一種基于微信平臺的智能家居系統

鄭艷華++蔡佳林

摘 要：隨著物聯網技術的發展，智能家居的應用也愈加廣泛。文中設計和實現了一款基于微信公眾平臺的智能家居系統。該系統包括手機微信端、服務器和安卓單片機控制端三部分。用戶通過訂閱指定的微信號，輸入相關指令就可控制室內燈光的開關并查詢室內的溫濕度情況。該設計具有開發周期短、價格低廉、簡單實用、用戶體驗好等優點。

關鍵詞：智能家居；微信公眾平臺；Arduino單片機；智能燈光控制；環境查詢

中圖分類號：TN911；TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）12-00-03

0 引 言

智能家居即普通住宅通過布線將住宅里的電器、安防報警設備連接到控制器和網絡上，用戶通過網絡對住宅進行遠程控制和管理并監視住宅情況，使住宅環境保持舒適協調，為屋主提供一個適合生活、學習及工作的智能家居環境[1-3]。智能家居的概念符合當下人們對住宅環境的高要求，但由于目前智能家居技術還處于發展階段，各方面技術還不完善導致智能家居的性價比較低，市面上的智能家居產品也五花八門，使智能家居難以得到廣泛應用[4，5]。

本文設計并實現了一個性價比較高的智能家居控制系統，其低廉的價格更容易為普通家庭所接受，由于系統的開源性，用戶也可以對該系統自定義設置，添加自己需要的設備。市面上有不少基于App平臺的智能家居產品，但App面對不同的設備和系統時需考慮兼容問題，設計較為復雜。本設計用微信公眾平臺作為控制終端，雖然操作界面不比App，但由于大多數智能手機均可安裝微信客戶端，所以不用考慮兼容性問題，大大縮短了開發周期，也為用戶的使用提供了方便。

1 基于微信的智能家居系統設計

本智能家居系統包括手機微信子系統、服務器和安卓單片機子系統三部分。在該設計中用戶只需通過訂閱指定的微信號，就可以實現對住宅燈光的控制和對室內環境的查詢。本系統選用的處理器為Arduino UNO硬件平臺，開發了遠程開/關LED燈和溫濕度查詢功能。本系統微信的開發使用了PHP+MySQL組合，并在Arduino IDE的開發環境下編寫了Arduino程序。

1.1 硬件設計

本設計要完成以下兩個任務：

（1）采集環境的溫濕度并將溫濕度數據上傳；

（2）獲取服務器傳來的開關燈指令從而控制LED燈的開閉。本設計的控制終端選用Arduino UNO作為主控制器，DHT11數字溫濕度傳感器作為溫濕度采集器，其他包括Arduino Ethernet Shield以太網卡與LED燈、電阻和其它連線。系統的連接示意圖如圖1所示。

1.2 系統軟件設計

根據系統所完成的任務，本系統軟件的設計主要涉及搭建服務器、設計微信公眾號平臺和編寫Arduino單片機端的通信程序。

1.2.1 服務器的搭建

使用微信公眾平臺的開發者模式需要服務器的支持，開發者需首先搭建好公網服務器，這里選擇百度開放云BAE。打開https：//login.bce.baidu.com網站，用百度賬號登錄，實名認證后便可以使用。打開“應用引擎基礎版”添加部署，填寫好相應配置之后點擊“下一步”完成部署。

本文設計的簡易智能家居系統需要傳輸溫度、濕度和開關狀態這三類數據。微信或者Arduino單片機數據通過網絡上傳至數據庫，另一端再通過網絡下載相應的數據。將溫濕度和燈光狀態存儲到數據庫上，首先對MySQL數據庫初始化，在“添加部署”完成后，“擴展服務”里就會自動生成一個MySQL數據庫，名稱、用戶名和密碼均已設置，不可修改。通過phpMyAdmin圖形化管理工具打開MySQL，新建三個字段數為3的數據表名稱，分別為switch、humdsensor和tempsensor，除“數據表名”不同，其他參數都一樣。設置完成后在各數據表中插入一條ID為1的記錄，data或state的值不為空即可。至此，數據庫初始化完成。

此外，服務器端需要完成兩個方面的代碼設計，一方面連接微信，另一方面連接Arduino單片機，均用PHP編寫。

連接微信的代碼可以參考微信官網提供的示例代碼。連接微信的代碼設計如下：

（1）判斷是否為第一次接入，若是，則進行驗證，否則無需驗證。

（2）判斷接收的消息類型，若為“subscribe”類型，則向用戶回復消息，即在用戶關注公眾號時回復消息。

（3）用switch（）結構判斷接收的文本消息的內容。若為“開燈”，則更新MySQL數據庫switch表單里ID為1的記錄時間，將該記錄state的值更新為1，并向用戶回復開燈完成的提示；若為“關燈”，則更新MySQL數據庫switch表單里ID為1的記錄時間，將該記錄state的值更新為0，并向用戶回復關燈完成的提示；若為“溫度”，則從MySQL數據庫tempsensor表單里ID為1的記錄中獲取data的值，并將該值回復給用戶；若為“濕度”，則從MySQL數據庫humdsensor表單里ID為1的記錄中獲取data的值，并將該值回復給用戶；若不是上述四種情況，則向用戶回復“不支持該指令”。

Arduino單片機作為HTTP客戶端，通過GET方式向服務器發送HTTP請求，服務器端連接Arduino單片機的代碼用GET的方式獲取溫濕度，并向Arduino返回燈的開關狀態。連接Arduino的代碼設計如下[6]：

（1）判斷通過GET方式獲取的數據“humddata”和“tempdata”是否為空且“token”是否為“Arduino”，若不是，則輸出“Error”；若是，則連接MySQL數據庫，獲取switch表單里ID為1的記錄的state值并輸出。

（2）將通過GET方式獲得的數據“humddata”和“tempdata”分別更新到MySQL數據庫的表單“humdsensor”和“tempsensor”ID為1的記錄的data中。

1.2.2 微信公眾平臺的搭建

打開https：//mp.weixin.qq.com注冊成為微信公眾平臺用戶后，啟用開發者模式。開發者模式的使用需要服務器的支持，用戶需要建好服務器。搭建好服務器環境之后開發者需要按如下步驟進入微信公眾平臺開發：

（1）填寫服務器配置。登錄微信公眾平臺官網后，啟用開發者模式，點擊“修改配置”選項，填寫開發者申請的服務器域名、Token和EncodingAESKey。其中URL用于開發者申請的服務器與微信服務器之間的數據傳輸。Token由開發者自行設置，須與服務器腳本代碼里定義的Token相同，用于微信公眾號的驗證接入。EncodingAESKey隨機生成，可用于消息加密。

（2）驗證消息來自微信服務器。開發者提交配置后，微信服務器向用戶填寫公網服務器地址發送GET請求。開發者通過檢驗signature對請求進行校驗。

（3）依據接口文檔實現業務邏輯。驗證服務器域名成功后即可完成接入。

1.2.3 Arduino單片機端程序設計

Arduino單片機端要完成上傳溫濕度和下載燈光狀態的工作。單片機與服務器的連接通過HTTP協議，作為HTTP客戶端的單片機用GET的方式訪問服務器并上傳溫濕度表單，服務器返回燈光狀態，單片機根據獲得的燈光狀態對燈光進行控制。燈光控制流程圖如圖2所示，上傳溫濕度流程圖如圖3所示。

2 系統測試

用手機關注微信公眾號，通過發送相關指令觀察微信公眾號能否實現預期功能。向微信公眾號發送“開燈”“關燈”“溫度”“濕度”和其他消息，按照預期，公眾號能夠自動回復“已經為您打開！！”“已經為您關閉！！”“您所查詢房間的溫度為‘數據庫tempsensor表單℃。”“您所查詢房間的濕度為‘數據庫humdsensor表單%RH。”和“暫不支持該指令。請輸入‘開燈‘關燈控制燈光或者輸入‘溫度‘濕度查詢房間實時溫濕度。”，表明系統能夠正常工作。微信操作界面如圖4所示。電路實物連接圖如圖5所示。連接好電路之后上傳程序代碼，程序啟動后即可正常控制系統。

3 結 語

本文設計了一款基于微信公眾平臺的智能家居控制系統。其中包括微信公眾平臺開發技術、PHP、MySQL數據庫、Arduino程序設計和HTTP協議，也包括網絡端和Arduino單片機端的軟件設計。該設計實現了一種遠程控制燈光開關和查詢環境溫濕度的智能家居系統。

參考文獻

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[5]張.淺析家居智能化[C].第八屆辦公自動化國際學術研討會，北京，2004.

[6]趙文波. LAMP系統的搭建[J].科技創業家， 2011（10）：92.

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[8] 溫江濤，張煜.物聯網智能家居平臺DIY：Arduino+Xively+手機+微信[M].北京：科學出版社，2014.