基于嵌入式的智能台灯系统

功能说明

通过微信小程序控制台灯的亮灭及亮度。采集温湿度传到微信小程序上，台灯可以显示实时北京时间。

功能展示

01智能台灯演示

Mqtt服务器

http://www.yoyolife.fun/iot：Mqtt服务器，我是在这里注册的，免费一个，之后每个2块钱每月。主要是结构简单，用起来容易。
下位机即ESP32要选择mqtt地址：t.yoyolife.fun 端口：1883地址（里边有三个地址）
微信小程序要选择mqtt:wss地址：t.yoyolife.fun/mqtt 端口：8084地址，不可选错。
两边的发布和订阅要对应起来，一个发布一个订阅，跟串口的Tx、Rx一样。服务器的主题可以随意定，意为服务器要监听哪个地址。
设备ID即是用户名，密码即是密码。
调试软件为mqttx，可自行下载https://mqttx.app/zh，调试下位机的时候可以连接上边提到的微信小程序8084那个端口，即服务器地址：wss://t.yoyolife.fun、端口：8084、Path：/mqtt、用户名即设备ID、密码即密码，然后订阅ESP32发布的那个地址，或者向ESP32订阅的那个地址发布信息。

硬件制作

采用的是ESP32+微信小程序+Mqtt协议。

硬件选型

ESP32开发板（VSCode+PlatformIO环境）
DHT11温湿度传感器
两颗LED灯（模拟台灯）
0.96寸OLED屏
杜邦线若干

硬件连接

在这里插入图片描述
如图所示，需要注意的是LED串联电阻1K到10K都可以，主要起限流作用。如果多个LED并联显示的话也可选择更小的。

硬件程序

程序采用VSCode+PlatformIO环境。安装以下库

ArduinoJson 库：解析Mqtt协议收发的json格式数据。
DHT sensor library库：用于DHT11采集温湿度数据。
NTPClient 库：获取网络NTP时间。
PubSubClient 库：Mqtt通讯协议。
U8g2 库：OLED显示库。

代码展示

以下展示部分重要代码，完整完成在文章末尾。

Mqtt连接

const char *ssid = "Hide_2805";                            // ESP32连接的WiFi账号
const char *password = "asdfghjkl";                        // WiFi密码
const char *mqttServer = "t.yoyolife.fun";                 // 要连接到的服务器IP
const int mqttPort = 1883;                                 // 要连接到的服务器端口号
const char *mqttUser = "75bdfb62a1c56065949702a3a6430e38"; // MQTT服务器账号
const char *mqttPassword = "123465";                       // MQTT服务器密码
const char *mqttsub = "/iot/4432/wsy";                     // MQTT订阅主题
const char *mqttpub = "/iot/4432/waa";                     // MQTT发送主题

WiFiClient espClient;                              // 定义wifiClient实例
PubSubClient client(espClient);                    // 定义PubSubClient的实例

DynamicJsonDocument Json(1024);                    // 定义Json实例

String Debug_Mqtt = "";
void callback(char *topic, byte *payload, unsigned int length)
{
    String Str = "";
    Serial.print("来自订阅的主题:"); // 串口打印：来自订阅的主题:
    Serial.println(topic);           // 串口打印订阅的主题
    Serial.print("信息：");          // 串口打印：信息：
    for (int i = 0; i < length; i++) // 使用循环打印接收到的信息
    {
        Serial.print((char)payload[i]);
        Str += (char)payload[i];
    }
    Serial.println();
    Serial.println("-----------------------");

    Debug_Mqtt = Str;
    deserializeJson(Json, Str);
    // Lamp_Duty = Json["target"].as<String>();
    Lamp_Duty = Json["value"].as<unsigned char>();
    if (Lamp_Duty > 100)
        Lamp_Duty = 100;
    Lamp_Num = Json["num"].as<bool>();
    Debug = Json["debug"].as<unsigned char>();
    
    Serial.print("value:"); // 串口打印：来自订阅的主题:
    Serial.println(Lamp_Duty);           // 串口打印订阅的主题
    Serial.print("num:"); // 串口打印：来自订阅的主题:
    Serial.println(Lamp_Num);           // 串口打印订阅的主题
}

void WiFi_Click(void)
{
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) // 若WiFi接入成功WiFi.status()会返回 WL_CONNECTED
    {
        Serial.println("连接wifi中"); // 串口输出：连接wifi中
        WiFi.begin(ssid, password);   // 接入WiFi函数（WiFi名称，密码）重新连接wif
        delay(2000);                  // 若尚未连接WiFi，则进行重连WiFi的循环
    }
    Serial.println("wifi连接成功");         // 连接wifi成功之后会跳出循环，串口并输出：wifi连接成功
    client.setServer(mqttServer, mqttPort); // MQTT服务器连接函数（服务器IP，端口号）
    client.setCallback(callback);           // 设定回调方式，当ESP32收到订阅消息时会调用此方法
    while (!client.connected())             // 是否连接上MQTT服务器
    {
        Serial.println("连接服务器中");                            // 串口打印：连接服务器中
        if (client.connect("ESP32Client", mqttUser, mqttPassword)) // 如果服务器连接成功
        {
            Serial.println("服务器连接成功"); // 串口打印：服务器连接成功
        }
        else
        {
            Serial.print("连接服务器失败"); // 串口打印：连接服务器失败
            Serial.print(client.state());   // 重新连接函数
            delay(2000);
        }
    }
    client.subscribe(mqttsub);                    // 连接MQTT服务器后订阅主题
    Serial.print("已订阅主题，等待主题消息...."); // 串口打印：已订阅主题，等待主题消息
    client.publish(mqttpub, "Hello from ESP32");  // 向服务器发送的信息(主题，内容)
}

void Pub_Mqtt(void)
{
    char payload[200];
    StaticJsonDocument<200> jsonDocument; // 声明一个Json格式变量
    jsonDocument["temperature"] = Temp;
    jsonDocument["humidity"] = Humi;
    serializeJson(jsonDocument, payload); // 将j
    Serial.println(payload);
    client.publish(mqttpub, payload);     // 向服务器发送的信息(主题，内容)son转换为字符串
}

初始化、主函数及时间片

void Time_Slice(void)
{
    if (F_Time_10ms)
    {
        F_Time_10ms = 0;
        Display();
    }
    if (F_Time_100ms)
    {
        F_Time_100ms = 0;
        Log_Print();
        Ctrl_Lamp();
    }
    if (F_Time_2s)
    {
        F_Time_2s = 0;
        DHT11_Get();
        Pub_Mqtt();
        TimeClient.update();
        Serial.println(TimeClient.getFormattedTime());
    }
}

void setup()
{
    pinMode(LED_Pin_Gnd, OUTPUT);
    digitalWrite(LED_Pin_Gnd, 0);
    U8g2_Init();
    u8g2.setCursor(0, 8);
    u8g2.print("U8g2 OK!");
    u8g2.sendBuffer();
    Serial.begin(115200); // 串口函数，波特率设置
    u8g2.setCursor(0, 8 + 12 * 1);
    u8g2.print("串口 OK!");
    u8g2.sendBuffer();
    WiFi_Click();
    u8g2.setCursor(0, 8 + 12 * 2);
    u8g2.print("WiFi OK!");
    u8g2.sendBuffer();
    Timer0_Init();
    PWM_Init();
    TimeClient.begin();
    TimeClient.setTimeOffset(28800); //+1地区偏移3600
    u8g2.setCursor(0, 8 + 12 * 3);
    u8g2.print("NTP OK!");
    u8g2.sendBuffer();
    DHT.begin();
    u8g2.setCursor(0, 8 + 12 * 4);
    u8g2.print("DHT11 OK!");
    u8g2.sendBuffer();

    delay(2000);
}

void loop()
{
    client.loop(); // 回旋接收函数  等待服务器返回的数据
    Time_Slice();
}

硬件修改代码作为己用

用户如需借用代码，只需修改关键部分即可，例如Mqtt的Key、发布订阅地址，WiFi的账号密码等。

初始化修改

#define LED_Pin 2		//系统LED灯 不用修改
#define DHT11_Pin 4		//DHT11连接的IO口 可修改
#define DHTTYPE DHT11	//DHT11	不用修改

#define Lamp_Pin1 12	//LED控制输出IO 可修改
#define Lamp_Pin2 13	//LED控制输出IO 可修改
#define LED_Pin_Gnd 14	//LED控制输出地 可修改

const char *ssid = "Hide_2805";                            // ESP32连接的WiFi账号
const char *password = "asdfghjkl";                        // WiFi密码
const char *mqttServer = "t.yoyolife.fun";                 // 要连接到的服务器IP
const int mqttPort = 1883;                                 // 要连接到的服务器端口号
const char *mqttUser = "75bdfb62a1c56065949702a3a6430e38"; // MQTT服务器账号
const char *mqttPassword = "123465";                       // MQTT服务器密码
const char *mqttsub = "/iot/4432/wsy";                     // MQTT订阅主题
const char *mqttpub = "/iot/4432/waa";                     // MQTT发送主题

callback函数中修改地方

    Lamp_Duty = Json["value"].as<unsigned char>();//接受的Json格式的键名称，跟你发送的对应起来，后边格式也要解析成相应格式
    if (Lamp_Duty > 100)		//这里可以做一些逻辑判断等
        Lamp_Duty = 100;
    Lamp_Num = Json["num"].as<bool>();
    Debug = Json["debug"].as<unsigned char>();

Pub_Mqtt函数中修改地方

jsonDocument["temperature"] = Temp;		//要发送的Json的键名称
jsonDocument["humidity"] = Humi;
serializeJson(jsonDocument, payload); 
Serial.println(payload);
client.publish(mqttpub, payload);     // 向服务器发送的信息(主题，内容)son转换为字符串

微信小程序制作

软件采用的是微信开发者工具，下载软件即可使用，无需复杂环境，成品直接发布就能使用，方便快捷。

软件程序

引入Mqtt的js包。
请求获取系统地址权限，请求天气API（高德），获取当地天气。
请求Mqtt服务器，订阅相关地址。
获取接受的数据，Json解析。
按键像相关地址发布Json数据。

下边是具体代码。

天气数据

  getUserLocation: function () {
    let that = this;
    wx.getSetting({
      success: (res) => {
        console.log("天气", res);
        if (
          res.authSetting["scope.userLocation"] != undefined &&
          res.authSetting["scope.userLocation"] != true
        ) {
          wx.showModal({
            title: "请求授权当前位置",
            content: "需要获取您的地理位置，请确认授权",
            success: function (res) {
              if (res.cancel) {
                wx.showToast({
                  title: "拒绝授权",
                  icon: "none",
                  duration: 1000,
                });
              } else if (res.confirm) {
                wx.openSetting({
                  success: function (dataAu) {
                    if (dataAu.authSetting["scope.userLocation"] == true) {
                      wx.showToast({
                        title: "授权成功",
                        icon: "success",
                        duration: 1000,
                      });
                      //再次授权，调用wx.getLocation的API
                      that.getLocation();
                    } else {
                      wx.showToast({
                        title: "授权失败",
                        icon: "none",
                        duration: 1000,
                      });
                    }
                  },
                });
              }
            },
          });
        } else if (res.authSetting["scope.userLocation"] == undefined) {
          //调用wx.getLocation的API
          that.getLocation();
        } else {
          //res.authSetting['scope.userLocation'] == true
          //调用wx.getLocation的API
          that.getLocation();
        }
      },
    });
  },
  getLocation() {
    let that = this;
    wx.getLocation({
      type: "wgs84",
      success(res) {
        console.log("经纬度", res);
        if (res?.errMsg === "getLocation:ok") {
          /* ----------------通过经纬度获取地区编码---------------- */
          wx.request({
            url: "https://restapi.amap.com/v3/geocode/regeo?parameters",
            data: {
              key: KEY, //填入自己申请到的Key
              location: res.longitude + "," + res.latitude, //传入经纬度
            },
            header: {
              "content-type": "application/json",
            },
            success: function (res) {
              console.log("坐标转换和查询天气", res.data);
              wx.setStorageSync(
                "city",
                res.data.regeocode.addressComponent.adcode //地区编码
              );
              that.setData({
                location: res.data.regeocode.addressComponent.city +
                  " " +
                  res.data.regeocode.addressComponent.district,
              });

              wx.request({
                url: "https://restapi.amap.com/v3/weather/weatherInfo",
                data: {
                  key: KEY, //填入自己申请到的Key
                  city: res.data.regeocode.addressComponent.adcode, //传入地区编码
                },
                header: {
                  "content-type": "application/json",
                },
                success: function (weather) {
                  console.log("天气", weather.data);
                  that.setData({
                    temp: weather.data.lives[0].temperature, //温度
                    weatherText: weather.data.lives[0].weather, //天气描述 晴天 下雨天...
                    welcome: "今天的天气是 " + weather.data.lives[0].weather + "，又是爱豆的一天！", //欢迎语
                  });
                },
              });
            },
          });
        }
      },
    });
  },

Mqtt协议

  connectMqtt() {
    let that = this;
    const options = {
      connectTimeout: 4000,
      address: "t.yoyolife.fun/mqtt", //输入的地址
      port: 8084, //输入的端口号
      username: "75bdfb62a1c56065949702a3a6430e38", //输入的用户名
      password: "123465", //输入的密码
    };

    console.log("address是：", options.address);
    client = mqtt.connect(MQTTADDRESS, options); //连接

    client.on("connect", (e) => {
      console.log('连接成功');
    })

    client.on("reconnect", (error) => {
      console.log("正在重连：", error);
      wx.showToast({
        icon: "none",
        title: "正在重连",
      });
    });
    client.on("error", (error) => {
      console.log("连接失败：", error);
      wx.showToast({
        icon: "none",
        title: "mqtt连接失败",
      });
    });
    // 订阅一个主题
    let message = this.data.push;
    client.subscribe(this.data.push, {
      qos: 0
    }, function (err) {
      if (!err) {
        console.log("订阅成功", message);
        wx.showToast({
          icon: "none",
          title: "添加成功",
        });
      }
    });
    client.on("message", (topic, message) => {
      console.log("收到地址：", topic);
      console.log("收到消息：", message.toString());
      let getMessage = {}; //收到的消息
      try {
        getMessage = JSON.parse(message); //收到的消息转换成json对象
        console.log(getMessage);
        that.setData({
          temperature: getMessage.temperature,
          humidity: getMessage.humidity,
        })
      } catch (error) {
        console.log("JSON解析失败！");
      }
    })
  }

修改代码作为己用

用户如需借用代码，只需修改关键部分即可，例如Mqtt的Key、发布订阅地址，WiFi的账号密码等。

程序初始化

const KEY = "1acc1391bf1593cf96f258d2f9ebe552";	//注意这里是高德地图的KEY 不是Mqtt服务器的KEY

const app = getApp();
import mqtt from "../../utils/mqtt.min";		//加载的Mqtt协议的文件名
const MQTTADDRESS = "wxs://t.yoyolife.fun/mqtt"; //mqtt服务器地址

data中数据

    welcome: "你好，这里是Shiboven。",//主页显示

    push: "/iot/4432/waa", //订阅地址
    subscr: "/iot/4432/wsy", //发布地址

connectMqtt函数

    const options = {
      connectTimeout: 4000,		//重连时间
      address: "t.yoyolife.fun/mqtt", //Mqtt服务器地址
      port: 8084, //Mqtt服务器端口号
      username: "75bdfb62a1c56065949702a3a6430e38", //Mqtt用户名
      password: "123465", //Mqtt密码
    };