最终效果
基于NodeMCU的物联网空调控制系统设计
项目介绍
该项目是“物联网实验室监测控制系统设计（仿智能家居）”项目中的“家电控制设计”中的“空调控制”子项目，最前者还包括“物联网设计”、“环境监测设计”、“门禁系统设计计”和“小程序设计”等内容。本文只介绍“空调控制”部分。
项目功能实现的大致思路为：当单片机接收到MQTT服务器传来的发射红外信号的指令时，驱动红外发射模块发射相应的信号。
硬件设计
接线
| NodeMCU | 数字38kHz红外发射模块 |
| VCC | VCC |
| GND | GND |
| D2 | DAT |
PCB设计
此电路板仅是为了代替杜邦线而已，上面只有引脚排座，而没有任何电子元件。
工程 - 立创开源硬件平台
成本
| NodeMCU | 数字38kHz红外发射模块 |
| 27.9 | 2.07 |
其中共需30元左右来购买该项目所需的模块。此外还需1根数据线、焊接工具（电烙铁、锡丝、引脚排座）、PCB打板或若干杜邦线。
软件设计
本次的开发环境为Arduino IDE，开发板型号为NodeMCU 0.9 (ESP-12 Module)。
在初始化之后，等待小程序下发空调参数，据此发射红外信号。
连接WiFi以及接收MQTT服务器传来的消息，可参考：利用ESP-01S中继实现STM32F103C8T6与MQTT服务器的串口双向通信_mqtt和stm32开发板通信-CSDN博客
解析JSON数据，可参考：Arduino中解析JSON数据-CSDN博客
发射红外信号，可参考：使用“NodeMCU”、“红外模块”实现空调控制-CSDN博客
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <ArduinoJson.h>
#include <Arduino.h>
#include <IRremoteESP8266.h>
#include <ir_Gree.h> //格力空调红外编码解析库，是<IRremoteESP8266.h>的子库，<IRremoteESP8266.h>还有其他主流品牌的红外编码解析子库// 设置wifi接入信息和MQTT服务器
const char* wifiname = "DOILMSBOIOT";
const char* password = "doilmsboiot";
const char* mqttServer = "broker.emqx.io";bool receive_message_flag = 0; //1表示收到信息但还未发射信号，0表示未收到信息或已发射信号WiFiClient wifiClient;
PubSubClient mqttClient(wifiClient);// 待解析的json文件，所需空间：75~77个字节，正好初始值为最多的77字节；若初始化时空间不足，收到信息后无法赋值
String json = "{\"switch\":false,\"mode\":\"自动\",\"temperature\":25,\"windSpeed\":0,\"swing\":false}";// 创建DynamicJsonDocument对象
const size_t capacity = JSON_OBJECT_SIZE(5) + 128 ; //5表示待解析的JSON对象中有5对数据，128为解析过程中需要的额外空间，可在此网站计算 https://arduinojson.org/v6/assistant/#/step1
DynamicJsonDocument doc(capacity);// 解析后的空调参数
bool switch_Bool ;
String mode_Str ;
int temperature_Int ;
int wing_speed_Int ;
bool vertical_swing_Bool ;const uint16_t kIrLed = 4; //ESP-12F芯片的4引脚，即（NODEMCU）开发板的D2引脚.
IRGreeAC ac(kIrLed); //创建格力空调红外发射对象void setup()
{Serial.begin(9600); // 启动串口通讯WiFi.mode(WIFI_STA); //设置ESP8266工作模式为无线终端模式connectWifi(); // 连接WiFimqttClient.setServer(mqttServer, 1883); // 设置MQTT服务器和端口号mqttClient.setCallback(receiveCallback); // 设置MQTT订阅回调函数connectMQTTserver(); // 连接MQTT服务器ac.begin(); //启动红外发射
}void loop()
{if (mqttClient.connected()) // 如果开发板成功连接服务器{ mqttClient.loop(); // 处理信息(收到信息后的回调函数)以及心跳} else // 如果开发板未能成功连接服务器{ connectMQTTserver(); // 则尝试连接服务器并订阅主题}if (receive_message_flag == 1) //收到信息但还未发射信号{ deserializeJson(doc, json); // 反序列化数据// 解析收到的数据信息switch_Bool = doc["switch"].as<bool>();mode_Str = doc["mode"].as<String>();temperature_Int = doc["temperature"].as<int>();wing_speed_Int = doc["windSpeed"].as<int>();vertical_swing_Bool = doc["swing"].as<bool>(); send_IR(switch_Bool, mode_Str, temperature_Int, wing_speed_Int, vertical_swing_Bool); //向空调发射红外信号receive_message_flag = 0; //已发射信号}
}// 连接MQTT服务器并订阅主题
void connectMQTTserver()
{// 根据ESP8266的MAC地址生成客户端ID（避免与其它ESP8266的客户端ID重名）String clientId = "esp8266-" + WiFi.macAddress();if (mqttClient.connect(clientId.c_str())) //如果成功连接MQTT服务器{ Serial.print("MQTT Server Has Connected. ");Serial.print("Server Address: ");Serial.println(mqttServer);Serial.print("ClientId: ");Serial.println(clientId);subscribeTopic(); // 订阅指定主题} else {Serial.print("MQTT Server Connect Failed. Client State:");Serial.println(mqttClient.state());delay(3000);}
}// 收到信息后的回调函数
void receiveCallback(char* topic, byte* payload, unsigned int length)
{Serial.print("Message with the topic of [ ");Serial.print(topic);Serial.println(" ] has been received.");Serial.print("Content: ");for (int i = 0; i < length; i++) {Serial.print((char)payload[i]);json[i] = (char)payload[i]; //将收到的信息赋给json，以便后续解析和发射信号}Serial.println("");for (int i = length; i < 77; i++) //清除掉多余字符{json[i] = '\0';}receive_message_flag = 1; //表示收到信息但还未发射信号Serial.print("Message Length (Bytes) : ");Serial.println(length);Serial.println(" ");
}// 订阅指定主题
void subscribeTopic()
{String topicString = "deviceControl3/airConditioner"; // 订阅主题的名称char subTopic[topicString.length() + 1]; strcpy(subTopic, topicString.c_str());if(mqttClient.subscribe(subTopic)) //如果成功订阅主题{Serial.print("Subscrib Topic: ");Serial.println(subTopic);Serial.println("");} else {Serial.print("Subscribe Fail...");}
}// ESP8266连接wifi
void connectWifi()
{WiFi.begin(wifiname, password);Serial.println("Connecting to WiFi");while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) //等待WiFi连接,当wifi未连接时,持续输出".";成功连接后输出连接成功信息{delay(1000);Serial.print(".");}Serial.println("");Serial.println("WiFi Connected!"); Serial.println("");
}//向空调发射红外信号
void send_IR(bool switch_Bool, String mode_Str, int temperature_Int, int wing_speed_Int, bool vertical_swing_Bool)
{//这几句程序的顺序不要变if(switch_Bool == 0){ac.off(); //开机}if(switch_Bool == 1){ac.on(); //关机}ac.setModel(YBOFB); //遥控器型号if(mode_Str == "自动"){ac.setMode(kGreeAuto); //自动模式下默认温度25度，后面的温度设置程序失效}if(mode_Str == "制热"){ac.setMode(kGreeHeat);}if(mode_Str == "制冷"){ac.setMode(kGreeCool);}ac.setFan(wing_speed_Int); // 1风速低、2风速中、3风速高、0自动风速ac.setTemp(temperature_Int); if(vertical_swing_Bool == 0){ac.setSwingVertical(0,kGreeSwingLastPos); //关闭上下扫风}if(vertical_swing_Bool == 1){ac.setSwingVertical(1,kGreeSwingAuto); //开启上下扫风} ac.send(); //发射红外信号
}
