- 项目背景
目前，科技发展迅速，渗透到各行各业和生活的方方面面，室内设计与高科技相结合，出现了智能家居。所谓智能家居，就是利用物联网、传感器、智能控制技术将各种家电连接起来，实现智能化、自动化、人性化的生活环境。通过语音控制、远程控制、预约控制、个性化设计、一键控制等功能，进一步提高生活的舒适性、便利性和安全性。
该系统利用物联网的便利性，实现了家电的远程操作。具体来说，空调、加湿器、灯具、家庭影院等电器都是通过各种传感器监测室内温度、湿度、光强、烟雾浓度、室内是否有人等信息自动调整的。智能电器的语音控制采用人机交互设备和语音识别设备。智能电器的远程控制是通过移动终端和计算机终端实现的。家用电器的运行、监控屏幕、智能捕捉、报警等信息将实时反馈给用户。用户可以随时随地了解家中的具体情况，让用户体验离家如在家的感觉。与传统家居相比，智能家居有利于提高家居生活的便利性、舒适性和安全性。许多新社区或多或少都配备了一些智能家居设备，但距离真正的智能家居还有很长的路要走。未来，智能家居将成为现代生活的标准。
2.设计目标
该系统主要分为传感器监控模块、自动报警模块和远程控制模块三个模块。传感器监测模块包括环境温湿度和空气质量监测，用户可以在微信小程序上查看实时传感数据；自动报警模块在传感数据超过设定阈值时报警，提醒用户注意火灾；远程控制模块可通过微信小程序远程控制LED灯、风扇和加湿器的开关可以远程控制家用电器的开关。项目的整体功能是实时收集数据，并将数据上传到云平台，通过云平台浏览历史数据。项目主要分为两部分：硬件部分ESP32开发板数据采集与通信模块；软件部分是OneNET物联网平台端和微信小程序端。具体实现如下： 根据室内监控和家电操作的需要，设计系统实现的思路：通过传感器获取数据， 再由单片机处理数据，通信模块进行数据传输，平台端数据存储与处理，小程序端查看数据。
3.设备端硬件设计
3.硬件总体设计
如下图所示。
3.2单片机选型及传感器选型
3.2.1ESP32模块
SP32-WROOM-32 一般型Wi-Fi BT BLE MCU该模块功能强大，用途广泛，可用于语音编码、音频流量、MP3解码等。ESP32还集成了电容式触摸传感器、霍尔传感器、低噪声传感放大器等丰富的外设，SD卡接口，以太网接口，高速SDIO/SPI、UART、I2S 和I2C等。
3.2.2温湿度模块
本系统采集环境的温湿度选择 DHT11 温湿度传感器。DHT11 采用数字温湿度传感器 采用校准数字信号输出，可同时检测温度和湿度，采用专用数字模块采集 温湿度传感技术，能保证产品的高可靠性和稳定性。 传感器包括电阻式感湿元件和电阻式感湿元件 NTC 测温元件，利用元件的电气特性 温湿度的变化测量了环境的温湿度、元件和高性能 8 单片机相连。该产品具有 高品质、响应快、抗干扰强、性价比高。低功耗和非常小的体积使其应对 用于各种复杂场景。DHT11 为 4 针单排引脚封装，连接方便。DHT11 温湿度模块湿度模块下图所示。
3.2.3MQ-135检测模块
使用系统有害气体浓度监测 MQ-135 有害气体检测模块。MQ-135 气体传感器中使用的气敏材料是二氧化锡，在低污染空气中电导率较低。当传感器的位置存在时 传感器的电导率与空气中污染气体的浓度成正比。MQ-135 气体传感器对氨 气体、硫化物、苯系蒸汽灵敏度高，对烟雾等有害气体的监测也很理想。这种传感 该装置可检测烟雾和各种有害气体，是一种适合多种应用的低成本传感器。使用前必须加热一段时间，否则其输出电阻和电压不准确。MQ-135 有害 气体检测模块实物图如下图所示。
3.2.4光敏电阻模块
光敏电阻模块对环境光最敏感，通常用于检测周围环境的光 当环境光亮度达不到设定阈值时，模块的亮度触发单片机或继电器模块；DO 端输出高电平，当外界环境光线亮度超过设定阈值时，DO 端输出低电平；DO输出端可直接与单片机连接，通过单片机检测高低电平， 检测环境光亮度的变化；小板模拟量输出 AO 可以和 AD 模块连接，通过 AD 可以获得转换 更准确的环境光强值。光敏电阻传感器如下图所示。
3.2.5有源蜂鸣器模块
有源蜂鸣器是一种集成结构的电子信息器，采用直流电压供电有源蜂鸣器内部冲击，只要通电，程序控制方便，单片机可以发出声音，但无源蜂鸣器不能。有源蜂鸣器广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警、电子玩具、汽车电子设备、电话、定时器等电子产品。
3.2.6继电器模块(本实验用其他电源供电，然后通过继电器接收信号控制风扇的打开)
继电器(英文名称:relay）它是一种电气控制装置，是当输入（激励）变化满足规定要求时，在电气输出电路中预定阶跃变化的电器。它有控制系统（也称为输入电路）和控制系统系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器有低电平触发和高电平触发，本系统中采用高电平触发继电器。
当继电器供电时，电流开始流经控制线圈；结果，电磁体开始通电。然后衔铁被吸引到线圈上，将动触点向下拉，从而与常开触点连接。所以带负载的电路通电。然后断开电路会出现类似的情况，因为在弹簧的作用下，动触头将被拉到常闭触点。这样，继电器的接通和断开可以控制负载电路的状态
3.2.7 SSD1306模块
SSD1306是一款带控制器的用于OLED点阵图形显示系统的单片CMOS OLED/PLED驱动器。它由128个SEG（列输出）和64个COM（行输出）组成。该芯片专为共阴极OLED面板设计。
3.2.8风扇
风扇采用的是5V，0.2A的小风扇模块。此模块在此系统有两个用处，一是微信小程序控制风扇的开关，二是温度过高自动打开风扇降温。
4.1.2、MQTT接入地址
1、mqtt协议的接口端号是6002，而mqtts协议的接口端号是1883
2、数据如何发送给onenet
这里我们需要查阅onenet的相关文档
oneNET - 中国移动物联网开放平台
在setup（）函数中定义了每5秒发一次信息到OneNET平台
3、在 setup()函数订阅命令下发主题
4.1.3、测温湿度
使用DHT11模块，调用库
定义DHT11，数据引脚我接在IO13口
4.1.4、测空气质量
我使用的是MQ-135模块，有两种方法，我不在累述
方法1.
4.1.5、光敏电阻测光强
4.1.6、中断函数，当外界发出信号，此时主程序应该当外界信号产生就立马响应，而不是正好当外界发出信号的同时正在运行此函数。（例如，你一直按着开关持续5秒，当正好运行到这个函数发生响应。但是当有中断函数后，你轻轻一碰开关，函数就会立马响应，相当于这个函数一直在等待你发出信号。）非常重要
5、总代码(需要一个DHT11，空气传感器，光敏电阻，led，ssd1306)
6、微信开发者工具
自己创建一个项目，直接替换index.js,index.wxml,index.wxss
index.js
index.wxml
index.wxss
小程序代码
链接：https://pan.baidu.com/s/1WICYIrtWHR9UBkXOsnpqVw?pwd=nmym
提取码：nmym
总结：
随着社会的各方面的发展，智能家居逐渐走进了人们的家庭中，为人们带来更加舒适的生活，提高生活质量。在本次课程设计中，我通过ESP32为主控板，连接DHT11、MQ135传感器、光敏电阻、LED灯、继电器和、风扇、加湿器和有源蜂鸣器，结合OneNET物联网平台搭建了一个简单的智能家居控制系统。
本系统实现的功能如下：
（1） 通过微信小程序实现了对环境数据实时监测功能；
（2） 实现了远程控制LED灯、风扇的开关和加湿器；
（3） 实现了空气质量不好自动报警功能。
- 实现了天黑自动打开灯光和天黑回家自动打开灯光。
- 实现了显示屏实时显示室内温湿度和空气质量。
- 温度过高自动打开风扇，湿度过低自动打开加湿器。
- 在此次课程设计中，我采用了ESP32开发板作为主控板，OneNET物联网平台作为数据中继，微信小程序作为数据展示端，完成了一个简单的智能家居控制系统。传感器数据采集部分不难，难的部分是ESP32如何连接上OneNET物联网平台，通过在CSDN上找到的教程，按照教程一步一步的操作，首先需要开发板需要连接上WIFI，然后还需要连接上MQTT，当我连接WIFI后发现有些引脚不能读出模拟值，通过上网查找发现是，ESP32芯片中有ADC1和ADC2两个A/D转换器。使用Wi-Fi或蓝牙时，无法使用ADC2引脚。连接到ADC1的针脚正常工作，它们是GPIO32-36和GPIO39，此时才可以读出正确的模拟值。
开发板、OneNET物联网平台和微信小程序端三者之间都是通过MQTT通信的，MQTT协议是此次设计最重要的一部分。ESP32连接OneNET物联网平台：①可以通过MQTT直接连②可以通过MQTTS连接，但需要用到mqqtfx。中断函数非常有用