基于ESP8266的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)

1、基于ESP8266的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)Design of Network Clock Based on ESP8266摘要隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，科學(xué)研究技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程領(lǐng)域繼續(xù)深入，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)入了日新月異的程度，使用WiFi技術(shù)對(duì)智能設(shè)備的無線控制已經(jīng)成為可能，大大的方便人們?cè)谌粘Ｉ畹囊率匙⌒?，提高了人們的生活水平。ESP8266芯片是具有內(nèi)置WiFi功能的微型開發(fā)版，對(duì)于現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，有著不可替代的作用。該文介紹了現(xiàn)如今我們所處的科技背景，以及國(guó)內(nèi)外對(duì)該芯片的研究現(xiàn)狀，ESP8266的基本工作原理，和在設(shè)置和創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘的過程中，需要和涉及到的重要硬件部件，SNTP、

2、OLED顯示屏、蜂鳴器及其組成部分、工作原理和工作方式。也介紹了要實(shí)行網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘所需要的軟件環(huán)境及其基本組成和選擇理由，服務(wù)器用于智能運(yùn)行定時(shí)器的設(shè)計(jì)主要基于的操作系統(tǒng)。最后總體設(shè)計(jì)所需要的WiFi模板的控制模板及系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)，和最后對(duì)該設(shè)計(jì)領(lǐng)域的展望和設(shè)想。關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘；無線控制；自動(dòng)較正AbstractWith the progress of the society, the rapid development of science technology, computer science and engineering field further, the extent of the

3、Internet of things technology has entered a rapid, the wireless control of the intelligent equipment using wi-fi technology has become possible, greatly convenient for people in the daily life of daily life, improve the people's standard of living. ESP8266 chip is a miniature development version

4、 with built-in WiFi function, which plays an irreplaceable role in the development of Internet of things technology at the present stage. This paper introduces the technology background we are in now, as well as the research status of the chip at home and abroad, ESP8266 basic working principle, and

5、 in the process of setting and creating the network clock, the need and involved important hardware components, SNTP, OLED display, buzzer and its components, working principle and working mode. It also introduces the software environment needed to implement the network clock and its basic compositi

6、on and selection reasons. Finally, the control template and system detailed design of the WiFi template required by the overall design, as well as the prospect and assumption of this design field.Keywords network clock wireless control automatic correction目 錄摘要IAbstractII目錄III1.緒論 1.1設(shè)計(jì)背景、目的及意義 1.2國(guó)

7、內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.3本文設(shè)計(jì)安排 1.4預(yù)計(jì)結(jié)果2.基于ESP8266的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘總體設(shè)計(jì)方案2.1 時(shí)鐘設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程2.2 設(shè)計(jì)ESP8266的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘總體設(shè)計(jì)方案的確立 2.2.1 ESP8266的優(yōu)勢(shì) 2.2.2 SNTP的工作方式2.3總體設(shè)計(jì)框架及設(shè)計(jì)原理 2.3.1總體設(shè)計(jì)框架 2.3.2設(shè)計(jì)原理2.4本章小結(jié)3 軟件 3.1 arduino 3.1.1 arduino簡(jiǎn)介 3.1.2基本組成 3.1.3優(yōu)點(diǎn) 3.2 altium4 手機(jī)App 4.1 用Java語言編寫 4.2 手機(jī)App的程序研發(fā)5 無線數(shù)據(jù)傳輸通信 5.1 ESP8266接入物聯(lián)網(wǎng)鏈路模型 5.2 WiFi數(shù)

8、據(jù)傳輸具體流程 5.3無線傳輸測(cè)試 6結(jié)論與展望6.1結(jié)論6.2展望參考文獻(xiàn)致謝22基于ESP8266的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)1. 緒論1.1設(shè)計(jì)背景、目的及意義背景：時(shí)鐘同步問題來源于計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程領(lǐng)域,主要是用來解決多個(gè)計(jì)算機(jī)時(shí)鐘不一致的問題。即使在初始狀態(tài)時(shí)把每個(gè)時(shí)鐘調(diào)到非常精確的一致，在一段時(shí)間的運(yùn)行之后時(shí)鐘也會(huì)不同步，這是由于時(shí)鐘以不同的頻率運(yùn)行，所產(chǎn)生的時(shí)鐘漂移不斷地積累所導(dǎo)致的。手機(jī)的系統(tǒng)內(nèi)部要求各手機(jī)之間保持較為準(zhǔn)確的時(shí)間同步。例如,查看不同計(jì)算機(jī)的日志信息時(shí),需要統(tǒng)一的時(shí)間;一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備重新啟動(dòng)后時(shí)間將恢復(fù)到初始值,需要從網(wǎng)絡(luò)上重新配置準(zhǔn)確的時(shí)間。尤其是一些工業(yè)控制領(lǐng)域,對(duì)被控制對(duì)

9、象的時(shí)間同步的精確度提出了更高的要求。而因?yàn)橹悄芸刂萍夹g(shù)的日新月異， 讓W(xué)iFi 芯片用來遠(yuǎn)程智能控制家電系統(tǒng)，使得我們創(chuàng)新了智能家居，提高了我們的生活水平質(zhì)量，尤其是 ESP8266 WiFi 芯片，由于其成本低、性能好，得到了廣泛的運(yùn)用。現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘都是以紅外遙控的方式進(jìn)行時(shí)鐘控制，絕大多數(shù)并不可以同步時(shí)間。在使用 ESP8266 WiFi 芯片之后，使得自動(dòng)調(diào)整時(shí)間成為可能，以獲得正確的時(shí)間。在睡覺前，通過手機(jī)手機(jī)時(shí)間的設(shè)定，使得手機(jī)時(shí)間時(shí)時(shí)刻刻保持準(zhǔn)確。目的及意義：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，科學(xué)研究技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程領(lǐng)域繼續(xù)深入，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)入了日新月異的程度，使用WiFi技

10、術(shù)對(duì)智能設(shè)備的無線控制已經(jīng)成為可能，大大的方便人們?cè)谌粘Ｉ畹囊率匙⌒校岣吡巳藗兊纳钏?。ESP8266芯片是具有內(nèi)置WiFi功能的微型開發(fā)版，對(duì)于現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，有著不可替代的作用。有著一個(gè)精確的系統(tǒng)時(shí)間，對(duì)我們來說非常重要，如今生活在信息化的時(shí)代，不精確的系統(tǒng)時(shí)間，對(duì)系統(tǒng)的安全和應(yīng)用軟件的正常運(yùn)行，會(huì)有著或多或少的影響，特別是那些對(duì)時(shí)間有著精確的要求的應(yīng)用或者設(shè)備，可能會(huì)造成不可挽回的損失和后果，比如服務(wù)器，幾臺(tái)服務(wù)器之間的時(shí)間誤差，也就是相對(duì)時(shí)間的重要性要大于絕對(duì)時(shí)間的重要性，所以對(duì)于這些設(shè)備來說，網(wǎng)絡(luò)同步時(shí)間，是非常重要或必須的要求，本設(shè)計(jì)是為了解決一些對(duì)時(shí)間有著嚴(yán)格要求的

11、設(shè)備或服務(wù)器在校準(zhǔn)時(shí)間上遇到各種問題的情況，不需要人為的調(diào)整，因?yàn)槿藶榈恼{(diào)整不僅消耗人力，而且會(huì)有著不可避免的誤差存在。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外大多數(shù)采用了NTP 協(xié)議，一位美國(guó)大學(xué)教授在那時(shí)成功研究出了 NTP 協(xié)議的 3個(gè)版本。如今，NTP 協(xié)議在實(shí)際中主要是用在調(diào)整設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘和其他的時(shí)間源的同步作為正確的時(shí)間，比如電話和無線電，客戶端也可作為服務(wù)器，在區(qū)域網(wǎng)內(nèi)甚至可以精確到微秒。常見的 NTP 配置會(huì)添加數(shù)個(gè)冗余服務(wù)器和不相同的網(wǎng)絡(luò)路徑，目的是更加的準(zhǔn)確和可靠。特別是在商業(yè)流域中，對(duì)于一切的維護(hù)、故障診斷設(shè)備的取證工作，最為有用的證據(jù)是精確的時(shí)間戳記錄是用來處理爭(zhēng)端，尤其是在使用有關(guān)

12、于有價(jià)值的時(shí)間敏感的商業(yè)交易時(shí)。比如，在編程環(huán)境中，時(shí)間戳信息會(huì)被用來定義何種代碼需要用作一個(gè)相對(duì)依賴的檢驗(yàn)過程被重建，因此就關(guān)系到其他代碼上的時(shí)間戳記錄，當(dāng)一個(gè)完整的開發(fā)過程中缺少時(shí)間戳記錄，極容易終止這個(gè)運(yùn)行過程。而在執(zhí)行過程中，一個(gè)正確的時(shí)間戳可作為證據(jù)在研究犯罪過程中，對(duì)于有關(guān)分布式通信事件的研究。換句話說，在該過程中的調(diào)試、安全、審計(jì)和授權(quán)都必須基于事件相關(guān)性的驗(yàn)證，必須知道哪一方出現(xiàn)了什么樣的問題，這其中包含這事件是以何種方式發(fā)生的，這些都需要依賴于良好的時(shí)間同步。所謂授時(shí)，是指確定地保持某種時(shí)間的尺度，并通過某種方法把時(shí)間傳送出，供應(yīng)用者使用的整個(gè)過程。由于社會(huì)和科技的飛速發(fā)展，

13、授時(shí)的精度不斷增加，規(guī)模也不斷擴(kuò)大，而且授時(shí)即時(shí)間服務(wù)的優(yōu)劣影響到社會(huì)生產(chǎn)和人類生活的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。 目前，現(xiàn)代獲得授時(shí)方法主要有電視授時(shí)、無線電授時(shí)、電話授時(shí)、Internet 授時(shí)、 專用電臺(tái)授時(shí)（長(zhǎng)波和短波）、衛(wèi)星授時(shí)等，每一種授時(shí)方法都提供不同精度、成本 和獲取難易程度，方便不同需求的應(yīng)用獲取時(shí)間27 。不同授時(shí)方法之間相互補(bǔ)充，比如電視、電話、網(wǎng)絡(luò)、長(zhǎng)波、短波這五種授時(shí)方法，前三種不需要單獨(dú)建立傳輸設(shè)備， 而后兩種必須依賴專門的電臺(tái)，主要用于導(dǎo)航和定位，傳遞時(shí)間頻率信號(hào)。我國(guó) 的“北 斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也具有授時(shí)的功能，實(shí)現(xiàn)的原理就是基于多個(gè)電臺(tái)基站，已經(jīng)于 2011 年 12 月 27

14、日對(duì)中國(guó)及其周邊地區(qū)提供授時(shí)服務(wù)。時(shí)鐘同步問題來自計(jì)算機(jī)科學(xué)和工程領(lǐng)域。當(dāng)多臺(tái)計(jì)算機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘需要同步時(shí)，問題就變得復(fù)雜起來。即使在初始化時(shí)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)都是精確統(tǒng)一的，事實(shí)上，由于各臺(tái)計(jì)算機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘的運(yùn)行頻率有差異，即便是很微小的相差在運(yùn)行了一段時(shí)間以后，所累計(jì)時(shí)鐘的漂移必然會(huì)導(dǎo)致真實(shí)時(shí)鐘不同。但是，對(duì)于金融法律事務(wù)、交通運(yùn)屬、涉及分布式資源分配系統(tǒng)以及其他的相關(guān)應(yīng)用都需要準(zhǔn)確可靠的時(shí)間作為保證。1.3本文設(shè)計(jì)安排 2. 基于ESP8266的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘總體設(shè)計(jì)方案2.1 時(shí)鐘設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程鐘表是一種計(jì)時(shí)儀器?？煞譃?個(gè)階段，在天文場(chǎng)景計(jì)時(shí)階段，人類使用的最早的計(jì)時(shí)儀器是根據(jù)太陽的射影長(zhǎng)度和方向來

15、判斷時(shí)間的。前者被稱為圭表，用來測(cè)量白天到中間、四季和方位角之間的時(shí)間，后者被稱為日晷，用來測(cè)量時(shí)間。兩者統(tǒng)稱為太陽鐘。這種太陽鐘，有它使用的局限性，比如在陰天或夜間就會(huì)失去效用。為此，人們發(fā)明了漏壺、沙漏、油燈鐘、蠟燭鐘等計(jì)時(shí)儀器。公元一世紀(jì)左右有一個(gè)沙漏，也叫沙鐘。它用沙子從一個(gè)容器漏到另一個(gè)洞來計(jì)算時(shí)間。通常用于測(cè)量時(shí)間周期，如一刻鐘、半小時(shí)等。雖然這些時(shí)鐘的計(jì)時(shí)精度很低，但能夠適應(yīng)當(dāng)時(shí)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，滿足人們生活的需要。1582年，伽利略發(fā)現(xiàn)了鐘擺的等時(shí)原理，為年代學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)?；莞估觅だ园l(fā)現(xiàn)的原理制造了世界上第一個(gè)鐘擺鐘。1675年，惠更斯第一次成功地使用了時(shí)鐘上的秋千絲。

16、由于這兩大發(fā)明，即鐘擺頻率和擺動(dòng)輪線振蕩系統(tǒng)作為時(shí)間參考，大大提高了時(shí)鐘的行程時(shí)間精度，減小了時(shí)鐘的形狀和尺寸。這時(shí)，小型懷表開始流行起來。鐘表技術(shù)的另一大發(fā)展是越軌裝置的改進(jìn)。1670年，W·克萊門特發(fā)明了倒車機(jī)構(gòu)，提高了鐘的行程時(shí)間精度。這種機(jī)制仍然在今天的一些單擺鐘中使用。1715年，格雷厄姆發(fā)明了一種直逃逸裝置。它能使鐘在接近平衡位置時(shí)受到?jīng)_擊，但在擺動(dòng)到其他部位時(shí)只會(huì)受到輕微的摩擦。它彌補(bǔ)了后向機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)，大大提高了時(shí)鐘的行程時(shí)間精度。1840年，貝恩發(fā)明了電鐘，并在鐘表領(lǐng)域開創(chuàng)了電子技術(shù)的應(yīng)用。自那以后，電子鐘得到了迅速的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微電子技術(shù)開始引入鐘表。

17、采用調(diào)諧叉振蕩器和石英諧振器作為定時(shí)器的時(shí)基。1922年，W.G.卡迪首先使用石英晶體作為頻率標(biāo)準(zhǔn)。1929年, 英國(guó)W.A.莫里森將石英晶體應(yīng)用于定時(shí)制造環(huán)形石英晶體定時(shí)器。1938年，英國(guó)國(guó)家物理研究所。埃森改進(jìn)了石英鐘，使其比切特天文鐘更精確。1970年，美國(guó)漢密爾頓公司開發(fā)了一種數(shù)字石英電子表(第四代電子表)。它采用發(fā)光二極管(LED)作為顯示器件.同年，瑞士和日本開發(fā)了用于液晶顯示器的數(shù)字石英電子表。新型電子表的行程時(shí)間精度比機(jī)械表高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，表明時(shí)鐘技術(shù)已達(dá)到一個(gè)新的高度。同時(shí)，它也標(biāo)志著現(xiàn)代手表工業(yè)實(shí)際上已經(jīng)成為微電子技術(shù)、電子技術(shù)和精密機(jī)械緊密合作的典型產(chǎn)業(yè)之一。到目前為止我

18、們已經(jīng)在微電子時(shí)鐘鄰域取得了較為明顯的成果，但科學(xué)發(fā)展的腳步不會(huì)停駐，我們對(duì)電子時(shí)鐘的創(chuàng)新和深入會(huì)日新月異。2.2 設(shè)計(jì)ESP8266的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘總體設(shè)計(jì)方案的確立 目前，電子鐘的發(fā)展趨勢(shì)是體積越來越小，功能越來越強(qiáng)大，如增加定時(shí)控制、鬧鐘、即時(shí)計(jì)時(shí)等功能，所設(shè)計(jì)的電子鐘的外觀更加美觀時(shí)尚。隨著人們審美觀念的變化，時(shí)鐘的性能越來越穩(wěn)定，時(shí)間誤差也越來越小，因此我選擇使用ESP8266芯片作為時(shí)鐘的核心。2.2.1 ESP8266的優(yōu)勢(shì)2.2.2 SNTP的工作方式 SeverClient模式：用戶通過網(wǎng)絡(luò)向一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器提出服務(wù)要求，根據(jù)所得到的信息選擇最確的時(shí)間，同時(shí)調(diào)整本地時(shí)間?？蛻舳丝梢?/p>

19、由服務(wù)器同步，服務(wù)器不能由客戶端同步。Sever/Client模式：是一種一對(duì)多連接，利用一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器在一個(gè)固定的周期內(nèi)主動(dòng)地將時(shí)間信息發(fā)送到一個(gè)特定的組播地址，客戶端根據(jù)這個(gè)信息調(diào)整自己的時(shí)間，由于忽略了網(wǎng)絡(luò)延遲，準(zhǔn)確性低，適用于高速局域網(wǎng)，NTP是可以通過時(shí)間戳來表示64位定點(diǎn)數(shù)，他是SNTP的報(bào)文格式。SNTP 消息格式如下圖所示。 圖一在SNTP消息格式中，大多數(shù)字段都是由預(yù)定的數(shù)據(jù)分配初始值，并且指定了它們的長(zhǎng)度和功能，例如LI是閏秒標(biāo)識(shí)符，stratum是本地時(shí)鐘的層次級(jí)等。廣播(點(diǎn)對(duì)多點(diǎn))兩種模式。單播模式是指一個(gè)客戶機(jī)主動(dòng)向預(yù)定的服務(wù)器地址發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器給出響應(yīng)，客戶會(huì)從

20、服務(wù)器獲得時(shí)間，往返延遲，以及相對(duì)于服務(wù)器的本地時(shí)間補(bǔ)償?？蛻舳伺c服務(wù)器之間的通信基于UDP協(xié)議，服務(wù)器的端口值為123。在指定的時(shí)間內(nèi)廣播服務(wù)器發(fā)送時(shí)間信息到指定的廣播地址，多播的地址也可以?？蛻舳说捻憫?yīng)對(duì)通訊器沒有影響，客戶也不需要主動(dòng)發(fā)送請(qǐng)求信息。在正常情況下，服務(wù)支持廣播模式的服務(wù)器必須支持單播模式，因?yàn)閺V播客戶端需要通過客戶機(jī)/服務(wù)器信息在網(wǎng)絡(luò)路徑上計(jì)算傳播延遲。2.3 總體設(shè)計(jì)框架及設(shè)計(jì)原理2.3.1總體設(shè)計(jì)框架當(dāng)用戶通過手機(jī)或電腦發(fā)送命令時(shí)，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳給ESP8266，ESP8266把命令傳給Arduino，經(jīng)Arduino處理后，通過WiFi把數(shù)據(jù)傳給遠(yuǎn)程ntp服務(wù)器，最后

21、由OLED顯示出所計(jì)算出的時(shí)間。2.3.2設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)的工作原理：第一步，手機(jī)必須通過WiFi連接到ESP8266的熱點(diǎn)上，而且必須連接控制端的應(yīng)用程序建立Socket連接，第二步，用手機(jī)應(yīng)用發(fā)送，連接到的路由器的密碼到ESP8266，這時(shí)需要將ESP8266連接到之前的路由器就可以聯(lián)網(wǎng)。第三步是將所需時(shí)間的數(shù)據(jù)通過程序應(yīng)用程序發(fā)送到WiFi芯片(如10：00)，數(shù)據(jù)通過串行通信發(fā)送到單片機(jī)，傳感器開始采集室內(nèi)溫度。然后將采集到的數(shù)據(jù)串行通信發(fā)送給單片機(jī).單片機(jī)通過與WiFi芯片的時(shí)間和正確時(shí)間的比較來控制驅(qū)動(dòng)電路，從而控制同步網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘。2.4本章小結(jié)利用ESP8266芯片等相關(guān)硬件，組裝成一

22、種高性能的時(shí)間頻率參考接收機(jī)，能夠?yàn)殡娦?、移?dòng)通信基站、小靈通基站、GSM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等系統(tǒng)提供高精度的時(shí)間和頻率同步信號(hào)，只要求知道各設(shè)備與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻的鐘差以及比對(duì)后它相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鐘的漂移修正參數(shù)即可自動(dòng)校正標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。3.1 arduino3.1.1 arduino簡(jiǎn)介Arduino是以ATMEGA328P芯片制作而成的一種微控制器，它具有所有的支持微控制器的需要，它是由14個(gè)輸入或輸出引腳，電源插座，和石英晶體等組成，只要是支持微控制器所需要的組件，它都具有，我們可以用USB來給其供電，將其與計(jì)算機(jī)相連接，也可以使用直流電源給其供電。說明：Arduino是一個(gè)相對(duì)于其他平臺(tái)來說較為方便

23、便捷的開源電子原型平臺(tái)。為什么這么說，因?yàn)椴粌H是它的硬件相對(duì)來源，它的軟件部分也構(gòu)建在類似Java和C語言之上，3.1.2基本組成第一個(gè):微處理器:是一種8位的微處理器，這其中包括32KBFlash.,2KBSRAM正常工作是的頻率為16MHZ。第二個(gè):為USB插口，這是信息傳輸?shù)闹匾^程，與計(jì)算機(jī)連接，可以上傳或者下載應(yīng)用，也可以當(dāng)做充電電源使用第三個(gè)是外接電源，放Uno在斷電的情況下，失去了電腦對(duì)其供電，那么這時(shí)就需要一個(gè)外接電源對(duì)其供電，保證了工作的繼續(xù)。第四個(gè)是電源管腳地:是可替代電源的組件，輸出一定量的電流，對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行供電第五個(gè)是模擬輸入擁有六個(gè)輸入位，為裝置提供一個(gè)合適的解析度

24、。第六個(gè)是數(shù)字輸入/輸出：擁有14個(gè)輸出或者輸入的管腳，這部分是可系統(tǒng)設(shè)定的，可以由系統(tǒng)自主選擇是輸出還是輸入。其中有六個(gè)可以提供8位的輸出環(huán)境，而LED與13相連接，這時(shí)如果給其通入一個(gè)高電位的電流，那這個(gè)燈就會(huì)被點(diǎn)亮。3.1.3優(yōu)點(diǎn)1.跨平臺(tái)ArduinoIDE在我們常見的三種操作系統(tǒng)蘋果IOS、Win和Linux三大操作系統(tǒng)上都可以流暢運(yùn)行,而現(xiàn)在市場(chǎng)上的大多數(shù)控制器只能在Windows上開發(fā)。2.簡(jiǎn)單清晰的開發(fā)ArduinoIDE基于processingIDE開發(fā)。語言簡(jiǎn)單，開發(fā)環(huán)境清爽。Arduino語言是建立在C/C+基礎(chǔ)上的，但它把很多代碼都打包封裝，將其函數(shù)化，需要某個(gè)函數(shù)只需

25、調(diào)用即可，對(duì)于初學(xué)者來說，它很容易掌握，同時(shí)也有足夠的靈活性。這類語言是在布線語言的基礎(chǔ)之上，被開發(fā)出來的，因?yàn)橛羞@樣的基礎(chǔ)，所以其不需要多個(gè)單片機(jī)基礎(chǔ)，這個(gè)過程相對(duì)來說比較容易，學(xué)習(xí)過程并不復(fù)雜，可以在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。3.開放性 相對(duì)于其他的來說，比較容易操作，而且資源豐富。Arduino的硬件原理圖、電路圖、IDE軟件及核心庫文件都是開源的，在Arduino官網(wǎng)上可以找到非常多項(xiàng)目的源代碼、電路板的原理圖等，而且有了這些別人已經(jīng)做出來的項(xiàng)目，對(duì)于那些熱愛和學(xué)習(xí)Arduino的人來說，他們是非常好的學(xué)習(xí)材料，可以在開源協(xié)議的范圍內(nèi)修改原始的設(shè)計(jì)和相應(yīng)的代碼。4.社區(qū)與第三方支持Arduino擁

26、有眾多開發(fā)人員，是目前使用客戶最多的一個(gè)平臺(tái)，在這樣的條件下，當(dāng)我們需要許多事例代碼時(shí)，我們可以在其中找到對(duì)其相關(guān)的站點(diǎn)的支持。5.硬件開發(fā)的趨勢(shì)由于有廣大的客戶和操作人員，Arduino成為了如今物聯(lián)網(wǎng)工程領(lǐng)域的主流硬件開發(fā)平臺(tái)，也是一個(gè)優(yōu)秀的硬件開發(fā)平臺(tái)，是更多人的選擇。也是當(dāng)前硬件發(fā)展的趨勢(shì)，如今扮演著不可替代的位置，rduino的簡(jiǎn)單開發(fā)注重體驗(yàn)者和學(xué)習(xí)者的創(chuàng)意和實(shí)現(xiàn)，縮短了項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的周期，尤其對(duì)于小中學(xué)生，是一個(gè)非常簡(jiǎn)單便捷的入門編程平臺(tái)。3.2altium分步閱讀Mechanical（機(jī)械層）定義著PCB板的物理邊框數(shù)值的大小，也就是說在機(jī)械制造過程中，決定著PCB板的外觀，它的外

27、觀完全取決于這個(gè)機(jī)械層，換句話說我們?cè)谡f機(jī)械層的時(shí)候就是指整個(gè)PCB板的外形結(jié)構(gòu)。它還可以顯示這些數(shù)據(jù)，且整齊的裝配這些指令。這些信息根據(jù)設(shè)計(jì)公司或PCB制造商的要求而有所不同。此外，機(jī)械層可以連接到其他層，以輸出顯示器在一起。Keepourtlayer(禁止布線層）定義電氣特性的布線邊界，主要是用來準(zhǔn)確布線在電路板的的有效區(qū)域上，這其中外部區(qū)域不可以自動(dòng)布局，也不可以布線，禁步線層是銅的邊緣，是在定義禁止步線層之后，當(dāng)我們布線時(shí)，具有電氣特性的導(dǎo)線規(guī)定不可以超過這一層的邊界，在我們的習(xí)慣中，我們會(huì)使用Keepout層來作為機(jī)械層，這實(shí)際上是錯(cuò)誤的，因此我們區(qū)分他們，不然，這一工廠會(huì)在生產(chǎn)時(shí)會(huì)

28、把我們的屬性變更過來。Signal layer(信號(hào)層) ：這一層主要是分布在電路板之上，用來布置電線。這其中包含了三層，分別是Toplayer (頂層)、Bottomlayer(底層)和30個(gè)Midlayer(中間層).三層分上下層放置裝置，內(nèi)層對(duì)線。Top paste和Bottom paste定義位頂層阻焊層和底層阻焊層，是不可焊接的區(qū)域，用來保護(hù)銅不被氧氣所氧化，和焊盤的大小是一樣大的，這個(gè)主要是我們做SMT的時(shí)候可以利用來這兩層來進(jìn)行鋼網(wǎng)的制作，在剛網(wǎng)上剛好挖一個(gè)焊盤大小的孔，我們?cè)侔堰@個(gè)鋼網(wǎng)罩在PCB板上，用帶有錫膏的刷子一刷就很均勻的刷上錫膏了。Top Solder和Bottom

29、Solder 這個(gè)是阻焊層，顧名思義它的作用就是阻止綠油覆蓋在它的表面，我們常說的“開窗”，常規(guī)的敷銅或者走線都是默認(rèn)蓋綠油的，如果我們相應(yīng)的在阻焊層處理的話，走了這個(gè)阻燃層，他就可以阻止這個(gè)綠油來覆蓋在銅的表面。Internal plane layer(內(nèi)部電源/接地層)：該類型的層僅用于多層板，這個(gè)主要是用來布置接地線。我們稱為雙層板或者四層板和六層板。不過正常我們說的都電源信號(hào)層，都是接地成的數(shù)目Silkscreen layer(絲印層) ：這這一層，主要定義電路板上有多少個(gè)能夠有效放置元件和布線的區(qū)域。如元器件的輪廓和標(biāo)記，各種評(píng)論字符等。ALTON提供兩層真絲打印層，即頂部覆蓋層和底

30、層覆蓋層，分別放置頂部絲網(wǎng)打印文件和底部絲網(wǎng)打印文件。Multi layer(多層) ：電路板上的襯墊和通孔應(yīng)貫穿整個(gè)電路板，并與不同的導(dǎo)電層建立電氣連接關(guān)系，因此系統(tǒng)特別建立了抽象層-多層結(jié)構(gòu)。一般來說，墊和孔都應(yīng)該設(shè)置在多層。如果這一層關(guān)閉，墊和孔將不會(huì)顯示。3. 手機(jī)APP4.1用JAVA語言編寫在Java語言中，我們將ESP8266Wi-FiWI-Fi稱為“無線兼容性認(rèn)證”。在無線局域網(wǎng)(WLAN)范疇內(nèi)，無線局域網(wǎng)是一種無線組網(wǎng)技術(shù)。Wi-Fi設(shè)置至少需要一個(gè)接入點(diǎn)(接入點(diǎn))。和一個(gè)或多個(gè)客戶消費(fèi)者(客戶端)。無線AP通過信標(biāo)(信號(hào)站)每100毫秒廣播SSID(ServiceSetI

31、dentifier)分組。信標(biāo)分組的傳輸速率為1Mbit/s，長(zhǎng)度較短，因此這種廣播行為對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能沒有明顯的影響。保證所有Wi-Ficlient終端能夠正確接收這個(gè)SSID廣播包的原因是Wi-Fi的最小傳輸速率應(yīng)該達(dá)到1Mbit/s。4.2手機(jī) APP 的程序開發(fā)市場(chǎng)上大多數(shù)手機(jī)都是Android，Android手機(jī)應(yīng)用程序由于開源代碼，所以開發(fā)相對(duì)容易，編程也比較簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)的手機(jī)應(yīng)用程序是用Eclipse軟件編寫的，同時(shí)結(jié)合SmartConG技術(shù)，用Java編程語言編寫系統(tǒng)。當(dāng)手機(jī)連接到wifi芯片時(shí)，由于ESP8266本身支持smartcon/g，連接到手機(jī)的路由器的名稱和密碼通過手機(jī)應(yīng)

32、用發(fā)送到wifi芯片，芯片連接到路由器和網(wǎng)絡(luò)。具體操作流程：手機(jī)開啟wifi，wifi芯片將wifi芯片的名稱和密碼成功連接到路由器，顯示設(shè)備在線顯示室內(nèi)溫度，選擇定時(shí)和控溫功能等。還有與系統(tǒng)在線匹配的手機(jī)應(yīng)用，可以免費(fèi)使用的手機(jī)應(yīng)用，使用現(xiàn)有的應(yīng)用，使手機(jī)應(yīng)用。無需開發(fā)手機(jī)應(yīng)用程序即可使用。5 無線數(shù)據(jù)傳輸通信該系統(tǒng)的重要功能之一是將測(cè)量結(jié)果通過Internet連接到云平臺(tái)上，使家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能，打開物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。因此，無線數(shù)據(jù)傳輸是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分。 5.1 ESP8266接入物聯(lián)網(wǎng)鏈路模型ESP 8266WiFi模塊有三種工作模式，即SoftAP模

33、式和Station模式。在SotAP+Station模式中，通過選擇不同的組網(wǎng)方式，可以實(shí)現(xiàn)靈活的組網(wǎng)方式。其中，SoftAP模式是指模塊本身作為熱點(diǎn)，移動(dòng)電話、PDA等用戶設(shè)備，可以作為站點(diǎn)接入熱點(diǎn)，從而形成局域網(wǎng)。Station模式意味著ESP 8266可以通過AP連接到Internet上，上傳到網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器。通過下載數(shù)據(jù)，用戶可以通過終端設(shè)備上的Internet對(duì)ESP 8266的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并將控制指令發(fā)送給模塊。圖3是ESP 8266與樂偉物聯(lián)網(wǎng)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌纺Ｐ?。ESP 8266設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接到Le Network服務(wù)器，上傳本地監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)后，用戶可以通過計(jì)算機(jī)或手機(jī)匹配應(yīng)

34、用程序訪問設(shè)備數(shù)據(jù)，查找和查看設(shè)備數(shù)據(jù)。此時(shí)，ESP 8266工作在Station模式。圖35.2 WiFi數(shù)據(jù)傳輸具體流程WiFi模塊我們使用的是ES8266WiFi的芯片，這一芯片是樂鑫旗下的無線網(wǎng)芯片。之所以 選擇這一款芯片，是因?yàn)樗啾绕渌麩o線網(wǎng)芯片來說，造價(jià)更低，更實(shí)用，性價(jià)比更高。不僅是價(jià)格上的原因， 款芯片相對(duì)于其他來說，更適合于我們生活中中低端的智能產(chǎn)品。因此我們選擇這一芯片為最主要的核心器件。在正常工作環(huán)境下，它所需要編譯環(huán)境較為復(fù)雜，所以ES8266這一芯片必須要使用其公司官方要求的Non-OSSDK為其編寫程序代碼，由于對(duì)于相比較單片機(jī)編程較為困難，所以我們這個(gè)系統(tǒng)不使用

35、ESP8266芯片當(dāng)做核心，而使用比其更為簡(jiǎn)單的單片機(jī)。我們可以利用手機(jī)與這一芯片相連接，這樣就可以利用手機(jī)作為一個(gè)收發(fā)站進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，然后就可以將收到的無線信號(hào)轉(zhuǎn)化成串口信息，發(fā)送給單片機(jī)，在江油，單片機(jī)發(fā)送的信息轉(zhuǎn)化成無線信號(hào)發(fā)回至手機(jī)終端，具體流程如圖4所示：5.3 無線傳輸測(cè)試實(shí)驗(yàn)硬件準(zhǔn)備如下:監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、WiFi模塊、AP無線路由、電腦、下載器、電源。按照ESP8266用戶手冊(cè)，對(duì)模塊進(jìn)行檢測(cè)，具體步驟如下:(I)使用USB連接計(jì)算機(jī)和模塊，在模塊通電后，打開串口調(diào)試幫助，輸入“AT”，檢查發(fā)送后是否收到返回消息“OK”，如果收到，說明模塊內(nèi)一切正常。(2)通過USART 1外圍設(shè)備對(duì)系統(tǒng)的無線收發(fā)功能進(jìn)行調(diào)整和測(cè)試，連接PA.09、PA.10和ESP 8266；(3)安裝硬件連接后，在KEIL軟件開發(fā)接口中調(diào)試軟件。當(dāng)調(diào)試正確時(shí)，下載連接到系統(tǒng)開發(fā)板，并通過JTAG調(diào)試接口下載程序。(4)將WiFi與無線路由器連接，輸入WiFi名稱和密碼，并將家庭環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)連接到無線路由器。(5)等待數(shù)據(jù)上傳結(jié)束，登錄物聯(lián)網(wǎng)，輸入帳號(hào)和密碼，輸入