文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.173614
中文引用格式： 高世皓，王立華,，朱吉芳,，等. 基于CC3200及微信公眾號(hào)的云家居交互系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2018,，44(3)：52-55.
英文引用格式： Gao Shihao,，Wang Lihua，Zhu Jifang,，et al. Interactive system of cloud home based on CC3200 and WeChat official account[J]. Application of Electronic Technique,，2018，44(3)：52-55.
0 引言
隨著科技的發(fā)展,，人們對(duì)居住條件的要求逐漸提高，傳統(tǒng)的只有居住功能的家居已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們對(duì)居住環(huán)境的要求,，智慧化和數(shù)字化是未來(lái)家居的發(fā)展趨勢(shì),。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能家居成為新的研究熱點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域[1-2],。近幾年,，微信已經(jīng)被廣泛普及使用，它可以保證用戶(hù)的真實(shí)性,，所以可以將微信與智能家居相結(jié)合,，通過(guò)密鑰進(jìn)行身份認(rèn)證，認(rèn)證通過(guò)后用戶(hù)便可與智能設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[3-4],?；诖耍疚膶?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/微信公眾號(hào)" title="微信公眾號(hào)" target="_blank">微信公眾號(hào)和CC3200芯片相結(jié)合,，使用云服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)遠(yuǎn)程操控家居設(shè)備、獲取家居環(huán)境狀態(tài)的功能，系統(tǒng)可靠性高,、實(shí)用性好,、控制方便，具有較好的應(yīng)用前景,。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)框圖如圖1所示,。用戶(hù)首先需要接入網(wǎng)絡(luò)并且關(guān)注云家居公眾號(hào)，之后通過(guò)密鑰綁定家居控制系統(tǒng),，就可以在公眾號(hào)中發(fā)送文本,、語(yǔ)音消息，或者點(diǎn)擊公眾號(hào)中的菜單實(shí)現(xiàn)以下功能：遠(yuǎn)程控制家居設(shè)備,，例如臺(tái)燈,、風(fēng)扇、空調(diào)等,；查詢(xún)?cè)O(shè)備狀態(tài),，例如獲取臺(tái)燈狀態(tài)、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,、空調(diào)溫度等,；獲取傳感器數(shù)據(jù)，例如室內(nèi)溫濕度,、天然氣濃度值等,。
系統(tǒng)分為服務(wù)器端和客戶(hù)端：服務(wù)器端為微信服務(wù)器和阿里云服務(wù)器；客戶(hù)端為微信公眾號(hào)和CC3200 LaunchPad開(kāi)發(fā)板,，這兩個(gè)客戶(hù)端都可以向服務(wù)器提交數(shù)據(jù)和下載數(shù)據(jù),。
微信服務(wù)器定義了公眾號(hào)菜單，并且把微信客戶(hù)端發(fā)送的消息以可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(Extensible Markup Language,，XML)形式的數(shù)據(jù)發(fā)送到阿里云服務(wù)器,；阿里云服務(wù)器根據(jù)指令更新數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)接收開(kāi)發(fā)板上傳的傳感器數(shù)據(jù),，將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù),。
當(dāng)微信公眾號(hào)請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，阿里云服務(wù)器將響應(yīng)消息打包成XML數(shù)據(jù),，并通過(guò)微信服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到微信客戶(hù)端,；當(dāng)開(kāi)發(fā)板請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，阿里云服務(wù)器將請(qǐng)求的數(shù)據(jù)通過(guò)HTTP協(xié)議響應(yīng)給開(kāi)發(fā)板,。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件組成框圖如圖2所示,。本系統(tǒng)采用CC3200作為主控芯片，該芯片是TI推出的集成高性能ARM Cortex-M4內(nèi)核的微控制器,，是業(yè)界首個(gè)具有內(nèi)置Wi-Fi的MCU[5-6],。CC3200芯片包括3大子模塊：MCU子模塊內(nèi)核運(yùn)行頻率為80 MHz,，具有多種外設(shè)；Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)處理器子模塊支持站點(diǎn)STA,、接入點(diǎn)AP和Wi-Fi Direct模式,；電源管理子模塊可以啟用低功耗模式[7]。
CC3200通過(guò)Wi-Fi連接到路由器,，進(jìn)而接入互聯(lián)網(wǎng),，然后通過(guò)HTTP-GET的方式獲取數(shù)據(jù)庫(kù)中臺(tái)燈等設(shè)備的狀態(tài)，同時(shí)將傳感器數(shù)據(jù)上傳到阿里云服務(wù)器[8],。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)包含3部分：CC3200微控制器程序設(shè)計(jì)涉及將設(shè)備聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳和下載,、傳感器數(shù)據(jù)的采集和顯示；微信公眾平臺(tái)程序設(shè)計(jì)包含微信公眾號(hào)菜單界面設(shè)計(jì),；阿里云服務(wù)器程序設(shè)計(jì)包括微信請(qǐng)求接口、CC3200數(shù)據(jù)交互接口,。
3.1 CC3200微控制器程序設(shè)計(jì)
CC3200通過(guò)Wi-Fi連接到路由器,，進(jìn)而接入互聯(lián)網(wǎng)，然后創(chuàng)建HTTP客戶(hù)端,，連接到HTTP服務(wù)器上,，上傳傳感器狀態(tài)并且獲取最新的控制指令。
其中,，開(kāi)發(fā)板上傳狀態(tài)并獲取指令流程圖如圖3所示,。首先設(shè)置HTTP-GET的請(qǐng)求頭，主機(jī)名Host為139.129.9.166,，通過(guò)sprintf函數(shù)設(shè)置請(qǐng)求URL：sprintf(acSendBuff,，"/WeChat/cc3200/upload_and_get.do?sequence=number1&temperature=%.2f&humidity=%d&MQ2Data=%d"，temperature,，humidity,，MQ2Data)，溫濕度和天然氣濃度通過(guò)此URL進(jìn)行上傳,；之后發(fā)送HTTP-GET請(qǐng)求到阿里云服務(wù)器,，服務(wù)器接收到請(qǐng)求后定位請(qǐng)求資源，然后將資源響應(yīng)給開(kāi)發(fā)板,。
開(kāi)發(fā)板收到HTTP響應(yīng)后先判斷狀態(tài)行的狀態(tài)代碼是否等于200,，若等于200就代表客戶(hù)端請(qǐng)求成功，此時(shí)先逐行讀取響應(yīng)頭部,，直至到達(dá)響應(yīng)頭部的末尾,，然后進(jìn)行響應(yīng)正文數(shù)據(jù)的處理。
處理響應(yīng)正文數(shù)據(jù)過(guò)程為：響應(yīng)正文為“l(fā)ight=off,，fan=on,，airconditionState=cold,，airconditionTemp=26”，以獲取臺(tái)燈狀態(tài)為例,，通過(guò)strstr函數(shù)尋找“l(fā)ight=”字符串在響應(yīng)正文中的位置（pcIndxPtr）,，然后將pcIndxPtr加上“l(fā)ight=”的長(zhǎng)度得到臺(tái)燈狀態(tài)字符串的起始地址，進(jìn)而得到臺(tái)燈狀態(tài)并更新,。
3.2 阿里云服務(wù)器程序設(shè)計(jì)
3.2.1 微信請(qǐng)求接口設(shè)計(jì)
微信服務(wù)器把用戶(hù)發(fā)送的消息（文本,、語(yǔ)音、菜單）以XML代碼形式轉(zhuǎn)發(fā)到阿里云服務(wù)器,，轉(zhuǎn)發(fā)的URL為http://139.129.9.166/WeChat/wechat/index.do,，微信請(qǐng)求接口程序流程圖如圖4所示。
具體過(guò)程如下：
(1)請(qǐng)求經(jīng)過(guò)阿里云服務(wù)器的處理后分發(fā)到WeChatController.java文件中的index函數(shù),，此函數(shù)先將XML消息解析成Map,，然后獲取消息的類(lèi)型MsgType：文本、語(yǔ)音,、菜單消息分別對(duì)應(yīng)text,、voice、event,。
(2)根據(jù)消息的類(lèi)型分別路由到不同的函數(shù)進(jìn)行處理：文本,、語(yǔ)音和菜單消息分別對(duì)應(yīng)函數(shù)onText、onVoice,、onEvent,，在這些函數(shù)中獲取不同類(lèi)型數(shù)據(jù)中的微信消息wxMsg，然后判斷wxMsg中是否存在命令信息,，比如開(kāi)臺(tái)燈,、風(fēng)扇狀態(tài)等命令，若存在則將其轉(zhuǎn)換為關(guān)鍵字key,，例如L_ON,、F_STATUS等。
(3)根據(jù)關(guān)鍵字調(diào)用WxAction類(lèi)中相應(yīng)操作函數(shù)：若關(guān)鍵字為L(zhǎng)_ON,，則調(diào)用函數(shù)do_l_on,；如果關(guān)鍵字為F_STATUS，則調(diào)用函數(shù)do_f_status,。
上述操作函數(shù)分為兩種處理方式：若操作為開(kāi)臺(tái)燈等類(lèi)別命令時(shí),，操作函數(shù)首先把命令保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，然后把需要回復(fù)的文本及對(duì)應(yīng)語(yǔ)音URL打包成XML格式回應(yīng)給微信服務(wù)器,；若操作為獲取臺(tái)燈狀態(tài)等類(lèi)型命令時(shí),，操作函數(shù)首先從數(shù)據(jù)庫(kù)里讀取狀態(tài)信息，然后打包回應(yīng)給微信服務(wù)器,。
3.2.2 CC3200數(shù)據(jù)交互接口程序設(shè)計(jì)
CC3200數(shù)據(jù)交互接口程序流程圖如圖5所示,，具體過(guò)程為：CC3200的HTTP-GET請(qǐng)求經(jīng)阿里云服務(wù)器處理后分發(fā)到CC3200Controller.uploadAndGet函數(shù)進(jìn)行處理,，從請(qǐng)求的URL中取出CC3200上傳的溫濕度和天然氣濃度值，存入MySQL數(shù)據(jù)庫(kù),；之后從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取臺(tái)燈等設(shè)備的狀態(tài),，通過(guò)HTTP協(xié)議響應(yīng)給CC3200，從而可以更新設(shè)備狀態(tài),。
3.3 微信公眾號(hào)程序設(shè)計(jì)
微信公眾平臺(tái)上自定義菜單有助于豐富公眾號(hào)的界面,，讓用戶(hù)更好更快地理解公眾號(hào)的功能。自定義菜單接口可實(shí)現(xiàn)多種類(lèi)型按鈕,，比如click按鈕,、view按鈕等[9]。
其中,，用戶(hù)點(diǎn)擊click類(lèi)型按鈕后,，微信服務(wù)器會(huì)通過(guò)消息接口推送消息類(lèi)型為event的結(jié)構(gòu)給阿里云服務(wù)器，并且?guī)习粹o中所填寫(xiě)的key值,，比如臺(tái)燈狀態(tài)等,；用戶(hù)點(diǎn)擊view類(lèi)型按鈕后，微信客戶(hù)端將會(huì)打開(kāi)在按鈕中填寫(xiě)的網(wǎng)頁(yè)URL,，比如本設(shè)計(jì)中用戶(hù)可以通過(guò)點(diǎn)擊公眾號(hào)右下角的“用戶(hù)手冊(cè)”查看該公眾號(hào)如何使用[10]。
4 系統(tǒng)測(cè)試
液晶顯示屏上顯示的信息如圖6所示,，綁定設(shè)備和獲取溫濕度界面如圖7所示,，文本控制臺(tái)燈和語(yǔ)音控制風(fēng)扇界面如圖8所示。
5 結(jié)論
本文將微信公眾號(hào)和內(nèi)置Wi-Fi的CC3200芯片加以結(jié)合,，并利用云服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù),，設(shè)計(jì)了一款云家居交互系統(tǒng)，用戶(hù)使用微信公眾號(hào)即可遠(yuǎn)程控制家居設(shè)備并獲取家居環(huán)境狀態(tài),。
系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于：(1)數(shù)據(jù)處理代碼部署在服務(wù)器上,，系統(tǒng)更新升級(jí)只需在服務(wù)器上進(jìn)行，用戶(hù)不需要進(jìn)行軟件更新,，體驗(yàn)性較好,；(2)將家居設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，使用戶(hù)隨時(shí)都可以對(duì)家居設(shè)備進(jìn)行控制,，實(shí)現(xiàn)了智能化,；(3)將微信和阿里云服務(wù)器巧妙地結(jié)合起來(lái)，為智能云家居提供了一個(gè)良好的范例,。
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作者信息:
高世皓1,，2，王立華2,，朱吉芳3,，周松江4
（1.北京郵電大學(xué) 泛網(wǎng)無(wú)線通信教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100876,；
2.山東科技大學(xué) 電子通信與物理學(xué)院,，山東 青島266590；
3.阿里巴巴集團(tuán),，浙江 杭州311121,；4.北京郵電大學(xué) 信息光子學(xué)與光通信研究院，北京100876）