ESP8266智能家居.docx

1、ESP8266智能家居1 绪 论. 21.1 课题的背景及其意义 . 21.2 课题研究的内容及要求 . 32 元器件介绍 . 52.1 单片机 . 52.1.1 单片机的引脚简介 . 62.1.2 ATC89C52 单片机最小系统 . 72.1.3 单片机的中断系统 . 72.2 ESP8266EX 芯片 . 82.3 继电器 . 82.4 AMS1117 稳压芯片 . 93 硬件电路设计 . 113.1 系统总体设计 . 113.2 单片机控制模块设计 . 133.3WIFI 模块电路设计 . 144 系统程序设计 . 174.1 系统程序简介 . 174.2 单片机程序流程图 . 184

2、.3 Andriod 软件设计 . 204.3.1Socket 通信简介 . 204.3.2Socket 的分类 . 214.3.3 基于 TCP协议的 Socket . 215 系统调试 . 225.1 硬件实物图展示 . 225.2 硬件调试的问题 . 23总结 . 24致 谢 . 25参考文献 . 25附录 . 261 绪 论1.3 课题的背景及其意义随着科学技术的快速发展， 人们对生活品质的要求也不断提高， 开始追求更好的生活方式。因此，为了适应物质生活的需求，网络家电控制系统应运而生。对于出门在外或者行动不便的残疾人， 可以通过信息技术对家里的电器进行简单的控制。达到无人在家，有人看

3、守。将给人们的生活带来极大的便利。利用网络家电控制系统，用户可以通过电脑或者手机控制家里的电器设备。例如：回到家时，饭已煮好，房间温度合适，热水器中的水也已经加热，既舒服又方便。另外，用户还能随时改变家用电器的工作状态，既节能又安全。所以，本文通过网络来设计达到控制家用电器的目的。智能家居是利用先进的计算机技术、 嵌入式系统和网络通讯技术， 将家庭中的各种设备（如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电）通过家庭网络连接到一起的， 自从美国在 1984 真正的智能建筑出现以来， 国外已经有将近 30 年的研究历史，而国内在这方面的研究相对较晚，从 2003 年才逐步应用于高端市场，而且标准不统一

4、，如海信、海尔、清华大学等大家各自为营。由于智能家居系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化和个性化的独特魅力，使得智能家居的开发与建设成为 21 世纪科技发展的必然趋势。 随着全球对能源和环境的要求越来越高， 而智能家居在节能方面的效果优势非常明显， 因此具有非常广阔的市场前景。 随着社会发展， 生产力水平提高。 传统建筑已经无法满足现代人的生活需求。智能化家居已经逐步进入了现代人的生活中， 本文将讨论现代智能化建筑发展现状，针对人们的真实需求，设计合理方案，让人与建筑之间有效互动，感受更加舒适更加人性化的现代生活。*专 抠 专 欢迎 *业 抠 为 您的 *代 群 大 加入 *做 2 学 *毕

5、 4 生 *设 6 服 * 3 务 * 8 解 * 2 决 * 2 问 * 3 题 * *1.4 课题研究的内容及要求本设计是基于 51 单片机的智能家居控制系统，经过大量查阅资料和研究，最终决定采 STC89C52RC单片机作为主控芯片， ESP8266WIFI 模块作为无线接收和发射模块，利用手机 APP对家用电器进行控制。即主要划分为三个模块，以STC89C52RC单片机的控制模块， WIFI 作为无线接收和发射模块，手机 APP作为终端。研究的主要途径就是从这三个模块入手， 手机终端作为信号的发出源， 通过连接 WIFI 信号，利用相应的控制软件以 WIFI 网络信号为载体发送相关数据

6、信号，WiFi 模块主要的任务就是作为一个载体，将终端发送来的信号传递给单片机，以单片机为中心的控制模块就实时完成数据的处理， CPU处理之后将会输出相应的电平来实现台灯的亮灭和风扇的启动和停止等一系列智能家居的功能。*专 抠 专 欢迎 *业 抠 为 您的 *代 群 大 加入 *做 2 学 *毕 4 生 *设 6 服 * 3 务 * 8 解 * 2 决 * 2 问 * 3 题 * *2 元器件介绍*专 抠 专 欢迎 *业 抠 为 您的 *代 群 大 加入 *做 2 学 *毕 4 生 *设 6 服 * 3 务 * 8 解 * 2 决 * 2 问 * 3 题 * *1.5 单片机单片机，是单片微型

7、计算机它的简称， 它主要是根据人们的实际需求来设计的。单片机广泛的应用于工业控制领域， 从当初刚起步的 4 位机一直到如今的高速单片机，已经发生了天翻地覆。单片机主要的特点有， 系统的结构比较简单， 使用也是比较方便， 实现了模块化，可靠性能高， 可以工作一百万到一千万小时且不会有故障发生。 它的处理功能比较强大， 同时也保证了速度。 使用的时候电压和功耗比较低， 在一些便携式产品中大受喜爱，且控制能力特别强，具有强大的环境适应能力。单片机根据目前的发展情况来看，大致可以分为以下几类：通用、专用型，总线、非总线型，工控、家电型。第一类是按照单片机使用的范围分类的。 通用型单片机指的是， 它不是

8、为了某种专用的途径而设计出来的， 而专用型单片机则是有针对的， 对于一类产品或者一个产品设计出来的。第二类是按照单片机提不提供总线分类的。 总线型单片机一般来说设置的时候就有地址、 数据、 控制总线， 并行的外围设备都是可以通过这样的一个串行口和它相连的。非总线型单片机一般来说把所需要的外围设备还有外设的接口都已经集成在了一片，所以并不需要并行扩展总线， 减少了封装的成本和芯片的体积。不过很显然的， 这些分类也并不是特别的严格， 有些单片机则拥有上述好几项功能。1.6 单片机的引脚简介ATC89C52单片机有 4 个并行的 I/O 口，P0，P1，P2，P3，包含有 32 个 I/O引脚，每个

9、引脚都可以单独编程控制。 如图 2-1 所示， 即为 ATC89C52的引脚图。图2-1 AT89C52 的引脚图ATC89C52单片机有 4 个并行的 I/O 口，P0，P1，P2，P3，包含有 32 个 I/O引脚，每个引脚都可以单独编程控制，具体引脚如下：P0口：8 位双向 I/O 口，引脚名称为 P0.0 至 P0.7，P1口：8 位双向 I/O 口，引脚名称为 P1.0 至 P1.7，P2口：8 位双向 I/O 口，引脚名称为 P2.0 至 P2.7，P3口：8 位双向 I/O 口，引脚名称为 P3.0 至 P3.7。主电源引脚 GND接地和 VCC正5V电源单片机的时钟主要有两个晶

10、振引脚负责， XTAL1和 XTAL2，复位脚是 RST引脚，给予两个机器周期的高电平，就可以使得单片机复位。存储器访问控制引脚 EA非/VPP（31脚）为复用引脚。 EA非，正常工作的时候，该引脚为内外 ROM选择端。用户编写的程序可以存放在单片机的内部程序存储器中，也可以放在单片机的外部程序存储器， 到底是使用内部程序存储器还是外部程序存储器由 EA非/VPP 引脚的电平决定。当 EA非/VPP 引脚接的是正 5V电压时， CPU可以访问内部程序存储器，反之则只是访问外部程序存储器。 VPP功能，在 Falsh ROM编程期间，连接编程电源。外部存储器控制信号引脚 ALE/PRO（G 30

11、 脚）、PSEN非（29 脚）。ALE功能为地址锁存功能。在单片机访问片外扩展的存储器的时候，因为 P0 口传送的是地址信号还是数据信号就由 ALE引脚的信号来决定的，那么区分 P0口传送的是地址信号还是数据信号就是由 ALE引脚的信号来决定的。 在平时不访问片外扩展的存储器时，也就是不执行 MOV、X MOVC类指令的时候， ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6 。因此它也可用作对于外部输出的脉冲或者是用于定时目的。 PROG非，在 Flash ROM编程期间，链接编程脉冲。PSEN非引脚，外部 ROM的读选通引脚。用以产生访问外部 ROM时的读选通信号。当对

12、于外部 ROM取指令的时候， 会自动在该脚输出一个负的脉冲， 其他的情况下均为高电平。 PSEN非在每个机器周期有效两次。不过这两个引脚只在系统扩展的时候使用。1.7 ATC89C52 单片机最小系统ATC89C52单片机最小硬件系统主要包含四个组成部分，分别是晶振电路、复位电路、电源电路以及 EA非电路。晶振电路也叫做时钟电路， 主要给单片机提供时钟信号。 单片机的工作过程无非是取指令、 译码交给寄存器， 然后再指令与其发生交换。 各指令的微操作在时间上有着严格的次序， 这种微操作的时间次序称为时序。 因此， 单片机的时序就是 CPU在执行指令的时候所需控制信号的时间顺序。 单片机的时钟信号

13、是用来为芯片内部各种微操作提供时间基准。电源电路莫过两块，第一模块是 VDD，提供电压源；第二模块为 GND，接地。EA非脚电路，不用外部 ROM时，EA非脚接高电平，要用到外部 ROM的时候接低电平。接高电平的时候，先读内部 ROM然后再读 ROM，接低电平时，读外部 ROM1.8 单片机的中断系统中断，它指的是一台计算机在执行某一段程序的时候， 在此过程中， 由于一些系统内在或者外在的原因， 需要暂停手头上正在执行的任务， 去处理其他更加重要的任务，然后在处理完毕之后再回去执行刚才没有执行完的任务这样的一个过程。中断系统指的是能够实现中断这个功能的硬件电路还有软件程序。 所谓中断源，指的是

14、引起中断的某个事件，在单片机中，一般是引起中断的设备、事件，或者说是发出了中断请求信号的来源。中断源的中断分为内中断和外中断。外部中断有外中断 0 和外中断 1 两种，分别是 INT0 非和 INT1 非，外部中断的触发方式有两种， 分别是电平方式和脉冲方式，我们可以通过对定时 / 计数器的控制寄存器 TCON中IT0 和IT1 的状态设定，来选取自己需要的方式。 内部中断有定时器溢出中断源和串行口中断源两种，定时器溢出中断源是由内部的定时 / 计数器产生的。通过对单片机内部的定时 /计数器对内部的定时脉冲或者是 T0、T1这两个引脚输入的外部脉冲进行技术，以此来实现定时或者是计数的功能。1.

15、9 ESP8266EX 芯片ESP8266是? 一个完整且自成体系的 WiFi 网络解决方案， 能够搭载软件应用，或通过另 ? 一个应用处理器卸载所有 WiFi 网络功能。 ESP8266在搭载应用并作为设备中唯 ? 一的应用处理器时， 能够直接从外接闪存中启动。 内置的高速缓冲存储器有利于提高系统性能， 并减少内存需求。 另外一种情况是， 无线上网接入承担 WiFi 适配器的任务时，可以将其添加到任何基于微控制器的设计中，连接简单易行， 只需通过 SPI/SDIO 接口或中央处理器 AHB桥接口即可。ESP8266强大的? 片上处理和存储能力， 使其可通过 GPIO 口集成传感器及其他应用的

16、特定设备，实现了最低前期的开发和运行中最少地占用系统资源。 ESP8266高度片内集成，包括天线开关 balun 、电源管理转换器，因此仅需极少的外部电路，且包括前端模块在内的整个解决方案在设计时将所占 PCB空间降到最低。装有ESP8266的系统表现出来的领先特征有： 节能 VoIP 在睡眠/ 唤醒模式之间的快速切换、配合低功率操作的自适应无线电偏置、 前端信号的处理功能、 故障排除和无线电系统共存特性为消除蜂窝 / 蓝牙/DDR/LVDS/LCD干扰。1.10 继电器继电器(Relay) ，也称电驿，是一种电子控制器件，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），通常应用于

17、自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种 “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。 继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈， 就画两个并列的长方框。 同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“ J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构 （输入部分） ；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离， 功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构 （驱动部分）。作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：1） 扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。2） 放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。3）综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。4） 自动、遥控、监测：例如，自动装