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。

gongqingkui

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。

gongqingkui

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。

gongqingkui

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：

[mw_shl_code=python,true]import serial
defserialSend(str):
    t = serial.Serial('/dev/ttyUSB1',9600)
    with t:
        n = t.write(str)
    t.close()
    return n
[/mw_shl_code]

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：

[mw_shl_code=python,true]import serial
defserialRead():
    t = serial.Serial('/dev/ttyUSB1',9600)
    print t.isOpen()
with t:
        while(1):
            s = t.readline()
            print s
#todo save to DB or web
if __name__ =='__main__':
    serialRead()
[/mw_shl_code]

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。

gongqingkui

web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。

[mw_shl_code=python,true]# encoding: utf-8
import web
import os
import sqlite3
import time
import serial
from actuatorModule import execute
from web import form
# templete floder
render = web.template.render('templates/')

# url tables
urls = ('/', 'index',
        '/manualcontroller', 'manualcontroller',
        '/temperature', 'temperature',
        '/humidity', 'humidity'
        )


class index:
    def GET(self):
        return render.index()


class temperature:
    def GET(self):
        db1 = db()
        rs = db1.execute('select * from temperature order by id desc limit 20')
        return render.temperature(rs)


class humidity:
    def GET(self):
        db1 = db()
        rs = db1.execute('select * from humidity order by id desc limit 20')
        return render.humidity(rs)


class manualcontroller:

    def GET(self):
        return web.seeother('/')

    def POST(self):
        i = web.input()
        print i.switcher1, i.servor1, i.led1
        if i.servor1 != "":
            if int(i.servor1)>=0 and int(i.servor1) <=180:
                execute("d",i.servor1)
        elif i.led1 != "":   
            if i.led1 !="":
                execute("s",i.led1)
        elif i.switcher1 != "":
            if i.switcher1 == "1" or i.switcher1 == "0" :
                execute("b",i.switcher1)
        return web.seeother('/')

class db:
    def __init__(self):
        self.db = sqldb()
    def insert(self,table,values):
        return
    def delete(self,table,index):
        return
    def update(self,table,index,values):
        return
    def select(self,table,index):
        i = (table,index)
        sql = 'select * from %s where id = %d'%(table,index)
        self.db.cu.execute(sql)
        rs = self.db.cu.fetchall()
        self.db.conn.commit()
        return rs
    def execute(self,sql):
        self.db.cu.execute(sql)
        rs = self.db.cu.fetchall()
        self.db.conn.commit()
        return rs
   
   
class sqldb:

    def __init__(self):
        self.db = 'db.db'
        if os.path.exists(self.db):
            self.conn = sqlite3.connect(self.db)
            self.cu = self.conn.cursor()
        else:
            self.conn = sqlite3.connect(self.db)
            self.cu = self.conn.cursor()
            self.cu.execute(
                'create table sensors(id integer primary key autoincrement,date text,value text)')
            self.cu.execute(
                'insert into sensors values(null,\'2016-1-1 12:00:00\',\'32\')')
            self.cu.execute(
                'create table actuators(id integer primary key autoincrement,date text,value text)')
            self.cu.execute(
                'insert into actuators values(null,\'2016-1-1 12:00:02\',\'open AC ato 26\')')
            self.conn.commit()


if __name__ == '__main__':
    app = web.application(urls, globals())
    app.run()[/mw_shl_code]

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。

links2

，棒，在网页中修改了字，在1602中就显示了对应的字

梦刀狼

辛苦楼主了

gongqingkui

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。