基于微信小程序的遠程空調遙控系統

沈沛雨 索朝舉 徐寧 周珩

摘 ?要：本文設計了一種基于微信小程序控制的智能空調遙控系統，實現了通過微信小程序對多種型號的空調的開關、模式、溫度等的控制，并可以通過學習模式錄入庫以外型號的空調。該系統由微信小程序、ATK-ESP8266 Wi-Fi模塊、紅外遙控模塊、云服務器以及MCU模塊組成。微信小程序通過MQTT協議將命令發布到云服務器端，同樣ATK-ESP8266 Wi-Fi模塊也由MQTT協議接收命令，經由串口發送給MCU，MCU將命令進行處理后再控制紅外控制模塊遙控空調。此系統最大的特點就在于僅需使用日常所用的微信就能遙控空調，簡單快捷，成本較低。

關鍵詞：微信小程序;MQTT;ESP8266

中圖分類號：TP23 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）14-0031-03

Remote Air Conditioning Remote Control System Based on WeChat Applet

SHEN Peiyu，SUO Chaoju，XU Ning，ZHOU Heng

（School of Information and Communication Engineering，Nanjing Institute of Technology，Nanjing ?211167，China）

Abstract：In this paper，a smart air conditioner remote control system based on WeChat applet control is designed，which realizes the control of switch，mode and temperature of various air conditioners through WeChat applet，and can enter the air conditioner of the model other than the library through the learning mode. The system consists of a WeChat applet，an ATK-ESP8266 Wi-Fi module，an infrared remote control module，a cloud server and an MCU module. The WeChat applet sends the command to the cloud server through the MQTT protocol. Similarly，the ATK-ESP8266 Wi-Fi module receives the command from the MQTT protocol and sends it to the MCU through the serial port. The MCU will process the command and then control the infrared control module to remotely control the air conditioner. The biggest feature of this system is that it can be used to remotely control the air conditioner only by using the WeChat used daily，which is simple，fast and low in cost.

Keywords：WeChat applet;MQTT;ESP8266

0 ?引 ?言

目前對于空調的遙控，一種是用傳統的專用或萬能遙控器進行操作，使用起來比較麻煩，且必須在可視范圍內才能實現遙控;另一種方法則是需要手機下載專用的APP進行操作，這種方法需要安裝固定的程序費時費力，并且只能在家用網絡中才能使用，實用性不強。

針對這些問題，此系統采用現如今大部分人使用的微信端為基礎進行小程序的開發，免去了用戶額外下載手機程序的困擾，同時軟硬件端通過MQTT協議經由云服務器發送接收數據，幫助用戶解脫了只能在家中操控的束縛，使得用戶隨時隨地都能對家中的空調進行操作，極大地便捷了用戶的日常使用。

1 ?系統組成

如圖1所示，此系統由五部分組成，以STM32F103RC T6作為主控MCU、ATK-ESP8266作為無線Wi-Fi模塊，其中紅外遙控模塊連接STM32F103RCT6的串口2，ATK-ESP8266 Wi-Fi模塊連接STM32F103RCT6的串口3。

當用戶在微信小程序[1]端執行相應操作時，經由MQTT協議將操作所對應的數據發布給云服務器端，同時，ATK-ESP8266 Wi-Fi模塊通過MQTT協議訂閱云服務器端相應的內容，由此ATK-ESP8266 Wi-Fi模塊可以通過云服務器接收到微信小程序發布的數據并將其通過串口發送給MCU，然后由MCU對數據進行分析處理并通過其他串口下達相應的指令給紅外控制模塊，從而實現空調開關機、模式切換以及溫度切換等功能。

2 ?紅外遙控原理

該模塊通過串口接收MCU發送的數據幀，然后執行相應命令。其中，每五個字節為一幀，第一個字節為命令字（CMD），第二、第三、第四字節為具體的控制命令參數（不同命令參數長度不同，多余的參數設為0x08），第五字節為前四個字節的異或結果（XOR），作為一幀的校驗。遙控空調的命令及參數如表1所示。

遙控時需要逐個對碼再發送開機命令，對碼成功，空調機開啟，用此方法找到與所要遙控的空調對應的型號。例如要控制型號為33號的空調，則對應的空調型號的高字節（DataH）是0x00，低字節（DataL）是0x21，此時若實現型號為33的空調的開機、關機，則先發送空調型號數據幀：0x02，0x00，0x21，0x08，0x2B;緊接著發送開機數據幀：0x04，0xff，0x08，0x08，0xFB，空調即可啟動;最后發送0x04，0x00，0x08，0x08，0x04數據幀，空調即可關閉。

具體來說，開機后發送0x05，0xXX，0x08，0x08，XOR（BYTE1-BYTE4）數據幀，空調會進入相應的運行模式，其中0xXX包含五種運行模式，分別為：00——自動，01——制冷，02——除濕，03——送風，04——制熱（每種運行模式對應的XOR字節分別為其對應數據幀前四個字節異或的結果，即0x05，0x04，0x07，0x06，0x01）。通過發送0x06 0xYY 0x08 0x08 XOR（前四個字節異或結果）數據幀可以控制空調的溫度，其中0xYY表示所要設置的空調溫度的十六進制表示，范圍是0x10—0x1E（對應溫度是16℃-31℃）。

3 ?硬件設計

STM32F103RCT6[2，3]是一款嵌入式微控制器集成電路，采用32位CortexTM-M3內核，CPU最高工作頻率為72MHz，具有256KB程序存儲器，48KRAM，51個輸入輸出引腳，3個12位數模轉換器，支持多種調試模式和通信接口，12通道DMA控制器，支持定時器、ADC、SDIO、IIS、SPI、IIC和USART外設[3，4]，完全滿足系統要求。

ATK-ESP8266 Wi-Fi[4]模塊是由廣州市星翼電子科技有限公司開發的，該模塊核心處理器采用超低功率32位微型MCU，主頻支持80MHz和160MHz，支持RTOS，集成Wi-Fi MAC/BB/RF/PA/LNA。該模塊支持標準的IEEE802.11b/g/n協議，完整的TCP/IP協議棧。用戶可以使用該模塊為現有的設備添加聯網功能，也可以構建獨立的網絡控制器。ATK-ESP8266 Wi-Fi模塊負責無線上網接入并承擔Wi-Fi適配器的任務時，可以將其添加到任何基于微控制器的設計中，只需通過SPI/SDIO接口或I2C/UART口即可，便捷實現功能。如圖2所示，只需將ATK-ESP8266 Wi-Fi模塊的RXD和TXD分別與STM32F103RCT6的串口3的TXD和RXD連接即可。

紅外控制模塊[5]與MCU通過串口進行通信，如圖2所示，紅外控制模塊的TXD、RXD引腳分別與STM32F10 3RCT6的串口2即RXD和TXD相連，由此接收STM32F 103RCT6所發來的數據。

4 ?軟件設計

MCU對紅外控制模塊和ATK-ESP8266 Wi-Fi模塊的連接通過串口的方式進行數據讀寫。程序上電初始化，先將ATK-ESP8266 Wi-Fi模塊設置為STA模式并連接無線網絡，之后STM32F103RCT6通過ATK-ESP8266 Wi-Fi模塊將MQTT協議的CONNECT（連接云服務器）控制報文連接到云服務器，再利用MQTT協議中的SUBSCRIBE（訂閱主題）控制報文對應接收微信小程序對云服務器發布的消息。當微信小程序PUBLISH（發布）MQTT控制報文給云服務器時，ATK-ESP8266 Wi-Fi模塊從云服務器接收到數據并通過串口3發送給STM32F103RCT6，之后STM32F103RCT6會對數據進行命令類型判別，分離數據中的參數，之后再將數據打包為5字節的一幀數據幀并通過串口2發送給紅外模塊，由紅外模塊執行相應的命令遙控空調。期間每過60s（TimeCount≥60）時，STM32F103RCT6會通過ATK-ESP8266 Wi-Fi模塊向云服務器發送MQTT協議中的PINGREQ（心跳請求）控制報文以確保和云服務器端正常連接，防止因連接失敗造成遙控失敗的情況發生。圖3為系統軟件流程。

5 ?結 ?論

本設計通過云服務器將微信小程序與硬件控制部件進行有機組合，實現對家居空調設備的遠程控制，提升用戶使用便捷度，有效降低了不必要的能源消耗。采用微信平臺作為用戶接入端，解決了不同平臺的接入兼容問題，進一步提升了人機交互的體驗和實時操作的便利性。在智能家居與物聯網研究領域，遠程控制作為一種新型控制方式，具有很大的實用價值和應用前景。

參考文獻：

[1] 裘凝遠.景區區域人流量實時顯示的微信小程序設計 [J].現代商貿工業，2019，40（10）：187-189.

[2] 郭書軍.ARMCortex-M3系統設計與實現——STM32基礎篇 [M].第2版.北京：電子工業出版社，2018.

[3] 張洋，劉軍，嚴漢宇，等.原子教你玩STM32（庫函數版） [M].第2版.北京：北京航空航天大學出版社，2015.

[4] 沈華剛，呂剛磊.基于ESP8266串口Wi-Fi智能插座設計 [J].電子世界，2019（7）：202.

[5] 張加書，韓躍平，張瑞珍.基于物聯網云平臺的空調源碼庫 [J].測試技術學報，2019，33（3）：249-254.

作者簡介：沈沛雨（1997-），男，回族，河南洛陽人，本科，研究方向：電子技術應用。