基于ESP32的远程开关灯控制(ESP32+舵机+Android+物联网云平台) ...

前言：出租屋、宿舍网上关灯标题，计划弄一个智能开关以及带一点安防本领，如检测有人进入之类的，同时也是回首一下以前把握的知识。
质料+环境预备

本身这个东西不难做，网上也有了很多的实现案例，没什么技能难度，但是有一定的实用效果。
本计划分为三个部分：ESP32（硬件）、Android、阿里云
物理质料

esp32开发板：控制焦点、网络连接
舵机（SG90-180°）：用于控制拨动开关实现开关灯
杜邦线：连接模块大概进行跳线接线
供电部分：考虑供电部分的话，需要锂电池、充放电模块、电烙铁等焊接工具。
扩展：超声波模块，用于检测是否有人进入，大概实现夜间回家自动开灯等。
软件环境

esp32 arduino开发环境，需要设置首选项，json、下载esp32开发板的包（耗时长，大概失败），网上有一些离线安装的方法教程可以参考。
esp32 esp-idf框架，这个也是一个esp32的开发环境，可以在vscode上集成，听说用起来很方便，和arduino二选一即可，我现在用的arduino，配置好了esp-idf框架还未利用（感觉编译要太长的时间了。。。。）
android studio：用于开发android软件，方便调试，自己开发具有更高的扩展性，方便连接到云平台，这个需要一定的底子，最好以前弄过，否则搭环境下软件也挺费时间。
阿里云：重要也是为了实现无距离限定控制，这就是上云的好处，此外也可以实现，如果不在家，有人进了房子配合超声波大概激光实现提醒入侵检测的功能。此外大概也可以通过其他的物联网平台和对应的app实现远程控制，比如电灯科技还可以参加米家，实现小爱语言远程控制，但是相对而言可扩展性小。
物联网平台配置（MQTT）

起首要先容云平台是由于其他两个部分都需要连接到云平台，以是这里的配置有限，另外就是先容mqtt协议进行先容，方便理解后续代码的含义。
MQTT

八股文我就不说了，直接说大概实现的原理和通讯的过程。
条件：设备联网可以利用mqtt协议、云平台（中心做消息流转）
云平台起首要创建产品、创建设备，产品可以理解为一个类，设备是实现的子类，这些子类可以有一些共同的特性，这是产品里面定义的。一个设备就是对应现实的一个物理设备，创建好设备后，会有对应的暗码、设备名称、ID之类的一些标志，用来将你的设备连接到云平台。这应该就是mqtt协议中规定好的。
MQTT是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的“轻量级”通讯协议。发布就是指发布消息，你发布消息给云平台，大概云平台发布给你。订阅就是你订阅某一个主题（topic），这样云平台就可以通过这个主题来给你发布消息。
消息流转：设备和云平台可以通过订阅和发布的方式进行消息传递，但是设备和设备之间无法直接进行通讯，需要通过云平台来进行中心消息转发。这个是通过云平台实现的，云平台设置即可，无需代码实现。
阿里云平台配置

本次计划是通过阿里云物联网平台实现相应的功能。
阿里云物联网平台
注册登录，阿里云物联网平台提供免费的公共实例可以试用。
创建产品

添加设备

然后为对应产品添加设备，需要添加两个设备，一个是esp32的，一个是手机app的。

创建好设备后可以查看设备，里面有相干的连接信息。

这些信息都需要在后续中利用，届时进行查看复制进入对应代码区即可。
自定义topic

注：产品可以设置物理模型，设置一些共有属性，这样物联网平台也可以进行控制和查看对应的属性，设置好物理模型后，会有专门对应的topic进行发送相干属性的消息，但同样也包含了一些其他无关信息，为了方便我可以可以自定义topic，这些操作都需要在产品中区定义实现。
定义topic类可以自己命名topic，并选择范例，发布还是订阅，大概两个都选，订阅的话表示这个主题是用来订阅的，也就是设备订阅了这个主题后，可以从云台中看到，并通过这个订阅发布消息。
发布的主题指的就是设备用来发布消息的，将消息传递至云平台的topic。
如果不需要向云平台发布消息，可以不进行定义，产品中需要手机向云平台发布开灯消息，以是需要进行定义。
我定义了两个主题一个是舵机的，一个是超声波，重要是想实现两个功能，都是基于发布和订阅的，这有利有弊，比较方便吧。

区别可以从下面的例子中看出来
我的设备定义了三个topic，分别是物理模型，自带的一个属性设置的topic，两个自定义topic

产品物理模型自带的topic

可以看到自带的主题的操作权限，只有订阅，也就是设备用来订阅，无法进行发布，这样在设备列表中订阅的topic中无法实现发布消息功能，而另外两个自定义主题由于设置了发布和订阅，以是订阅后，同时也可以进行消息发布。
本节的重要目标创建产品，创建对应的自定义主题，创建两个设备获取连接信息，用于设备进行mqtt通讯连接。
esp32配置

本节重要先容esp32的配置和物理设备的接线。
接线

起首看接线，由于用到超声波，需要的也是5v的电压供电，但是开发板只有一个5V口，此外还要和充放电模块接线，以是这里肯定需要将几根线剪开连接起来，并用电工胶带绑好。
如果你只有一个就直接用杜邦线就可以，但是考虑供电也需要接线，大概找一个带usb口的充放电模块，这样直接用usb供电给开发板也可以。
如果自行计划PCB天然就会更方便，开端测试时就没有打板。
代码

现阶段，代码非常简单，由于有很多的封装库实现，以是控制代码调用函数就可以，设置都不用去管什么pwm控制，设置占空比什么什么的，非常方便，esp32和esp8266这些arduino的都是一样的，确实是加快了开发进程。
控制代码非常简单，重要就是上云，连接到阿里云了。
以下就是完整代码
重要包含功能：
ESP32连接wifi
初始化舵机（控制信号线），控制舵机(设置角度)
超声波测距，并自动开关灯（根据时间） getDistance()
上报（到云）人员经过超声波检测的时间，可以进行记录查看到有人进出房间的时间
(超声波这部分代码注销了，缘故原由有很多，一个是未便调试，另外超声波的布置位置很不方便，也容易导致误触，线长的标题，另外就是房间的标题，未便部署，激光模块效果更优)
阿里云mqtt通讯连接的代码，回调处置惩罚代码，就是吸收到云平台的订阅消息时做出的逻辑处置惩罚
aliyun_callback()
还有连接和订阅操作，这些都比较简单调用函数即可，这里的回调中实现了两种方式，一种是基于产品的物理模型提供的topic进行订阅和操作，一个是自定义的进行操作，自定义的topic相对比较简单。
库安装

对应的头文件需要安装对应的库，ESP32Servo、NTPClient、ArduinoJson、PubSubClient，末了这个需要注意。PubSubClient需要对源码的参数进行修改，否则会连接失败。
找到你库安装的路径，c:\Users****\Documents\Arduino

修改这两个宏定义即可，修改为1024和60。

1. // MQTT_MAX_PACKET_SIZE : Maximum packet size. Override with setBufferSize().
2. #ifndef MQTT_MAX_PACKET_SIZE
3. #define MQTT_MAX_PACKET_SIZE 1024
4. #endif
6. // MQTT_KEEPALIVE : keepAlive interval in Seconds. Override with setKeepAlive()
7. #ifndef MQTT_KEEPALIVE
8. #define MQTT_KEEPALIVE 60
9. #endif

复制代码

MQTT_MAX_PACKET_SIZE表示的是客户端能够处置惩罚的最大数据包巨细（字节），MQTT_KEEPALIVE表示的是定义客户端与服务器之间的心跳间隔（秒），用于维持长连接。
当然也可以不修改，直接在代码中进行定义覆盖，有两种方式，一种是头文件前进行定义

1. #define MQTT_MAX_PACKET_SIZE 1024
2. #define MQTT_KEEPALIVE 60
3. #include <PubSubClient.h>

复制代码

这里编译的时候头文件时通过#ifndef检查该常量已经定义过了就不会再定义，以是可以覆盖文件中的宏定义。
大概直接利用动态函数修改，可以在在程序中动态调整

1.   client.setBufferSize(1024);  // 运行时覆盖为1KB
2.   client.setKeepAlive(60);     // 覆盖默认60秒

复制代码

以下是完整代码

1. #include <WiFi.h>
2. #include <ESP32Servo.h>
3. //如果不想修改源文件，就直接在代码中取消下面两行注释即可
4. //#define MQTT_MAX_PACKET_SIZE 1024
5. //#define MQTT_KEEPALIVE 60
6. #include <PubSubClient.h>
7. #include <ArduinoJson.h>
9. #include <NTPClient.h>
10. #include <WiFiUdp.h>
11. #include <time.h> // 用于时间处理
13. // 定义 NTP 客户端
14. WiFiUDP ntpUDP;
15. NTPClient timeClient(ntpUDP, "pool.ntp.org", 8 * 3600, 60000);
16. // 使用 pool.ntp.org 服务器，时区偏移为 8 小时（东八区）
18. // WiFi配置
19. const char* ssid = "*****";//wifi名称
20. const char* password = "******";//wifi密码
22. // 阿里云物联网平台配置
23. const char* mqtt_server = ""; // 替换为你的阿里云IoT endpoint
24. const char* mqtt_username = ""; // 替换为你的设备名称和产品Key
25. const char* mqtt_password = ""; // 替换为你的设备密钥
26. const char* mqtt_client_id = ""; // 替换为你的客户端ID
27. // esp32_601
28. // MQTT主题
29. const char* servo_topic = ""; // 替换为你的舵机控制主题
30. const char* person_detected_topic = ""; // 替换为你的人员检测主题
32. WiFiClient espClient;               //创建网络连接客户端
33. PubSubClient mqttClient(espClient); //通过网络客户端连接创建mqtt连接客户端
35. // 舵机引脚
36. const int servoPin = 27;
37. Servo myServo;
39. //调试后的固定开关等角度值
40. const int light_off = 112;
41. const int light_on = 72;
42. // 这两个值需要自己进行调试，此外我设置的是90°的时候舵机是横向的
43. // 超声波引脚
44. const int trigPin = 25;
45. const int echoPin = 26;
47. // led引脚
48. const int led0Pin = 2;
49. //板载led可以用来调试观察现象
50. // 初始化LED
51. void setupLED() {
52.   pinMode(led0Pin, OUTPUT);
53.   digitalWrite(led0Pin, LOW);  // 初始状态为关闭
54. }
56. // 初始化舵机
57. void setupServo() {
58.   myServo.attach(servoPin); // 将舵机连接到指定引脚
59.   myServo.write(90);        // 初始角度设为90度
60. }
62. // 初始化超声波传感器
63. void setupUltrasonic() {
64.   pinMode(trigPin, OUTPUT);
65.   pinMode(echoPin, INPUT);
66. }
68. // 超声波测距函数
69. float getDistance() {
70.   digitalWrite(trigPin, LOW);
71.   delayMicroseconds(2);
72.   digitalWrite(trigPin, HIGH);
73.   delayMicroseconds(10);
74.   digitalWrite(trigPin, LOW);
75.   long duration = pulseIn(echoPin, HIGH); // 读取回波时间
76.   float distance = duration * 0.034 / 2;  // 计算距离（单位：厘米）
77.   return distance;
78. }
80. //初始化连接wifi
81. void setup_wifi() {
82.   delay(10);
83.   Serial.println();
84.   Serial.print("Connecting to ");
85.   Serial.println(ssid);
86.   WiFi.begin(ssid, password);
87.   while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
88.     delay(500);
89.     Serial.print(".");
90.   }
92.   Serial.println("");
93.   Serial.println("WiFi connected");
94.   Serial.print("IP address: ");
95.   Serial.println(WiFi.localIP());
96. }
98. void aliyun_callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
99.   Serial.print("Message arrived [");
100.   Serial.print(topic);
101.   Serial.print("] ");
102.   for (int i = 0; i < length; i++) {
103.     Serial.print((char)payload[i]);
104.   }
105.   Serial.println();
106.   //上面是打印接收到的订阅信息，调试用
107.   // 处理舵机控制消息 --- 物理模型版本
108.   // if(strcmp(topic, "/sys/${}/${设备名}/thing/service/property/set")== 0){
109.   //   // 将 payload 转换为字符串
110.   //   char message[length + 1];
111.   //   memcpy(message, payload, length);
112.   //   message[length] = '\0'; // 添加字符串结束符
113.   //   Serial.println(message);
114.   //   // 解析 JSON 数据
115.   //   StaticJsonDocument<200> doc; // 根据 JSON 数据大小调整缓冲区大小
116.   //   DeserializationError error = deserializeJson(doc, message);
117.   //   // 检查解析是否成功
118.   //   if (error) {
119.   //       Serial.print("Failed to parse JSON: ");
120.   //       Serial.println(error.c_str());
121.   //       return;
122.   //   }
123.   //   // {"method":"thing.service.property.set","id":"1107300794","params":{"servo":1},"version":"1.0.0"}   这是物理模型消息模板，真正需要的数据就是{"servo":1}
124.   //   // 提取 JSON 字段
125.   //   int servo_angle = doc["params"]["servo"]; // 获取 command 字段
126.   //   // int angle = doc["angle"];             // 获取 angle 字段
127.   //   // int duration = doc["duration"];       // 获取 duration 字段
128.   //   myServo.write(servo_angle);//设置角度
129.   // }
130.   // 处理舵机控制消息  自定义模型，自己定义主题topic和解析，比较简单方便，不需要多余的处理
131.   if (strcmp(topic, servo_topic) == 0) {
132.     //获取消息  获取设置值
133.         // 将字节数组转换为字符串
134.     char payloadStr[length + 1];  // 加1是为了加上字符串结束符 '\0'
135.     memcpy(payloadStr, payload, length);
136.     payloadStr[length] = '\0';  // 确保字符串结束
137.     // 假设 payloadStr 是一个整数的文本格式  消息体内容只有舵机的设置参数为纯数字
138.     int intValue = atoi(payloadStr);
139.     Serial.print("Received integer value: ");
140.     Serial.println(intValue);
141.     if(intValue>=0 && intValue<=180){
142.       myServo.write(intValue); // 控制舵机转动到90度
143.       delay(500);
144.       myServo.write(90);//设置完后自动调整为90,这样不会卡住手动拨动灯开关
145.     }
146.       
147.   }
148. }
150. void reconnect() {
151.   while (!mqttClient.connected()) {
152.     Serial.print("Attempting MQTT connection...");
153.     if (mqttClient.connect(mqtt_client_id, mqtt_username, mqtt_password)) {
154.       Serial.println("connected");
155.       mqttClient.subscribe(servo_topic);
156.       mqttClient.subscribe(person_detected_topic);//连接成功后订阅主题，这样才能接收到消息
157.     } else {
158.       Serial.print("failed, rc=");
159.       Serial.print(mqttClient.state());
160.       Serial.println(" try again in 5 seconds");
161.       delay(5000);
162.     }
163.   }
164. }
165. void setup() {
166.   Serial.begin(115200);
167.   setupLED();
168.   setupServo();          // 初始化舵机
169.   setupUltrasonic();     // 初始化超声波传感器
170.   setup_wifi();         //初始化连接wifi
171.   // 初始化 NTP 客户端
172.   timeClient.begin();
173.   timeClient.update(); // 获取时间
174.   //mqtt 初始化配置
175.   mqttClient.setServer(mqtt_server, 1883);
176.   mqttClient.setCallback(aliyun_callback);
177. }
179. void loop() {
180.   if (!mqttClient.connected()) {
181.     reconnect();
182.   }
183.   mqttClient.loop();
185.   // 主循环中可以添加其他逻辑
186.   // 固件升级  先不考虑
187.   // 检测到有人进入 --两种情况，无人，报警
188.   // 检测有人进入，上报时间，获取时间并上报，同时根据时间判断是否开灯
189.   // float distance = 0;
190.   // distance = getDistance();未进行测量似乎结果为不确定的？不为0，不对可能为0
191.   // Serial.println("当前距离: " + String(distance));
192.   // if(distance < 50 && distance > 0){ //超声波
193.   //   //有人经过
194.   //   //获取时间
195.   //   // 更新 NTP 时间
196.   //   timeClient.update();
197.   //   // 获取当前小时数（24小时制）
198.   //   int currentHour = timeClient.getHours();
199.   //   if(currentHour >= 18 || currentHour < 7) { // 如果是18点（即下午6点）以后或早上6点之前
200.   //     myServo.write(light_on);
201.   //     Serial.println("It's evening or night, turning the light on.");
202.   //     delay(500);
203.   //     myServo.write(90);
204.   //   } else {
205.   //     // digitalWrite(ledPin, LOW); // 关灯
206.   //     myServo.write(light_off);
207.   //     Serial.println("It's daytime, turning the light off.");
208.   //     delay(500);
209.   //     myServo.write(90);
210.   //   }
212.   //   //上报消息
213.   //   unsigned long epochTime = timeClient.getEpochTime();
214.   //   // 将 Unix 时间戳转换为格式化字符串时间
215.   //   time_t rawTime = (time_t)epochTime;
216.   //   struct tm *ptm = gmtime(&rawTime);
217.   //   char timeStr[30];
218.   //   strftime(timeStr, sizeof(timeStr), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", ptm);  
219.   //   // 打印完整的时间字符串
220.   //   Serial.print("Current date and time: ");
221.   //   Serial.println(timeStr);
222.   //   // 发布人员检测消息
223.   //   String message = "Person detected at " + String(timeStr);
224.   //   mqttClient.publish(person_detected_topic, message.c_str());
225.   // }
227.   delay(200); // 延时20m秒
228. }

复制代码

代码中都有具体的注释，不懂可以批评区留言。

1. // 阿里云物联网平台配置
2. const char* mqtt_server = ""; // 替换为你的阿里云IoT endpoint
3. const char* mqtt_username = ""; // 替换为你的设备名称和产品Key
4. const char* mqtt_password = ""; // 替换为你的设备密钥
5. const char* mqtt_client_id = ""; // 替换为你的客户端ID
6. // esp32_601
7. // MQTT主题
8. const char* servo_topic = ""; // 替换为你的舵机控制主题
9. const char* person_detected_topic = ""; // 替换为你的人员检测主题

复制代码

这些就是上一节提到的创建设备时，可以查阅的相干连接参数，以及创建产品的时候自定义的消息topic
注意、踩坑： 这里有一个需要注意的地方就是主题这里，从云平台复制出来的主题，往往包含${deviceName}这个部分，这里需要替换为你对应的设备名称，记住是设备名称别复制错了。

1. /*********/${deviceName}/user/person_detect
2. 假如你的设备名称是esp32
3. 替换为
4. /*********/esp32/user/person_detect

复制代码

另外回调函数中的处置惩罚

1.   // 处理舵机控制消息  自定义模型，自己定义主题topic和解析，比较简单方便，不需要多余的处理
2.   if (strcmp(topic, servo_topic) == 0) {

复制代码

这里就是判断，到来的消息是哪个主题的，是否为舵机控制主题的，是才进入舵机主题消息的解析，由于发布的消息大概有别的主题的消息，不判断直接解析大概会出错，不同的topic的解析也不一样，由于数据内容大概不一样。
Android部分和云平台数据流转

剩下的部分就下一篇再先容吧，码字不易，点个赞吧，有什么标题接待批评区留言。
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