基于ESP8266的智能家居控制系統設計

吳允強，吳由松

（南昌理工學院，江西南昌，330044）

基于ESP8266的智能家居控制系統設計

吳允強，吳由松

（南昌理工學院，江西南昌，330044）

隨著科學的不斷進步，物聯網產業的如火如茶的進行中，未來的智能家居將是一個非常大的舞臺。本文講述一種基于ESP8266無線WIFI模塊的智能家居控制系統，該系統結合單片機技術，通過無線模塊ESP8266接收無線信號，轉發給單片機，單片機控制繼電器和紅外遙控模塊來遠程控制家電。用戶可以通過手機連接系統遠程控制家用電器的開關和工作狀態。

物聯網；ESP8266；WIFI；單片機

1 硬件系統設計

本設計通過Wi-Fi模塊ESP6288將單片機MCU鏈接上外網，由手機App或者電腦exe程序發送信息，Wi-Fi模塊接收到信息后，再向單片機MCU發送信號，MCU經過對信息的處理，然后通過繼電器或紅外遙控的方式對相應的電器下發功能指令，完成家電的通斷控制或者燈的開關控制，形成了一個控制通信網絡，使得對家中的所有的家電的控制形成一個整體。通過一系列技術論證和架構分析后，可以將硬件系統劃分為三個模塊：WIFI模塊、MCU單片機控制模塊以及家電控制模塊。如圖1所示。

圖1 硬件系統框圖

1.1 WIFI模塊ESP8266

本設計的WIFI模塊采用的是ESP8266，該模塊具有UART異步串行通信接口，在與單片機的連接比較簡單，同時單片機在對其控制也比較方便。支持串口透明數據傳輸，內置TCP/IP協議棧和IEEE802.11協議棧。ESP8266支持三種組網模式：SoftAP模式、Station模式、SoftAP+Station模式。WiFi模塊的作用是讓整個控制系統與網絡連接，完成無線信號與串口信號之間的轉換。這里我們的組網可以是SoftAP+Station模式，這樣系統既可以通過手機直連也可以通過無線路由器連接達到遠程控制。

1.2 單片機控制模塊

本設計使用的是STC生產的高速、寬電壓、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機STC15W4K32S4，該單片機內部集成高精度RC時鐘，無需外接晶振電路，只要在燒寫程序時設置一下就可以了，本設計時鐘設置為11.0592MHz。STC15W4K32S4自帶8路10位PWM，8路高速10位A/D轉換，4組獨立的異步串行通信接口，可用于控制擴展和AD數據采集擴展等，特別是4組獨立的異步串行通信接口，本設計需要兩組串口通信一組是ESP6288與單片機之間等的串口通信，使用的串口1（P3.0、P3.1），另外一組是紅外遙控模塊與單片機之間的串口通信，使用的串口3（P0.0、P0.1），這里為什么不用串口2，因為串口2與A/D轉換接口共用引腳，留出A/D轉換方便以后模擬信號采集電路的擴展。

2 單片機程序設計

本設計的遠程控制是使用了一個安卓手機的TCP控制APP，這個軟件可以通過IP地址連接上系統的WIFI模塊服務器，通過外網需要設置無線路由器上的端口映射，將無線路由器接收到的TCP信息轉發給ESP8266的地址，對WIFI模塊進行發送控制信息，對于接收的信息，WIFI模塊會通過串口通信轉發給單片機，單片機對于接收的控制信息進行分析，來控制相對應的家電，整個系統的流程就是這樣的。

2.1 串口中斷初始化

本設計串口初始化需要完成兩個串口的初始化，STC15W4K32S4有四組串口端口，只要初始化設置串口1和串口3的工作方式、波特率以及串口中斷。工作方式都是用方式1， WIFI模塊ESP8266與紅外遙控模塊的波特率都是9600，串口1和串口2共享T2波特率發生器，串口1設置SCON為0x50，串口3設置S3CON為0x10，設置AUXR為0x15啟動T2為波特率發生器，設置T2計數器T2L初值為0xE0、T2H初值為0xFE。這里串口3只發數據控制紅外遙控，所以不打開串口3的中斷，只要開啟串口1的中斷ES就可以了，在總中斷EA。

2.2 WiFi初始化

本設計實用了WIFI模塊ESP6288，這個WIFI模塊如果要工作的話就要對其進行初始化，WIFI模塊的初始化一個計較麻煩的一件事，對于要設置的東西還是比較多的。本設計中為了方面控制，對于WIFI控制的兩種方式都進行初始化，使WIFI模塊工作在SoftAP+Station模式，能被手機連接，也可以自身連接無線路由器，主要的初始過程是：WIFI模塊是使用的串口通信，那么首先要設置單片機的串口，設置完成才可以給WIFI模塊發送操作指令；先設置WIFI的工作模式，這里使用SoftAP+Station模式，那么就是單片機通過串口向WIFI模塊發送“AT+CWMODE=3”；再設置AP的相關參數，比如AP名稱和密碼，這里我們的WIFI名稱為ESP8266,密碼為0123456789，那么單片機通過串向WIFI模塊發送“AT+CWSAP=”ESP8266”,”0123456789”,11,0”，再如果要連接到無線路由，通過AT+CWJAP=,指令來連接路由器，就發向對應的SSID和密碼；此時，WIFI模塊就必須重啟，所以再重啟WIFI模塊發送指令“AT+RST”給WIFI模塊；再設置成多連接“AT+CIPMUX=1”；再開啟服務器“AT+CIPSERVER=1,5000”，端口為5000。

3 總結

本文基于ESP8266無線WIFI模塊設計的智能家居控制系統，講述了WI-FI模塊、紅外控制模塊和繼電器控制模塊的工作原理，以及單片機與各模塊之間的硬件連接設計。通過手機的TCP控制APP給WiFi模塊發送數據， WI-FI模塊再向單片機STC15W4K32S4傳送信息，經過單片機的處理，再向紅外控制電路或者繼電器控制電路下達指令，通過紅外控制電路或者繼電器控制電路使家用電器和電路開關等運作。

[1] 曹振民等.基于ESP8266的無線控制電路設計[J].工業控制計算機,2017(1): 68-69.

[2] 范興隆.ESP8266在智能家居監控系統中的應用[J].單片機與嵌入式系統應用,2016(9):52-56.

Design of Intelligent Home Control System Based on ESP8266

Wu Yunqiang,Wu Yousong
(Nanchang Institute of Technology, Nanchang Jiangxi,330044)

With the continuous progress of science, the Internet of Things industry such as tea in progress,the future of intelligent home will be a very big stage. This article describes a smart home based on ESP8266 wireless WIFI module control system, the system combined with single-chip technology, through the wireless module ESP8266 receive wireless signals, forwarded to single-chip, single-chip control relay and infrared remote control module to remotely control appliances. Users can remotely control the switch and operating status of household appliances through a mobile phone connection system.

Internet of things; ESP8266; WIFI; Single chip microcomputer