深度解析：STM32对接米家平台，打造WiFi智能插座（ESP8266、电流检测）

摘要: 智能插座作为智能家居的入门级设备，凭借其低成本、易部署等优势，受到了广大用户的青睐。本文将引领你从零开始，使用功能强大的STM32微控制器、广受欢迎的ESP8266 WiFi模块以及功能丰富的米家IoT平台，一步步打造出一款能够远程控制、定时开关、统计用电量，并完美融入米家生态的智能插座。

关键词: STM32, ESP8266, 米家, 智能插座, 物联网, DIY, 教程

一、 引言

智能家居浪潮席卷而来，智能插座作为基础设备，其市场需求日益旺盛。本文将带领大家使用STM32、ESP8266 WiFi模块，结合米家IoT平台，开发一款可远程控制、定时开关、统计用电量的智能插座，并开源全部代码及设计资料。

二、 项目概述

2.1 功能需求

• 远程控制: 通过米家App或语音助手控制插座开关
• 定时开关: 设置定时任务，自动开启/关闭插座
• 用电统计: 记录用电量，分析用电习惯
• 米家联动: 与其他米家设备联动，实现场景化智能控制

2.2 系统架构

• STM32: 主控芯片，负责控制继电器开关、采集电流数据、与ESP8266通信。
• ESP8266: WiFi模块，负责与米家云通信，接收控制指令。
• 米家云: 提供设备接入、数据存储、远程控制等服务。

三、 硬件设计

3.1 硬件选型

3.2 电路原理图

3.3 电路连接说明

• 将 ESP8266 的 TX、RX 分别连接到 STM32 的 RX、TX，注意交叉连接。
• 继电器控制端连接到 STM32 的 GPIO 引脚，驱动电路根据继电器类型选择。
• 电流传感器 ACS712 的输出引脚连接到 STM32 的 ADC 引脚。

四、 软件开发

4.1 软件架构

4.2 关键代码解析

1. ESP8266 初始化及 WiFi 连接

// 初始化 ESP8266
void ESP8266_Init(void) {
  // 设置串口参数
  UartInit();
  // 发送 AT 指令测试 ESP8266 是否正常
  if (ESP8266_SendCmd("AT\r\n", "OK", 1000)) {
    printf("ESP8266 OK\r\n");
  } else {
    printf("ESP8266 Error\r\n");
    return;
  }
  // 设置 WiFi 模式为 Station
  ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=1\r\n", "OK", 1000);
  // 连接 WiFi
  char cmd[50];
  sprintf(cmd, "AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"\r\n", WIFI_SSID, WIFI_PWD);
  if (ESP8266_SendCmd(cmd, "OK", 5000)) {
    printf("WiFi Connected\r\n");
  } else {
    printf("WiFi Connect Failed\r\n");
  }
}

// 发送 AT 指令
bool ESP8266_SendCmd(char* cmd, char* ack, uint16_t timeout) {
  // 发送指令
  UartSendString(cmd);
  // 等待回复
  return UartWaitAck(ack, timeout);
}

2. 米家设备绑定

• 本项目使用 米家自定义协议 接入，需要在米家开发者平台创建产品和设备，获取到相应的密钥信息。
• 设备绑定过程涉及到数据加密和签名，具体实现可参考米家官方文档。

// 设备绑定
void MIoT_DeviceBind(void) {
  // 构造绑定请求数据包
  MIoT_Packet_t packet;
  packet.cmd = MIOT_CMD_BIND;
  // 填充设备信息和密钥
  // ...
  // 数据加密和签名
  // ...
  // 发送绑定请求
  ESP8266_SendData((char*)&packet, sizeof(packet));
  // 接收绑定回复
  // ...
}

3. 接收控制指令并控制继电器

// 接收控制指令
void MIoT_ReceiveCmd(void) {
  MIoT_Packet_t packet;
  // 接收数据包
  // ...
  // 解析数据包
  switch (packet.cmd) {
    case MIOT_CMD_CONTROL:
      // 控制继电器开关
      if (packet.data.control.power_switch) {
        Relay_On();
      } else {
        Relay_Off();
      }
      break;
    // 其他指令处理
    // ...
  }
}

// 控制继电器
void Relay_On(void) {
  GPIO_SetBits(RELAY_GPIO_PORT, RELAY_GPIO_PIN);
}

void Relay_Off(void) {
  GPIO_ResetBits(RELAY_GPIO_PORT, RELAY_GPIO_PIN);
}

4. 采集电流数据并上报状态

// 采集电流数据
float GetCurrent(void) {
  // 读取 ADC 值
  uint16_t adcValue = ADC_GetValue(ADC1, ADC_Channel_1); // 假设使用ADC1的通道1

  // 将 ADC 值转换为电压值
  float voltage = adcValue * (3.3 / 4095); // 假设参考电压为3.3V

  // 根据传感器规格将电压值转换为电流值
  // 例如，对于 ACS712，电流值 = (电压值 - 2.5) / 0.185
  float current = (voltage - ACS712_VREF) / ACS712_SENSITIVITY; 

  return current;
}

// 上报设备状态
void MIoT_ReportStatus(void) {
  // 构造状态数据包
  MIoT_Packet_t packet;
  packet.cmd = MIOT_CMD_REPORT;
  
  // 填充设备状态数据
  packet.data.status.power_switch = (Relay_GetState() == 1); // 继电器状态，建议使用布尔值
  packet.data.status.current = GetCurrent();
  
  // 数据加密和签名
  MIoT_EncodeData(&packet); 

  // 发送状态数据包
  ESP8266_SendData((char*)&packet, sizeof(packet));
}

// 示例函数： 获取继电器状态
bool Relay_GetState(void) {
  // 读取继电器控制引脚的电平状态
  if (GPIO_ReadOutputDataBit(RELAY_GPIO_PORT, RELAY_GPIO_PIN) == 1) {
    return true; // 继电器闭合，插座通电
  } else {
    return false; // 继电器断开，插座断电
  }
}

// 示例函数: 使用 ESP8266 发送数据
bool ESP8266_SendData(char* data, uint16_t len) {
  // 通过串口发送数据到 ESP8266
  // ...
  // 检查发送是否成功
  // ...
}

代码说明:

• GetCurrent() 函数：
  • 使用 STM32 的 ADC 模块读取电流传感器 ACS712 的模拟电压值。
  • 根据传感器规格书，将读取到的 ADC 值转换为实际电流值。
• MIoT_ReportStatus() 函数：
  • 构造符合米家自定义协议的状态数据包。
  • 调用 GetCurrent() 函数获取当前电流值。
  • 调用 Relay_GetState() 函数获取继电器状态。
  • 对数据进行加密和签名，确保数据安全。
  • 通过 ESP8266 将状态数据包发送到米家云平台。

注意:

• 以上代码仅供参考，实际开发中需要根据所选硬件和米家平台的要求进行调整。
• 请务必仔细阅读相关芯片手册和米家开发文档，确保代码的正确性和安全性。

五、 米家平台接入

1. 登录米家开发者平台，创建智能插座产品和设备。
2. 选择自定义协议接入方式，定义设备模型，添加属性和方法。
3. 在代码中实现设备绑定、状态上报、指令接收等功能，并对接米家云平台 API。
4. 完成开发后，进行测试和调试，确保设备能够正常连接米家 App 并实现预期功能。

六、 总结与

本文介绍了基于 STM32 和 ESP8266 的智能插座的设计与实现，并详细讲解了硬件电路、软件架构、关键代码以及米家平台接入流程。通过本文，读者可以快速掌握智能插座开发的基本方法，并在此基础上进行功能扩展和创新。