DIY一个具有远程控制功能的智能家居原型系统

gongqingkui

smarthome 0.1是一个智能家居系统的雏形。主要实现局域网、因特网远程控制家里的电器；下一步要实现根据传感器数据控制家电功能；远景要实现根据人工智能自己控制电器功能；现在初步实现第一个功能。长得大概是这个样子。

系统框图如下。

远程控制主要实现方式：局域网或者手机登录架设在cubieboard2上的网页界面，点击开关、输入数字、输入文字提交之后，系统将数据交给后台python程序；由python程序提交给串口通信。串口数据发送到连接在cubieboard2上的arduino模块。arduino模块解析串口数据，控制相应的LED，伺服器和LCD显示器。

系统运行视频在这里http://v.youku.com/v_show/id_XMTcyNjk1MjY3Mg==.html。cubieboard2未出镜，他是系统主核心，完成web服务器架设，与arduino串口通信的功能，同时肩负arduino模块供电。

程序代码：https://github.com/gongqingkui/smarthome

启动服务器pythonweb_manual.py 1234

访问相应服务器http://ip:1234就可以看到控制界面如图。

提交相应动作后，挂在Arduino上的各种设备会做出反应。

以后的文章会逐步复述这个小系统是怎么搭建起来的。

Crazykiss

我也做了一个，我的架构比较简单：
      cb上架设的apache+php，用于本地控制，而且我没有外接模块，直接是cb的gpio接继电器实现的，控制音响、自动浇花、加湿器、电风扇等。php通过system韩式实现调用shell。
      远程控制方面，我用的腾讯云，同样是架设的apache+php，通过向数据库写入需要执行的内容，必须定时浇花、打开加湿器等等动作，然后cb这边也是很简单的一个shell脚本curl去获取信息然后执行即可。

gongqingkui

Crazykiss 发表于 2016-9-26 20:43
我也做了一个，我的架构比较简单：
      cb上架设的apache+php，用于本地控制，而且我没有外接模块，直接 ...

嗯，我原来也这样干过，怕烧了CB，所以就把CB当成大脑，也方便以后扩展wifi模块什么的

soloforce

很早以前也做个类似的系统。还接了入侵检测摄像头，烟雾火警，门窗防盗。。。有个异常就能在手机上收到短信告警，还可以通过云服务查看室内的摄像头呢。用的就是CB+一堆AVR单片机

gongqingkui

Arduino的LED、servo和LCD1602
这个系统可以识别三种指令：二值型、整数型和字符串型。
LED开关、闪烁显然是二值型的指令控制的。命令首字母为b，为b0或者b1，标示二值型的关和开。这里以控制Arduino板子上的LED为例：只用一句话digitalWrite(13, HIGH);或者digitalWrite(13, LOW);。这个LED的引脚接在13脚上，所以控制它高低电平就可以实现闪烁或者亮灭的功能。同理，如果不接Arduino板上的LED而另外接诸如继电器之类的元件，就可以实现控制外围高压电路的功能。
数值型指令发送一个整数，命令首字母为d，为 dIntNUM。这里用伺服器作为实例。伺服器根据收到的0-180的数据进行角度调整。语句也很简单。引入并且实例化Servo：
#include <Servo.h>
Servo servo1;
在setup()函数中servo1.attach(10);设定伺服器1的数据引脚接到10脚上。
在程序loop中进行接收和处理指令，之后发送角度到伺服器1：servo1.write(ans);
字符型的指令发送一条字符串给Arduino主机，命令首字母为s，为sString。这里用1602液晶屏做例子，把收到的字符串显示到液晶屏上。语句基本是：
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
初始化setup时：lcd.begin(16, 2);在随便输出点什么看看：lcd.print("SmartHome");。接收到相关字符串后，先设定显示位置lcd.setCursor(0, 0);然后输出数据lcd.print(data + 1);
以上，实现了接收指令后解析，发送到相应的设备或者控制外围硬件做出反应的功能。下面说明如何给Arduino发送指令。
串口
这个小系统Arduino的串口接收消息并解析、控制硬件。接收的三种消息分别用不同字母开头，Arduino判断首字母并解析出相应数据，发送控制命令给硬件。
在setup中打开和初始化串口。  Serial.begin(9600);
  Serial.flush();
在loop中接收串口发来的消息，存进buffer中，并调用splitString函数处理数据，再调用setLED完成对硬件发送控制指令的操作。
在测试时，可以使用Arduino自带的串口监视器，自己手动发送以b、d、s开头的测试信号。下面再连到Cubieboard上去。
Cubieboard串口链接
在这个小系统的设计中，Arduino负责硬件控制，接受解析指令。而另外一台Cubieboard2负责构建IOT服务器。这个服务器现在主要完成web接口和发送指令给Arduino的功能，未来还要完成自动控制和智能控制的功能。之所以不直接用Arduino做中心，也是考虑为未来自动和智能控制的留空间。
首先Cubieboard最简单先要和Arduino用串口连起来。插上USB转串口线之后，进到/dev/中ls下，可以看到以ttyUSB开头的设备，例如ttyUSB0，就表示串口线的名字。然后把TX和RX脚连到Arduino的0和1脚上。
用minicom软件测试下连上Arduino没有。首先下载安装sudo apt-get install minicom然后再配置下sudo minicom –s主要是把串口设置中的名字修改为USB串口线名字，关闭硬件流控制功能。然后就可以打开minicom测试了。直接输入相应的控制指令并且回车，就会将指令发送到Arduino中，如果有错的话，可以试下把串口线rx和tx对调。
Python串口
Minicom串口测试正常之后，就可以写Python程序通过串口发送指令了。写好串口收发程序也是为了下一步web封装和与在线物联网服务连接。
发送程序serialPortModule.py比较简单：

1. import serial
   
2. def serialSend(str):
   
3.     t = serial.Serial('/dev/ttyUSB1',9600)
   
4.     with t:
   
5.         n = t.write(str)
   
6.     t.close()
   
7.     return n
   

复制代码

引入serial包后，新建一个发送函数serialSend，以待发送指令作为参数。语句很简单，返回发送的指令长度。这里唯一需要注意的是ttyUSB的编号，要在/dev/里查询得到。那么接收的程序serialRead.py是这样的：

1. import serial
   
2. def serialRead():
   
3.     t = serial.Serial('/dev/ttyUSB1',9600)
   
4.     print t.isOpen()
   
5. with t:
   
6.         while(1):
   
7.             s = t.readline()
   
8.             print s
   
9. #todo save to DB or web
   
10. if __name__ == '__main__':
    
11.     serialRead()
    

复制代码

程序自动接收串口发送的字符串指令，解析后可以完成转发到在线服务器或者存储到数据库的操作。
Pythonweb封装
编写好串口发送函数后，可在命令行下进行简单测试。测试无误后，可以编写web程序，在web程序中，根据用户点击，来调用串口发送函数，进行指令的传递。Web服务器这里用的是python的web库。代码如下：
web_manual.py程序导入相应的包后，首先用render指明模板所在目录templates/，然后指定URL访问列表情况，最后根据URL中制定名字，编写相应的控制器。控制器中的GET和POST分别指代两种访问方法，用render.具体模板名来传值到相应模板。Db类和sqldb类用来访问本地sqlite3数据库。经过以上程序，在服务器中打开python web.py 1234，然后访问localhost:1234既可以访问到这个简单的网站，实现局域网内查看和控制设备的能力。

1. # encoding: utf-8
   
2. import web
   
3. import os
   
4. import sqlite3
   
5. import time
   
6. import serial
   
7. from actuatorModule import execute
   
8. from web import form
   
9. # templete floder
   
10. render = web.template.render('templates/')
    
11. 
    
12. # url tables
    
13. urls = ('/', 'index',
    
14.         '/manualcontroller', 'manualcontroller',
    
15.         '/temperature', 'temperature',
    
16.         '/humidity', 'humidity'
    
17.         )
    
18. 
    
19. 
    
20. class index:
    
21.     def GET(self):
    
22.         return render.index()
    
23. 
    
24. 
    
25. class temperature:
    
26.     def GET(self):
    
27.         db1 = db()
    
28.         rs = db1.execute('select * from temperature order by id desc limit 20')
    
29.         return render.temperature(rs)
    
30. 
    
31. 
    
32. class humidity:
    
33.     def GET(self):
    
34.         db1 = db()
    
35.         rs = db1.execute('select * from humidity order by id desc limit 20')
    
36.         return render.humidity(rs)
    
37. 
    
38. 
    
39. class manualcontroller:
    
40. 
    
41.     def GET(self):
    
42.         return web.seeother('/')
    
43. 
    
44.     def POST(self):
    
45.         i = web.input()
    
46.         print i.switcher1, i.servor1, i.led1
    
47.         if i.servor1 != "":
    
48.             if int(i.servor1)>=0 and int(i.servor1) <=180:
    
49.                 execute("d",i.servor1)
    
50.         elif i.led1 != "":   
    
51.             if i.led1 !="":
    
52.                 execute("s",i.led1)
    
53.         elif i.switcher1 != "":
    
54.             if i.switcher1 == "1" or i.switcher1 == "0" :
    
55.                 execute("b",i.switcher1)
    
56.         return web.seeother('/')
    
57. 
    
58. class db:
    
59.     def __init__(self):
    
60.         self.db = sqldb()
    
61.     def insert(self,table,values):
    
62.         return
    
63.     def delete(self,table,index):
    
64.         return
    
65.     def update(self,table,index,values):
    
66.         return
    
67.     def select(self,table,index):
    
68.         i = (table,index)
    
69.         sql = 'select * from %s where id = %d'%(table,index)
    
70.         self.db.cu.execute(sql)
    
71.         rs = self.db.cu.fetchall()
    
72.         self.db.conn.commit()
    
73.         return rs
    
74.     def execute(self,sql):
    
75.         self.db.cu.execute(sql)
    
76.         rs = self.db.cu.fetchall()
    
77.         self.db.conn.commit()
    
78.         return rs
    
79.    
    
80.    
    
81. class sqldb:
    
82. 
    
83.     def __init__(self):
    
84.         self.db = 'db.db'
    
85.         if os.path.exists(self.db):
    
86.             self.conn = sqlite3.connect(self.db)
    
87.             self.cu = self.conn.cursor()
    
88.         else:
    
89.             self.conn = sqlite3.connect(self.db)
    
90.             self.cu = self.conn.cursor()
    
91.             self.cu.execute(
    
92.                 'create table sensors(id integer primary key autoincrement,date text,value text)')
    
93.             self.cu.execute(
    
94.                 'insert into sensors values(null,\'2016-1-1 12:00:00\',\'32\')')
    
95.             self.cu.execute(
    
96.                 'create table actuators(id integer primary key autoincrement,date text,value text)')
    
97.             self.cu.execute(
    
98.                 'insert into actuators values(null,\'2016-1-1 12:00:02\',\'open AC ato 26\')')
    
99.             self.conn.commit()
    
100. 
     
101. 
     
102. if __name__ == '__main__':
     
103.     app = web.application(urls, globals())
     
104.     app.run()
     

复制代码

采用上诉方法开启服务器之后，智能内网访问web服务，为了达到外网操作的能力，需要使用花生壳的动态IP的映射的服务。
花生棒
    一般家庭使用的网络均是动态变更IP地址的，外网访问不方便。这里使用花生棒来保证外网访问内网的能力。需要在oray注册账号，并购买花生棒，绑定账号，指定内网IP和Port对外共享，之后就可以在外网使用内网服务了。
DHT11
系统目前还只具备接受和解析指令控制外围设备的功能，不能从周围环境探测信号。现在我们增加个简单的温湿度探测器，连接到Arduino上，然后将接受的数据通过串口传递到cb上。
DHT引脚如图所示**，自左至右分别是+5V,data,nc,Gnd。连线比较简单，电源接好后，data线连接到Arduino的引脚9上就行了。需要添加的程序如下。

1. #include <dht11.h>
   
2. dht11 DHT11;
   
3. #define DHT11PIN 9
   
4. float humidity = 0.0;
   
5. float temperature = 0.0;
   
6. 主程序中：
   
7. int chk = DHT11.read(DHT11PIN);  
   
8. switch (chk)
   
9. {
   
10.   case DHTLIB_OK:
    
11. break;
    
12.   case DHTLIB_ERROR_CHECKSUM:
    
13.     break;
    
14.   case DHTLIB_ERROR_TIMEOUT:
    
15.     break;
    
16.   default:
    
17.     break;
    
18. }
    
19. humidity = (float)DHT11.humidity;
    
20. temperature = (float)DHT11.temperature;

复制代码

翼京/ka

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