基于WIFI的教室灯光远程控制系统

张凯轩　刘利平　尉蕾

摘要：随着各类大、中专院校的扩招，教室的扩建，教室照明的需求也越来越多，而教室照明的管理不到位，造成学校电能浪费，经济损失。为了解决这个问题，开发出基于WIFI技术的远程灯控系统，本文旨在通过远程WIFI技术借助移动设备实现对学校教室灯光的开，关，查看等基本功能。从而降低教室照明管理不到位问题。本实验主要通过手机，电脑在广域网下随时控制单片机（STM32）端led灯的亮灭来模拟控制学校各楼栋，楼层的灯光的实际情况。

关键词：WIFI技术 移动设备 广域网

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0026-01

随着社会经济和科学技术的发展，人们的生活水平的不断提高，导致用电负荷的加剧，能源缺乏已成为世界所面临的严峻问题。Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术，它是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance）所持有，目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性，WiFi在掌上设备上应用越来越广泛，而智能手机就是其中一份子。考虑到当下移动电子产品中普及率最高的为笔记本电脑和智能手机，因此开发出了对应的电脑客户端软件与手机客户端软件，让用户随时可以通过自身的手机，电脑利用WIFI技术连接网络与控制端通讯，从而达到远程控制教室灯光目的。

1 硬件电路设计

1.1 硬件电路简介

在本次试验中硬件部分主要有STM32ZET6，ESP8266，LED灯，按键。其中以主控芯片（STM32）作为控制核心，搭载ESP8266无线转串口模块，通过串口通讯将网络模块与路由器连接，再通过配置路由器从而实现在广域网下与客户端软件进行通讯目的，从而实现客户端软件时时可控的目的。

1.2 硬件电路设计

先通过洞洞板调试搭建简单电路用于调试控制端程序，再通过Altium Designer软件绘制PCB电路板，再将元器件焊接到PCB电路板上从而完成整个电路部分的设计。

2 软件程序设计

2.1 单片机端

单片机端主要以编程方式控制STM32单片机串口发送AT指令到ESP8266网络模块，然后通过路由器配置与远程移动设备进行通讯。从而接受到远程客户端发来的指令，经过指令接受对比，实现对外设的操作，再将指令执行情况通过网络芯片反馈给远程客户端。

2.2 Windows客户端

通过Java语言编写简单客户端界面，从而达到控制控制端的目的。本次试验中利用JAVA编写的程序界面。在该界面中主要有文本框，复选框，文本区域，按钮灯控件，通过用户选择操作对象（楼层，楼栋）然后点击按钮，触发按钮的监控事件，从而向用户输入输入控制端IP的设备进行发送指令，发送成功后，并等待控制端返回指令，然后将返回信息反馈到文本框或者文本区域中供用户查看，从而让用户对控制端状况了如指掌。

2.3 Android客户端

手机是现在社会最为流行的电子产品，几乎没人都有自己的智能手机，因此借助智能手机这个工具，通过JAVA编程技术编写简单手机APP从而让用户利用手机联网控制教室楼层灯光的开启，关闭，查看等功能，从而实现时时可控的目的。

3 路由器配置

3.1 ESP8266绑定IP

每个可以上网的设备都有一个唯一的标示。我们可以利用这一信息来实现网络芯片连接路由器的时候让路由器分配给他一个固定的内网IP。因为我们的要求是可以通过广域网来实现灯的控制，因此我们需要访问路由去端公网IP，让路由器将我们发送的信息传送给固定内网IP的设备（ESP8266），通过这种方式来实现广域网通讯。操作过程主要通过查询资料，或者借助路由器客户端显示信息找到ESP8266的MAC地址，然后通过路由器界面中DHCP服务下的静态IP地址分配功能，新建条目，将ESP8266在该路由器下绑定制定IP。

3.2 端口映射

手机通过访问路由器端的公网IP地址，实现将指令发送到路由器功能。由于路由器的设置问题，默认不会将外网发送来的数据包传送给路由器下的设备。这就不能实现我们所需的功能。因此我们需要配置路由器中的端口映射功能来实现。简单地说端口映射就是将外网传给路由器的数据包转发到指定的内网IP设备下。因此我们需要做的就是将ESP8266这个设备先绑定固定的内网IP，然后配置一下路由器中的端口映射功能即可。操作过程主要是先将ESP8266绑定该路由器下的一个固定的内网IP，然后点击路由器界面下的端口映射新建条目，将对应信息输入进去，使该条目基础与可用状态即可。

3.3 动态域名解析

由于各种原因路由器可能会断电然后在重启，而重启后路由器的外网IP会发生变化，这就对程序编写造成了很大的难度，不过路由器中提供了动态域名解析（DDNS）的服务。我们只要按照路由器中的提示配置好路由器即可使用此功能。动态域名解析说简单点就是能将路由器的时时得IP与一个固定的域名挂钩。这样我们在程序中建立socket服务时，将IP换成这个固定的域名即可解决上述问题。因此我们需要在路由器中找到动态域名解析选项。然后打开，会发现里面有路由器提供的动态域名解析服务。所以我们只要去路由器上提供的网址注册账号，然后在路由器中输入账号密码即可以实现动态域名解析功能。从而达到广域网控制目的。

4 结语

本实验以STM32F103ZET6为核心控制器，利用远程WIFI通讯技术将移动设备上的客户端软件与单片机控制端有机的结合起来。通过移动端软件发送相应命令到控制端，控制端检测到命令后执行相应代码。再将执行情况反馈给客户端用于客户端显示给用户，以便用户知道命令是否执行成功。从而通过实验成功模拟了通过远程WIFI技术控制教室灯光的实际情况。

参考文献

[1]刘军.例说STM32[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[2]Joseph Yiu，宋岩（译）Cortex-M3权威指南[M].北京航空航天大学出版社，2009.

[3]李宁.基于MDK的STM32处理器应用开发[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.