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# 智能家居监测系统
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## 原始需求
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硬件部分：ESP32 开发板、温湿度传感器 DHT22、光敏电阻、舵机、蜂鸣器、OLED 显示器、LED 灯、空气质量传感器
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软件部分：使用微信小程序平台对智能卧室环境监测系统进行应用开发，构建用户交互界面（UI），提供与硬件通信的 API，ESP32 设备端通过 WiFi 连接到云平台，手机端 APP 直接与云平台通信，查询设备状态和发送指令，实现远程监控和智能联动。
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功能设计：
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当用户回家，连接上家里 WiFi 后，系统触发“到家状态”；当监测不到用户连接到 WiFi 时，暂停当前模式的继续运行，进入“待机状态”。
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ESP32 在传感器数据发生 变化时 或 达到阈值时 主动上报数据到云平台，获取当前环境监测数据，执行对应的模式。当该系统正在运行的模式与当前监测环境相符时，不会中断模式继续运行，直到接收到下一信号。
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每次手机端 APP 发送指令后，APP 应等待 ESP32 通过云平台返回的“执行成功”确认消息，再更新 UI 状态，避免误操作。
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到家状态：激活“到家状态”会进行 5000ms 的入户等待时间，然后在进行模式判断。
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待机状态：每经过 500ms 会监测用户是否通过手机控制端进行远程操控。
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1. 起床模式：用户可以在移动控制端设置起床时间，舵机会在用户预设时间的前 3 分钟打开窗帘，到了起床时间蜂鸣器会发出声音提醒用户起床。初始值设置在早上 8 点。
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2. 白天模式：在早上六点到晚上六点之间，光敏电阻获取当前光照强度判断是否关闭窗帘和是否打开 LED 灯。用户可以在手机控制端进行时间设置。
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3. 夜间模式：在晚上六点到早上六点之间，舵机控制窗帘关闭，并且打开 LED 灯进行照明。用户可以在手机控制端进行时间设置。
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4. 降温模式：用户可以设置预期的开启降温模式的温度，通过温湿度传感器获取当前环境温度，读取到的当前温度与用户设定的目标温度进行比较，当温度不在预期范围内，自动打开风扇进行降温。如果当前温度高于 目标温度，ESP32 会发送开启降温指令给风扇，风扇开启吹风模式进行物理降温。
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5. 高温提醒模式：当温湿度传感器监测到室内温度高于 35°C 时，手机端 APP 弹出室内高温警告，并且蜂鸣器发出提示音。
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6. 显示屏常亮模式：当在“回家状态”时打开显示屏，在“待机模式”时关闭显示屏。屏幕里实时显示温度、湿度、空气质量和当地时间。触发某种模式的时候，屏幕出现三秒钟模式名称。
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7. 自动通风控制模式模块：空气质量检测 CO2>1000ppm 时，ESP32 上报事件，触发自动通风控制模式，打开风扇转动进行空气流通，蜂鸣器发出轻微提示音，小程序发送通知告诉用户卧室需要通风。
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手机控制端：实时显示卧室参数，如温度、湿度、光照强度、空气质量等，用户可以对不同的模式进行私人设置。手机端 APP 小程序可以远程操控窗帘开关、灯光开关和亮度百分比（小程序用滑块）、风扇开关、蜂鸣器闹钟开关和可设置蜂鸣器闹钟时间。功能模块的都有开关按钮和可以设置时间。
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物理端：需要按钮对硬件控制器进行物理开关。
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OLED 显示器：屏幕里实时显示温度、湿度和当地时间。触发某种模式的时候，屏幕出现三秒钟模式名称。
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网络断开时，ESP32 应能依靠本地传感器继续执行部分核心自动化，按钮开关。
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每种模式都互不冲突。
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判断窗帘当前状态：每次舵机运行前进行读取控制角度判断窗帘开关状态。
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## 硬件需求
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| 组件名称 | 数量 | ESP32 连接引脚 | 通信协议/类型 | 电源需求 | 备注 |
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| ---------------------------- | ---- | -------------------------------------- | ------------- | -------- | ---------------------------- |
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| **ESP32 开发板** | 1 | - | - | 5V/1A | 主控制器 |
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| **DHT22 温湿度传感器** | 1 | **GPIO 4** | 单总线 | 3.3V | 需 4.7KΩ 上拉电阻 |
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| **光敏电阻** | 1 | **GPIO 34** | ADC 输入 | 3.3V | ADC1_CH6，配合 10KΩ 分压电阻 |
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| **舵机（窗帘控制）** | 1 | **GPIO 13** | PWM | 5V | 频率 50Hz，需外部供电 |
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| **蜂鸣器（有源）** | 1 | **GPIO 12** | 数字输出 | 3.3V | 高电平触发 |
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| **OLED 显示屏** | 1 | **GPIO 21 (SDA)**<br>**GPIO 22 (SCL)** | I2C | 3.3V | 地址 0x3C，SSD1306 |
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| **LED 灯（PWM 调光）** | 1 | **GPIO 14** | PWM | 3.3V | 频率 1000Hz，串联 220Ω 电阻 |
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| **空气质量传感器（MQ-135）** | 1 | **GPIO 32** | ADC 输入 | 5V | ADC1_CH4，需加热电压 |
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| **物理按钮 1（窗帘控制）** | 1 | **GPIO 25** | 数字输入 | 3.3V | 内部上拉，按下接地 |
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| **物理按钮 2（灯光控制）** | 1 | **GPIO 26** | 数字输入 | 3.3V | 内部上拉，按下接地 |
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| **物理按钮 3（风扇控制）** | 1 | **GPIO 27** | 数字输入 | 3.3V | 内部上拉，按下接地 |
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- 测量时 I2C 频率在 10K~400KHz 之间，不宜过高，且采集数据周期应大于 1 秒/1 次
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- 1，要接外部 32.768khz 晶振，否则系统不会进入 stop 状态，省电效果不大
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- 2，在 config 中，要把 freertos 的时基调整到 1000，开启 rtos， 还要开启 32.768khz
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## 软件架构设计
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### 整体架构
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│ 第一层：微信小程序 │
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│ （用户交互层） │
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│ 功能：控制/展示 │
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│ MQTT/HTTP
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┌──────────▼──────────┐
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│ 第二层：物联网云平台 │
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│ （核心中转层） │
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│ 功能：转发/存储 │
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└──────────┬──────────┘
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│ MQTT
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┌──────────▼──────────┐
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│ 第三层：ESP32 设备 │
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│ （感知执行层） │
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│ 功能：采集/执行 │
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└─────────────────────┘
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### 通信协议设计
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1. MQTT 主题设计
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home/bedroom/state # 设备状态上报
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home/bedroom/command # 设备指令下发
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home/bedroom/sensor # 传感器数据
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home/bedroom/response # 执行响应
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2. JSON 消息格式
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```json
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// 传感器数据上报
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{
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"device_id": "bedroom_001",
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"timestamp": 1640995200,
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"temperature": 25.5,
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"humidity": 60,
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"light": 300,
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"air_quality": 800,
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||
"curtain_position": 90
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}
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// 指令下发
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{
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"cmd_id": "CMD_001",
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"command": "set_mode",
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||
"mode": "daytime",
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"params": {
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||
"curtain_auto": true,
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||
"light_threshold": 200
|
||
}
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||
}
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```
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## ESP32 固件设计
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1. 程序结构
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1. WiFi 管理模块
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2. MQTT 通信模块
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3. 传感器读取模块
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4. 执行器控制模块
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5. 状态机管理模块
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6. OLED 显示模块
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7. 本地存储模块
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2. 核心状态机设计
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```C
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enum SystemState {
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STATE_HOME, // 到家状态
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STATE_STANDBY, // 待机状态
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STATE_MORNING, // 起床模式
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STATE_DAYTIME, // 白天模式
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||
STATE_NIGHT, // 夜间模式
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||
STATE_COOLING, // 降温模式
|
||
STATE_VENT // 通风模式
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};
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enum DeviceState {
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CURTAIN_OPEN,
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CURTAIN_CLOSED,
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LIGHT_ON,
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||
LIGHT_OFF,
|
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FAN_ON,
|
||
FAN_OFF
|
||
};
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```
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## 微信小程序设计
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### 界面布局
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首页（仪表盘）：
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├── 顶部：房间名称、网络状态
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├── 中部：环境数据卡片（温度、湿度、光照、空气质量）
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├── 底部：模式切换卡片
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└── 浮动按钮：设备控制面板
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控制面板：
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├── 窗帘控制：开关、百分比滑块
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├── 灯光控制：开关、亮度滑块、色温选择
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├── 风扇控制：开关、风速档位
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├── 蜂鸣器：开关、闹钟设置
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└── 模式设置：各模式的参数配置
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设置页面：
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├── WiFi 配置
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├── 设备管理
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├── 时间设置
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└── 阈值配置
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## 配网
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1. ESP32 上电 → 自动开启【WiFi 热点】(名称如：卧室智能设备\_配网)
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2. 手机/电脑 连接这个 WiFi 热点（无密码）
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3. 打开手机/电脑浏览器 → 输入地址：192.168.4.1 → 弹出配置网页
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4. 网页填写：WiFi 名称、WiFi 密码、MQTT 服务器地址、MQTT 端口
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5. 点击【保存配置】，配置自动写入 ESP32 闪存，永久保存
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6. ESP32 自动重启 → 读取配置 → 自动连接家里的 WiFi → 自动接入填写的 MQTT 服务器
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7. 完成！后续上电全自动化运行，想换参数/服务器，重复 1-5 步即可
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- 大概界面
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│ ESP32 智能卧室 配置页面 │
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│ （无需登录，连接热点即可访问 192.168.4.1）│
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│ WiFi 配置： │
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│ WiFi 名称(SSID) ：□**\*\*\*\***\_\_\_\_**\*\*\*\*** │
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│ WiFi 密码(PWD) ：□**\*\*\*\***\_\_\_\_**\*\*\*\*** │
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│ MQTT 服务器配置：(自由填写任意服务器) │
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│ 服务器地址 ：□**\*\*\*\***\_\_\_\_**\*\*\*\*** │
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│ 服务器端口 ：□ 1883 │
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│ 用户名 ：□**\*\*\*\***\_\_\_\_**\*\*\*\*** │
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│ 密码 ：□**\*\*\*\***\_\_\_\_**\*\*\*\*** │
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│ [保存配置] [重启设备] │
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└────────────────────────────────────────┘
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