【带WiFi功能远程除湿器远程通信网络的电路及程序设计案例4400字】

带WiFi功能远程除湿器远程通信网络的电路及程序设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u7151带WiFi功能远程除湿器远程通信网络的电路及程序设计案例 1143571.1通信网络硬件电路设计 2232471.1.1降压模块电路设计 262861.1.2WiFi模块电路设计 328761.2WiFi软件协议设计 457241.3手机APP设计 9221931.APP运行环境 938432.APP使用流程 10为了实现远程除湿器与手机的连接与信息传输，通过考虑需求，本次设计选型选用了ESP-8266-WiFi模块来完成远程通信。在日常生活中，任何WiFi设备都可以通过WiFi连接另一台设备进行信息交互，所以在此次设计中，使用WiFi连接上位机与下位机并处理信号是可实施的。通过WiFi模块的软件设计，手机开启热点，将WiFi模块连接至热点中。MCU收到传感器感知的温湿信息，能通过WiFi模块传递至手机APP并显示；用户需控制除湿器时，可点击APP相对应的功能按钮，信号通过WiFi传递至MCU后，控制电路通过继电器对远程除湿器进行控制。该通信模块支持P2P/soft-AP模式，内置存储器与32位CPU应用处理器，其高速缓冲存储器可提高芯片性能；同时兼容TCP/IP协议，内置TR开关balun开关与功率放大器，因此对外部电路的需求较少；可自行搜索连接网络，并且系统能进行自适应无线电偏置、信号处理，消除GPRS、Bluetooth等无线网络干扰。 远程控制设计中应包含WiFi模块硬件设计、WiFi模块软件程序设计、手机终端APP界面设计。WiFi模块为ESP-8266。此模块功能齐全，有2种工作模式可以选择，分别是局域网远程控制除湿器和广域网远程控制除湿器。如图4-1与4-2所示。图4-1手机APP局域网控制远程除湿器图4-1手机APP广域网控制远程除湿器局域网模式与广域网模式分别为STA与AP模式。AP模式是由ESP8266设置一个局域网络，便携设备可以搜索并连接此网络，但便携设备无法连接公网。STA模式是由便携设备开启网络热点，ESP8266自动搜索连接至网络。通信网络硬件电路设计1.1.1降压模块电路设计ES8266工作电压为3.3V，由于单片机VCC电路工作电压为5V，且系统启动时电流比较大，所以需要增加一个5V转3.3V的降压模块。本次设计中降压模块选型选择了AMS1117-3.3，该降压器非常适合作为单片机或低压型工作模块供电的仪器。仪器针脚与内部结构相对简单，内部电路如图4-1-1所示：图4-1-1降压器电路图引脚分别为Vin、Vout和GND组成，接入电源电压为+5V，输出端为3.3V接ESP8266，GND接地。此外C3与C4为输出滤波电容，目的是抑制自激振荡，防止输出震荡波形；C1与C2为输入电容，能将单向脉动电压转换为直流电压。降压器设计C2=C4=0.1uF，C1=C3=10uF，是为了防止降压器断电时，倒置电压的产生影响所连接的元器件。AMS1117-3.3降压模块可用于提供1A的输出电流，工作过程中输入输出电压差可稳定至1V。同时在输出电流最大时，该模块的输入输出电压差能稳定在1.3V以内，随着电流减小而成正比，最大程度上降低了电源电路超载对输出期间造成的压力，提高了电路稳定性与适用性。1.1.2WiFi模块电路设计本次设计采用ESP8266-WiFi模块对上下位机进行通信，最大传输速度为72.2Mbps，最高输出功率为+19.5dBm。该模块接口丰富，支持UART，IIC，PWM，GPIO，ADC等。其中PWM针脚主管灯光调控，GPIO控制模块总开关、继电器等。ESP8266电路图引脚图4-1-2如下：图4-1-2电路引脚图引脚功能信息为：TXD：连单片机RXD；异步发送器，为GPIO1的通用发收口，开机时禁止下拉；RXD：连单片机TXD；异步接收器，为GPIO3的通用发收口；RST：连单片机I/O或悬空；GPIO0：ESP8266模块的工作状态指示灯，搜索网络时灯闪烁，连接后熄灯；GPIO2：开机时默认高电平，禁止硬件下拉；CH_PD：连单片机I/O、VCC口；高电平工作，低电平关闭。将ESP8266装载置万用板后，当需要外接天线时，支持三种天线接口的形式，分别是邮票孔接口、PCB天线和IPEX接口，后两者接天线接口，无需重新设定程序和电路直接使用。在电路设计中，由于指示灯GPIO0针脚连接I/O口，所以在上电由于芯片有数据的输出，所以指示灯会瞬间闪烁，需要经过插拔USB转串口来解决。当便携设备能搜索到以ESP____字样的网络，表示硬件线路连接没有问题，ESP8266-WiFi模块电路正常运作。1.2WiFi软件协议设计在ESP8266硬件线路搭载完成后，为了实现与便携端的数据交互与命令执行的功能，需要对WiFi模块进行软件协议设计。远程除湿器WiFi模块功能需求如下数据显示功能。在手机端可对远程除湿器进行实时监控，分别显示当前空气温湿度，机器的运作状态，系统当前运作的模式信息。命令执行功能。在手机端能实现对远程除湿器的控制。数据传输流程为，手机发送指令至WiFi模块，WiFi模块将指令发送给MCU，数据处理后通过针脚对继电器进行控制。自动手动模式：通过设置温度限制，可以通过手机对远程除湿器开启自动模式，当湿度高于设限时，除湿器打开；当湿度低于设限时，除湿器关闭；如需手动远程开启关闭除湿器，可设为手动模式开关机。ESP8266-WiFi模块有两种工作类型，第一种是对内部搭载的微处理器进行软件开发，通过继电器对除湿器进行控制；第二种是外接单片机，仅处理单片机传递信息进行网络发送的任务。此方案开发快，性能稳定且用户更易操作。本次设计选择第二种模式。此WiFi模组能实现三种工作模式，分别为STA/AP/STA+AP：STA模式：ESP8266可以直接通过连接附近的路由器网络，连接广域网或者某服务器平台，便携设备通过广域网或平台对远程除湿器进行控制；或ESP8266连接附近便携设备开启的热点WiFi对其控制，为本次设计取用模式。AP模式：ESP8266内置芯片作为路由器，便携设备通过搜索连接此路由器对进行显示数据或控制，但便携设备无法连接外网通信。STA+AP模式：两种模式同时开启，但芯片负载增加，数据传输速度降低。ESP8266-WiFi模块与MCU通讯协议：通过AT指令进行通信，ESP8266-WiFi模块发送AT指令给单片机，单片机将目前除湿器工作状态和空气温湿情况反馈回WiFi模块。 4-1-1WiFi模块指令设置ESP8266-WiFi模块AT指令设置：1.基础AT指令如下：AT：意为测试AT启动。AT+RST：重启WiFi模块。AT+GSLP：打开WiFi模块deepsleep功能。ATE：开关回显功能。AT+RESTORE：将WiFi模块恢复出厂设置。AT+UART：定义串口配置。2.主要WiFi功能AT指令如下：AT+CWMOD：选择WiFi应用模式。AT+CWJAP：加入AP工作模式。AT+CWLAP：列出当前可用AP功能。AT+CWSAP：定义AP模式下的所有参数。AT+CIPAPMAC：设置MAC地址（AP）。AT+CIPAP：设置IP地址（AP）。AT+CWQAP：退出AP模式。AT+CWLIF：查看目前接入的IP。AT+CWDHCP：设置DHCP开关。AT+CWAUTOCONN：设置STA开机后自动连接路由器。AT+CIPSTAMAC：设置MAC地址（STA）。AT+CIPSTA：设置IP地址（STA）。AT+CWSMARTSTART：开启自动连接路由器模式。AT+CWSMARSTOP：关闭自动连接路由器模式。主要IP连接AT指令如下：AT+CIPSTATUS：开启连接状态。AT+CIPSTART：建立TCP连接（STA模式）；或注册UDP（AP模式）。AT+CIPSEND：传输信息。AT+CIPCLOSE：断开TCP或UDP连接。AT+CIPSR：获取本地IP地址。AT+CIPMUX：打开多连接模式。AT+CIPSERVER：定义为服务器模式。AT+CIPMODE：选择WiFi模块传输模式。AT+CIPSTO：配置服务器超时时间。AT+CIUPDATE：升级硬件（连入广域网）。AT+PING：开启PING命令。本次设计是选择STA工作模式，将WiFi模块连接至手机热点的方式进行控制，烧录的软件有NetAssit、UartAssist、PuTTY、SSCOM。步骤如下：检查设备天线插好，降压模块和WiFi模块硬件线路连接正确。设备插上电脑，PC端打开putty软件，对串口接口进行配置。波特率设置为115220，databits输入8，stopbits输入1，串口为WiFi模块连接的串口，点击open，即可输入AT指令，如图下所示。首先开启WiFi模块：AT+RST//将ESP8266的WiFi模块开启响应：OK//成功开启设置为WiFi工作模式（开启AP模式：AT+CWMODE=2。开启STA+AP模式： AT+CWMODE=3）：AT+CWMODE=1 //设置为STA模式响应：OK将WiFi模块连接路由器：AT+CWJAP=“1234567890”,“1234567890”//“SSID”填路由器名称，“PASSWORD”为路由器密码。//便携端路由器设置为1234567890。响应：OK查询设备IP：AT+CIFSR//查询路由器IP响应：192.168.1.1//反馈打开NetAssist软件，此软件能进行网络调试，用此软件创建一个服务器，本地IP改为192.168.1.1，本地端口号为11520，设置如下图所示。查询WiFi：AT+CWLAP//搜索附近可连接的路由器响应：OKESP8266-WiFi模块连接服务器AT+CIPSTART=“TCP”,“192.168.1.1”，115200//分别将协议，服务器IP和本地地址端口号发送至WiFi模块响应：OK数据发送:AT+CIPSEND=8//发送8个字节>ChuShiQi//发送“除湿器”英文字符//如果发送字节超过了AT指令所设定的长度，则仅仅发送所设置的长度字 //节，并响应SENDOK；如果短于设置长度，则正常发送。响应：SENDOK数据接收：+IPD，8：ChuShiQi//“8”为数据长度，和可以任意修改图示如下：串口设置图网络调试设置图ESP8266-WiFi模块协议设置完成，系统能够自动连接路由器WiFi网络。本次远程除湿器设计为手机终端控制机器，流程为：WiFi模块通电，打开手机热点，网络名称为：1234567890，网络密码为：1234567890。安全性选择WPA2PSK。AP频段选择2.4GHz（ESP8266-WiFi模块只支持2.4GHz频段）。WiFi模块连接时，指示灯会一直闪烁，当手机端显示已有设备连接热点，连接成功，指示灯熄灭。本次设计通信协议完成。1.3手机APP设计本次设计中的远程除湿器是由手机APP控制。目前市场上有安卓和苹果两个平台，在设计过程中，由于苹果系统封闭，程序ROOT空间小且安装繁琐，所以选择在安卓系统进行设计开发。APP主要功能：APP系统框架、温湿显示、控制除湿器开关、手动模式、自动模式和定时模式。同时此APP需要同时在广域网与局域网中起到功能性。APP运行环境此次APP程序设计软件为EclipseIDEforJAVADeveloper-2019和VS-2018配合PC端进行开发，Eclipse提供C、C++、JAVA等编程语言开发环境，提供安卓系统源代码开发拓展的平台，如需使用JAVA的标准插件，无需另外下载，内置有齐全的开发包。VS为visualstudio软件，能提供当前世界几乎所有流行编程语言的开发环境，是目前功能与兼容性最齐全的编程语言开发平台。用户可以可以通过线下数据线连接电脑，将软件传输至手机端；或者在线上任意平台下载至手机端。程序占用手机内存小，且运行RAM低，能涵盖到市面上绝大部分手机型号，为使用者提供了便利。目前远程除湿器APP支持安卓系统，系统需提前升级至5.0以上，才可正常运作APP。APP程序设计简介明了，功能齐全，在使用期间误操导致的APP意外关闭，本除湿器设置了定时刷新界面的功能，不会影响远程除湿器的正常运作，重新进入或挂在后台也能保证正常连接与运作。使用过程考虑到家居环境中有很多中老年人不易使用的问题，无需任何登陆操作，避免不必要的信息泄露，拉大使用的人群。APP使用流程在下载好远程除湿器APP后，对该程序进行安装，安装完成打开APP，界面设计简洁，功能按键齐全；由于未连接除湿器的WiFi模块，因此温湿度、开关机时间、模式选择、加湿器工作状况均显示空白，APP运行界面如图4-3-1所示：接电单片机电源模块，接电除湿器，开启手机热点，万用板的W