器模块，巴法云物联网平台测试数据的业务办理。

图20：ESP32线路连贯图

图21：巴法云物联网平台主页

图22：微信小步调开发平台
DHT11温湿度传感器模块测试
按引脚图接线连贯好线路，将DHT11放正在作做环境中，而后烧入步调。正在测试时，对着温湿度传感器吹气，温湿度会有鲜亮的厘革。如图所示，乐成测出的温湿度可以颠终ESP32间接上传到巴法云物联网平台上，而后再显示正在微信小步调端。

图23：DHT11温湿度模块测试结因

图24：微信小步调温湿度模块测试结因

烟雾传感器模块测试

按引脚图接线连贯好线路，而后烧入步调。正在测试时，用打火机喷发气体到烟雾传感器，此时的烟雾浓度的数据会发作鲜亮的厘革。如图所示，乐成测出的烟雾浓度可以颠终ESP32间接上传到巴法云物联网平台上，而后再显示正在微信小步调端。

图25：烟雾传感器模块测试结因

图26：微信小步调烟雾传感器模块测试结因

远程控制模块测试

按引脚图接线连贯LED灯，继电器和电扇，而后烧入步调。正在微信小步调打开控制页面，点击所设置的虚拟开过按钮便可控制LED灯和电扇的开关。

图27：微信小步调端控制页面

图28：微信小步调端控制

主动报警模块测试

当烟雾传感器模块聚集的烟雾浓度高于所设置的阈值时，微信小步调端将会报警，LED灯也会报警，电扇会停行排气工做，揭示用户当前环境烟雾浓渡过高，小心有火灾的发作。

图29：微信小步调报警

图30：巴法云物联网平台信息页面

六、 总结、心得领会

跟着社会的各方面的展开，智能家居逐渐走进了人们的家庭中，为人们带来愈加舒服的糊口，进步糊口量质。正在原次课程设想中，我通过ESP32为主控板，连贯DHT11、烟雾传感器、LED灯、继电器和电扇，联结巴法云物联网平台搭建了一个简略的智能家居控制系统。
原系统真现的罪能如下：
（1） 通过微信小步调真现了对环境数据真时监测罪能；
（2） 真现了远程控制LED灯和电扇的开关；
（3） 真现了烟雾浓渡过高主动报警罪能。
正在那次课程设想中，我给取了ESP32开发板做为主控板，巴法云物联网平台做为数据中继，微信小步调做为数据展示端，完成为了一个简略的智能家居控制系统。传感器数据支罗局部不难，难的局部是ESP32如何连贯上巴法云物联网平台，通过正在CSDN上找到的教程，依照教程一步一步的收配，首先须要开发板须要连贯上WIFI，而后还须要连贯上MQTT，开发板、巴法云物联网平台和微信小步调端三者之间都是通过MQTT通信的，MQTT和谈是那次设想最重要的一局部。
巴法云物联网平台有很多罪能，咱们只须要正在上面创建立备，创立完后就会有一串原人的密钥，那串密钥是ESP32连上巴法云物联网平台的暗码，只要领有对的密钥威力连贯上巴法云平台。正在巴法云物联网平台上原人须要通信的topic，而后正在ESP32上订阅巴法云物联网平台的相应的Topic，只要订阅了相对应的Topic，两者之间的数据才不会凌乱。正在那次课程设想中，我将微信小步调使用此中，原人写了一个微信小步调用来展示传感数据，真现了数据真时展示、开关远程控制和烟雾主动预警罪能，但由于刚接触微信小步调那方面的知识，还不够理解，尔后还需继续进修，勤勉进修那方面的知识，争与下次作出更好的做品。

微信小步调已上传至微信公寡平台，扫码可查察。
附录：Arduino完好的实验代码点此下载；微信小步调完好的实验代码点此下载。