【毕设参考】ESP32 + HaaS Python 打造可以远程控制的智能风扇

智能小风扇 

   下图是本案例除硬件连线外的3步导学，每个步骤中实现的功能请参考图中的说明。

简介

   在日常生活中，我们经常需要一些通过风扇降温的场景，比如说机房，电脑主机等等。通常情况下，我们都是人为的去打开或者关闭风扇，调节档位进行降温 *** 作， *** 作起来不是非常便捷。

   本方案通过一个温度传感器实时的采集当前温度，然后依据温度值，动态的去调节风扇的转速和开关，同时我们可以通过手机app实时的控制风扇转速所对应的温档位，实现对风扇的远程控制，既能方便我们控制风扇，也能有效的节能，绿色环保。

准备

   本案例打造需要如下硬件：

• ESP32一台
• 风扇电机模块
• AHT21B 温度传感器
• 杜邦线若干
• Micro-USB数据线一条

硬件连线图

   硬件连线图如下图所示：

物联网平台开发 开通公共实例

   对于第一次使用物联网平台的读者，需要开通实例以使用物联网平台的功能。这里可以使用免费的公共实例进行开发。

   在物联网平台中，左上角选择“华东2-上海”，点击“公共实例”，即可开通。

开通物联网平台功能之后，需要完成下面的3个步骤完成云端设备的设定：

1. 创建云端产品
2. 创建产品属性（物模型）
3. 创建云端设备（获取三元组）

创建云端产品

   点击上图中的“公共实例”，即可进入控制台进行产品创建。然后，点击创建产品按钮，如下图所示。

   在新建产品设定页面按照下图所示，设定“产品名称”，选择所属的“自定义品类”（如果创建的产品品类为标准品类，可以选择标准品类），节点类型选择“直连设备”，联网方式选择“Wi-Fi”，数据格式选择“ICA标准数据格式”，检验类型和认证方式选择默认设定即可。还可以根据开发者自己的需求在“产品描述”页面添加针对此产品的描述。

   选择之后，点击“确认”按钮，即可完成产品创建。返回“产品”页面之后可以看到产品类表中会出现刚刚创建的“智能小风扇”的产品，如下图所示。

创建产品属性（物模型）

   点击上图中的“查看”按钮，即可看到产品信息，Topic列表，功能定义，数据解析等跟产品相关功能的设定。点开“功能定义”标签页，可以看到设备物模型定义，点击“添加自定义功能”，其中功能名称、标识符、数据类型和定义如下所示。

   标识符是设备端上报设备属性状态的消息中需要使用的标识符，并且只有在设备上报的属性内容符合“数据定义”中的数据取值范围的时候才会被物联网平台记录，否则会被物联网平台认定为非法属性而过滤掉。

   产品及其物模型创建完成后就可以创建这个产品的设备了。

创建云端设备（获取三元组）

   在产品列表页面中，点击“管理设备”，就会进到设备管理页面。

   在“设备”页面点击“添加设备”按钮，如下图所示。

   在“添加设备”页面中设定“deviceName”，这里开发者可以自己填入自己想设定的设备名称，也可以不填任何内容让系统自动生成设备名称，如下图所示。

   设备添加完成后，点击“前往查看”按钮，就可以看到此设备端详细信息了。

   设备信息中有两个信息需要和设备端开发相匹配：

1. 三元组
2. 物模型属性详细信息

获取设备三元组

   如上图所示，点击“查看”按钮，就可以看到设备的三元组信息，三元组是物联网设备端和物联网云端设备相关联的唯一标识符，在设备端连接云端的时候会使用三元组信息和云端进行鉴权，鉴权通过之后云端会认为设备已激活并上线。

查看设备属性信息

   设备详情信息页中的“物模型数据”标签页中可以看到设备的所有属性信息、设备时间上报情况及设备服务调用情况，如下图所示。待物联网设备按照设备属性对应的标识符上报设备属性的时候，本图片中的“当前温度“等属性值就会显示设备最新的属性信息。

创建产品和设备的过程是按照面向对象的思想进行设计的，其中创建产品可以看成是新建一个类，其中的物模型则是类的对象，创建设备则是进行类的实例化。

设备端开发 开发环境

   在进行下一步之前请确保ESP32开发环境已经搭建完毕。详情请参考esp32开发环境的说明。

创建解决方案

   点击下图中的"快速开始"按键(

)会d出HaaS Studio的欢迎页面，请点击“创建项目”按钮。

   在随后d框中，设定好项目名称（“smart_fan”）及工作区路径之后，硬件类型选择ESP32，点击“立即创建”，创建一个Python轻应用的解决方案。

   下载本案例代码并解压将所有文件复制后覆盖smart_fan工程目录下的原有文件。然后对main.py里边的内容后需要完成以下三处代码修改。

Python脚本的详细说明请参考脚本内嵌的文字版注释

1. 修改路由器名称及密码    修改工程里main.py中wifiSsid和wifiPassword的值为读者实际要连接的路由器的名称及密码（请注意名称和密码都需要放在""符号中间）。

# Wi-Fi SSID和Password设置
wifiSsid = "请填写您的路由器名称"
wifiPassword = "请填写您的路由器密码"

   修改完成之后get_wifi_status函数中的wlan.connect(wifiSsid, wifiPassword)语句就会连接读者自己设定的路由器。

1. 修改设备端三元组

   修改smart_fan工程里main.py中productKey、deviceName和deviceSecret的值为读者创建的物联网设备的三元组信息，如下图所示：

# 三元组信息
productKey = "产品密钥"
deviceName = "设备名称"
deviceSecret = "设备密钥"

1. 确保设备端物模型和云端定义的一致

   smart_fan工程里main.py中下面的代码定义的是物模型需要用到的三个props的标识符

FLAG_CUR_TEMP = "cur_temp"
FLAG_GEAR1 = "gear1"
FLAG_GEAR2 = "gear2"
FLAG_GEAR3 = "gear3"

   确保所有标识符和物联网产品的物模型中属性标识符是一样的，同时对应的数据类型和数据取值范围是一样的，如下图所示：

   下面是本节添加的重点代码段落讲解：

• 初始化网络上报prop的默认值到物联网平台

wlan = network.WLAN(network.STA_IF)  #创建WLAN对象
# 请替换物联网平台申请到的产品和设备信息
# global productKey, deviceName, deviceSecret ,on_request, on_play
get_wifi_status()
connect_lk(productKey, deviceName, deviceSecret)
post_default_value()

• 】风扇初始化

pwmObj = PWM()
pwmObj.open("fan")
fan = Fan(pwmObj)
fan.control(0)

• 温度传感器初始化

i2c = I2C()
i2c.open('aht21b')
aht = AHT21B(i2c)

• 依据当前温度调节风扇转速并上传温度到物联网平台

temp = aht.getTemperature()
    print('cur temp is {}'.format(temp))
    upload_temp(temp)
    if temp <= gear1_temp and cur_gear != 0:
        cur_gear = 0
        fan.control(cur_gear)
        print('fan change to gear {}'.format(cur_gear))
    elif temp > gear1_temp and temp <= gear2_temp and cur_gear != 1:
        cur_gear = 1
        fan.control(cur_gear)
        print('fan change to gear {}'.format(cur_gear))
    elif temp > gear2_temp and temp <= gear3_temp and cur_gear != 2:
        cur_gear = 2
        fan.control(cur_gear)
        print('fan change to gear {}'.format(cur_gear))
    elif temp > gear3_temp and cur_gear != 3:
        cur_gear = 3
        fan.control(cur_gear)
        print('fan change to gear {}'.format(cur_gear))

运行结果

   推送此脚本到ESP32之后，运行此脚本，ESP32串口会周期性的打印如下日志。其中：

• “物联网平台连接成功” 代表成功连接到物联网平台
• “on_props”说明收到手机端的props控制指令
• "fan change to gear" 说明温度区间发生变化，调节了风扇档位

wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
('192.168.3.198', '255.255.255.0', '192.168.3.1', '192.168.3.1')
establish tcp connection with server(host='a14ir3ezcgN.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com', port=[443])
sleep for 1 s
tcp_connect: can only connect from state CLOSED
success to establish tcp, fd=54
物联网平台连接成功
open AHT21B
cur temp is 24.21
fan change to gear 1
cur temp is 24.24
cur temp is 24.25
cur temp is 24.27
cur temp is 24.29

物联网平台端设备信息查看

   物联网设备的系统启动成功并连接到物联网平台之后，物联网平台上对应的设备状态会从”未激活状态“变为”上线“，在物模型数据标签页上会显示设备上报到物联网平台的属性值。

   此时如果手机端更新了属性值设置，物联网平台的物模型数据会更新为设备上报的最新的属性值。

物联网应用开发

   IoT Studio 提供了应用快速开发的能力，可以很方便地与物联网平台进行联动。本节的开发工作也将围绕 IoT Studio展开。

新建“普通项目”

   打开IoT Studio官网，在项目管理中新建一个空白项目，如下图所示，将此项目命名为“智能小风扇”。

关联产品

   为了使本项目能够获取到目标设备的定位信息，我们首先需要将该项目和我们在前一节创建的产品“智能小风扇”绑定。

   在项目控制台，点击左侧的“产品”，点击“关联物联网平台产品”。此时可以看见我们创建的“智能小风扇”。点击选中，并勾选“关联产品同时关联其下所有设备”，以便该项目可以访问到所有设备的定位信息。

创建“移动应用”

   在项目控制台，点击左侧的“主页”，选择项目开发中的移动应用，点击新建按钮。

界面开发及交互配置

如下图所示，本应用中一个使用了三个UI组件，分别是文字和数字框和实时曲线。选中相应的组件，拖拽到中间的位置。

• 文本编辑

   对于文字组件而言，点击并修改文字内容等属性即可

• 配置数据源

   对于数字框和实时曲线组件而言，需要按照上图中的步骤，选中组件，并配置数据源，将该组件和具体的产品，设备，属性进行绑定，物联网产品创建章节中对应的属性，分别对应着这里的数字框组件和温度曲线。

• 添加交互

   对于数字框组件而言，配置了数据源以后，我们还需要定义它的交互行为，如上图所示，选中组件，点击右侧的交互标签，选择新增交互，并设置具体的事件和动作，最后点击配置设备打开如下图中所示的界面。

   选择相应的产品设备和属性后，最后先泽参数来源：组件值

预览及发布应用

   点击右上角按钮预览或发布，即可在手机上使用应用，可以实现随时随地远程控制啦。

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