Funpack2-3 ESP32-E 任务五：家庭安防系统

内容介绍

摘要

本文主要内容包括: 使用 DFRobot FireBeetle ESP32-E 开发板实现以下功能,

DHT11传感器、模拟声音传感器的数据读取。
当声音响度阈值时触发警报并启动警报器。
MQTT通信并上传数据到Adafruit 平台，实现在物联网平台上的数据汇总显示。

本文介绍的内容对应于 Funpack第二季第三期活动规则中的任务五：

用FireBeetle ESP32-E开发板为控制单元的智能家居及物联网信息显示控制项目。

建议搭配：声/光/气/液等传感器 + 电机/继电器等执行器等硬件配合完成。

此外，此任务中声音传感器来自于DFRobot

一、基本功能拆分：

如上图所示为整个系统的连接示意图，对工作内容进行拆分，得到如下几个部分：

读取DHT11 传感器的温湿度数据。
对模拟声音传感器数据进行读取。
对模拟声音传感器的数据进行判断，如果超过阈值则触发警报器发出警报声
利用Adafruit平台实现MQTT通信，实现周期性上传数据至Adafruit 物联网数据平台。
在Adafruit平台创建dashboard，展示温湿度和警报器状态。
发出警报后实现警报器远程解除并重置，

整个系统实物图：

FtW6ccBR-wm2cz2lt7J2bazmleQ7

二、功能实现：

1.读取DHT11 传感器的温湿度数据

配置dht11数据输出引脚为 D12, 为了更方便读取数据，引用 dht11库文件，直接调用read方法读取数据。这部分功能的代码如下：

#include <dht11.h>

dht11 DHT11;//定义传感器类型
#define DHT11PIN D12//定义传感器连接引脚


DHT11.read(DHT11PIN); //更新传感器所有信息
Serial.print("当前湿度 (%): ");
Serial.println((float)DHT11.humidity, 2);

Serial.print("当前温度 (℃): ");
Serial.println((float)DHT11.temperature, 2);

2. 对模拟声音传感器数据进行读取

此处使用的传感器为： Gravity: 模拟声音传感器(Arduino兼容) 由DFRobot 生产，此传感器可以将声音响度转换为模拟电压值，电压值代表声音的大小。使用ESP32配置模拟io，直接读取模拟量即可。对应部分程序如下：

  int val;
  val=analogRead(A1);   //connect mic sensor to Analog 1
  Serial.print("Voice level : ");
  Serial.println(val,DEC);//print the sound value to serial
  Serial.print(" \r\n ");

3. 对模拟声音传感器的数据进行判断，如果超过阈值则触发警报器发出警报声

前一步已经读取了声音的强度对应的模拟输出量，在这里加以判断，并配置数字引脚D9为输出引脚。当判断声音强度对应输出数值大于20时，把数字输出拉高，警报器即可发出警报声。此项目中使用的警报器只需要接入电源即可发出警报。

pinMode(D9, OUTPUT);     // Define the pin of alarm as input pin

if(val>20){
     voice_high=1;
    digitalWrite(D9, HIGH);
    Serial.println("alarm high\n");
         }
else{
    voice_high=0;
                   }

4. 利用Adafruit平台实现MQTT通信，实现周期性上传数据至Adafruit 物联网数据平台。

这部分的功能实现基于Adafruit IO平台，此平台提供免费的MQTT服务器和显示面板(dashboard)，设定数据源（feeds）和格式后即可配置面板上的显示模块，实时更新数据。

唯一的缺点是，由于是免费的平台，Adafruit 限制了MQTT topic 的数量（Feeds: 10）和每分钟可以发送的数据量（30 / minute）。但是可以理解，毕竟是免费的，而带宽和流量是实打实要花钱的。

Adafruit 的MQTT的官方文档链接在这里，简要的来说，用户名就是账户的用户名，密码是单独的 Adafruit IO Key，服务器地址：io.adafruit.com 连接端口：1883 （不安全）

使用EspMQTTClient实现MQTT通信，连接配置如下所示：

#include "EspMQTTClient.h"

EspMQTTClient client(
  "WIFI-SSID",
  "WIFI-PWD",
  "io.adafruit.com",  // MQTT Broker server ip
  "user name",   // Adafruit的用户名
  "aio_*************",   // IO Key
  "Device ID",     // Client name that uniquely identify your device
  1883              // The MQTT port, default to 1883. this line can be omitted
);

向Adafruit 平台上传数据只需要指定Topic和Payload即可

 client.publish("username/feeds/topic", "Payload");

需要注意的是，发布的Topic是由具体格式要求的，必须是 username/feeds/topic 这个格式，否则不会在面板上显示。但是可以在平台的log里面查看到具体的警告和报错，遵循提示修改程序即可。

面板的配置很简单，将对应的数据与面板显示控件链接即可实现数据的刷新。

如下图所示，即为配置好的显示面板，包括温湿度和警报系统状态，以及一个开关，可以实现远程设防和接触警报。

FmM3HydcvxS7LcZWnxAFNALy4o5J

5. 发出警报后实现警报器远程解除并重置

这部分的逻辑实现依靠对于系统状态的转换来实现，控制面板上的开关切换状态后，将发布消息至ESP32，ESP32接收到开关切换后的状态后，在本地切换状态变量实现系统在不同状态（常规状态、警报发出、警报被关闭）间的转换。

client.subscribe("username/feeds/alarm_mode", [](const String & payload) {
    if (payload=="ON"){
      mode=1;
    client.publish("username/feeds/notification", "已设防");
    }
    else{
      mode=3;
      digitalWrite(D9, LOW);
       client.publish("username/feeds/notification", "已解除设防");
         }
     });

三、对本活动的心得体会:

Funpack活动办的真的很不错，又是一年即将过去，希望funpack活动在2023年办的更好！