【嵌入式】ESP_01S智能家居：可二次开发式智能灯控/门禁，勾勒智能生活新图景

每文一诗 💪🏼

操千曲而后晓声，观千剑而后识器。 ——《文心雕龙·知音》

译文：掌握很多支乐曲之后才能懂得音乐，观察过很多柄剑之后才懂得如何识别剑器。

背景自述

由于最近搬了一个新的房间，来回的用钥匙开门，手动开灯十分的烦人，所以就想做一个简单的智能家居项目，做一个智能门禁和智能灯孔开关，通过手机app远程控制门的上锁与灯的开关，这样就不用再麻烦用钥匙开门和用手开关灯了。在选择开发板时，我想选择一个体积较小并且具有wifi功能的单片机，ESP_01S这个芯片就是十分不错的选择。

同样这也是我第一次画pcb和嘉立创打样，因为用杜邦线连接的话即乱又不美观，第一次可能画的不好，不过没关系，经历最重要🤠，以上所有的花销控制在20元以内。

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展示

🔥esp01s烧录调试器

🔱智能门禁与智能灯控

🌴单片机+电源+摇杆三体分离可组装，可单独开发单片机功能。

由于打印机有些拉胯，打印的质量不太好😂

ESP_01S芯片介绍

ESP01S 是安信可科技开发的基于 ESP8266 芯片的 Wi-Fi 模块，常用于物联网和嵌入式应用

ESP01S 芯片共有 8 个引脚，以下是各引脚的详细介绍：

GND（引脚 1）：接地引脚，为芯片提供电气参考电位，确保电路稳定工作。
IO2（引脚 2）：多功能引脚，可作为通用输入输出引脚 GPIO2 使用，也可用于 UART1_TXD 功能，还能用于 I2C 通信中的 SDA 线以及 I2S0_BCK 功能。
IO0（引脚 3）：具有多种功能，作为 GPIO0 时，在芯片启动时，若该引脚为悬空或外部拉高，则进入 Flash 下载模式或工作模式；若为下拉状态，则进入串口下载模式
RXD（引脚 4）：主要用于接收异步串口数据，是 UART0_RXD 引脚，同时也可作为 GPIO3 使用。
TXD（引脚 5）：用于发送异步串口数据，是 UART0_TXD 引脚，也可作为 GPIO1 使用。
EN（引脚 6）：芯片使能端，高电平有效，当该引脚为高电平时，芯片正常工作；为低电平时，芯片不工作。
RST（引脚 7）：复位引脚，低电平有效，当该引脚接收到低电平时，芯片将进行复位操作，恢复到初始状态。
VCC（引脚 8）：模块供电引脚，电压范围为 3.0V 至 3.6V，为芯片提供工作电源，外部供电电源输出电流建议在 500mA 以上。

设计/需求分析

🌱由于ESP_01S烧录模式需要将GPIO0下拉，所以板子上需要用短接帽的方式来解决，另外要外接舵机的话，为了方便调试，要预留出几排gnd，vcc，signal，芯片烧录当然还需要ch340驱动，所以就买了usb转ttl芯片，芯片供电就通过这个usb来得到3.3v和5v电压。

电源采用的是一个充放电芯片+18650锂电池。

ESP_01S烧录调试器PCB板设计

原理图

EN引脚默认是高电平，芯片使能;RST复位端没接。

🍎功能：可通过短接帽进入烧录/工作模式，可直接接电脑usb进行串口通信，提供多个舵机端接口，方便调试。

PCB/2D,3D,实物图

花销

🫰🏼零件：usb转ttl+esp01s+排针+排母+pcb板共大约10元（排针和pcb（免费打样）都是免费的，炫学校的😁）

ESP_01S连接WIFI并启用Udp通信服务器

使用Arudino IDE，芯片选择esp82666

#include <WiFiUdp.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
WiFiUDP udp;
const char*  ssid = "xxx";
const char* password = "88888888";
void setup() {Serial.begin(921600);WiFi.mode(WIFI_STA);pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);WiFi.begin(ssid, password);while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {delay(500);Serial.print(".");}Serial.println("");Serial.println("WiFi connected");Serial.println("IP address: ");Serial.println(WiFi.localIP());udp.begin(8899);}

解析：

WiFiUDP udp：实例化一个udp对象

pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT):设置板子上led灯为输出模式

ssid为当前WiFi名称，password为当前WiFi密码。

WiFi.mode(WIFI_STA)：使用STA模式

WiFi.begin(ssid, password)：连接wifi

Serial.println(WiFi.localIP())：打印udp服务器的IP地址。

udp.begin(8899)：udp服务器端口为8899

通信方式

⚡ 这里为什么使用udp呢,是因为udp在通信时是不需要连接的，可以直接通信，另外这里我只是采用了单向的通信，即开环，我只需要用手机向单片机发送数据即可，不需要单片机的反馈。

单片机端使用udp服务器循环接收手机客户端的控制数据，此时手机控制端是主动的，而单片机端是被动的，即什么时候开关门和开关灯是有手机端决定的，符合客户端请求服务器响应的模式，客户端提交数据，服务端响应 是最常见的网络通信模式，尤其是在 请求-响应模型（Request-Response Model）。

由于ESP_01S的引脚较少，所以智能门禁和智能灯控采用了两个单片机，即多个服务器，一个客户端的方式，一个手机客户端可以通过获取多个服务器在局域网下的IP地址来与其通信，属于分布式通信的一种形式

ESP_01S控制舵机

无论是智能门禁还是智能灯控，二者都是依靠舵机实现的。

智能门禁是通过大扭矩舵机配合两个齿轮来完成旋转开锁与上锁。
智能灯控就是一个舵机加上一个杆子来按动灯的开关完成的。

包含头文件#include <Servo.h>

在setup()函数中添加

Servo myservo;//实例化舵机对象
myservo.attach(2);//设置舵机的信号输出引脚为gpio2

loop()函数

void loop() {// put your main code here, to run repeatedly:char bytes[100] = {};static int k =0;String aim_buffer = "";if(udp.parsePacket()){digitalWrite(LED_BUILTIN,HIGH);delay(150);digitalWrite(LED_BUILTIN,LOW);delay(150);size_t len = udp.readBytes(bytes,100); if(len>0){for(size_t i=0;i<len;i++)aim_buffer+=bytes[i];}//打印数据Serial.println(aim_buffer); //控制开锁和关锁if(aim_buffer == "open")myservo.write(180);else if(aim_buffer == "close")myservo.write(0);else myservo.write(aim_buffer.toInt());}aim_buffer = ""; }

loop函数实现的就是收到udp客户端消息之后LED灯闪烁，并将发来的数据解析，然后转为整数发送到GPIO2引脚，进而控制舵机转动。

全部代码：

#include <WiFiUdp.h>
#include <Servo.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
WiFiUDP udp;
const char*  ssid = "杂物房";
const char* password = "88888888";
const char* host = "192.168.68.149";
Servo myservo;
void setup() {// put your setup code here, to run once:Serial.begin(921600);pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);myservo.attach(2);	WiFi.mode(WIFI_STA);WiFi.begin(ssid, password);while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {delay(500);Serial.print(".");}Serial.println("");Serial.println("WiFi connected");Serial.println("IP address: ");Serial.println(WiFi.localIP());udp.begin(8899);}void loop() {// put your main code here, to run repeatedly:char bytes[100] = {};static int k =0;String aim_buffer = "";if(udp.parsePacket()){digitalWrite(LED_BUILTIN,HIGH);delay(150);digitalWrite(LED_BUILTIN,LOW);delay(150);size_t len = udp.readBytes(bytes,100); if(len>0){for(size_t i=0;i<len;i++)aim_buffer+=bytes[i];}//打印数据Serial.println(aim_buffer); //控制开锁和关锁if(aim_buffer == "open")myservo.write(180);else if(aim_buffer == "close")myservo.write(0);else myservo.write(aim_buffer.toInt());}aim_buffer = ""; }